سازمان هایی مانند بانک جهانی و سازمان غذا و کشاورزی ملل متحد به دنبال نوآوری بیشتر برای ایجاد ارتباط بهتر میان این بخش ها هستند که با نام پیوند غذا-انرژی-آب شناخته می شود.
نانو تکنولوژی همان دانش طراحی ذرات بسیار کوچک است که در حال حاضر یک روش نو ظهور امید بخش است که برای افزایش رشد گیاهی و پیشرفت در این زمینه به کار می رود. این ایده بخشی از دانش در حال تکامل کشاورزی دقیق است، که در آن کشاورزان از تکنولوژی برای دستیابی به آب، کود و سایر موارد مورد نیاز استفاده می‌کنند. کشاورزی دقیق باعث بهینه سازی بیشتر کشاورژی می شود زیرا اتلاف منابع کمتری در پی دارد.
دانشمندان اخیراً در تحقیقی برای افزایش رشد گیاهی، نانو ذرات ساخته شده در آزمایشگاه را جایگزین کود نمودند. در این مطالعه نانو ذرات روی را برای افزایش رشد و محصول گیاه ماش به کار بردند. ماش گیاهی است که حاوی مقادیر بالای پروتئین و فیبر است و در آسیا به عنوان غذا به طور وسیع کشت می شود. به باور دانشمندان این روش می تواند استفاده از کود مرسوم را کاهش دهد. از آن جایی که تولید کود انرژی زیادی مصرف می کند، با کاهش مصرف آن از این طریق مواد معدنی طبیعی و انرژی حفظ می شوند و آلودگی آب کاهش می یابد. همچنین با این روش می توان ارزش غذایی محصولات گیاهی را بالا برد.
تأثیر استفاده از کود
کود مواد غذایی مورد نیاز برای رشد گیاه را فراهم می کند. کشاورزان معمولاً آن را همراه با خاک به کار می برند و آن را بر روی زمین های زراعی پخش می کنند یا با آبی که برای آبیاری استفاده می کنند، مخلوط می نمایند. بخش زیادی از کودی که به این روش مصرف می شود، در محیط زیست از بین می رود و سایر زیست بوم ها را آلوده می کند. برای مثال کودهایی که حاوی میزان نیتروژن و فسفر بالاتری هستند، در خاک به سایر مواد متصل و ثابت می شوند و گیاه قادر نیست از طریق ریشه های خود آن را جذب کند. در نهایت باران نیتروژن و فسفر را می شوید و این مواد وارد رودخانه ها، دریاچه ها و خلیج ها می گردد و می تواند مشکلات آلودگی جدی و خطرناکی ایجاد کند.هم زمان با رشد جمعیت جهان، استفاده از کود در سطح جهان نیز در حال افزایش است. در حال حاضر کشاورزان نزدیک به 85 درصد فسفر معدنی دنیا را به عنوان کود استفاده می کنند، هر چند تخمین زده شده است که گیاهان تنها قادر به دریافت تقریباً 42 درصد فسفر موجود در خاک می باشند. با ادامه ی روش های فعلی کشاورزی، در 80 سال آینده منابع جهانی فسفر اتمام خواهند یافت و در ادامه، مشکلات آلودگی مواد غذایی تشدید می گردد.
برخلاف استفاده ی مرسوم از کود که هزاران کیلوگرم ماده ی اولیه برای تولید آن لازم است، برای تولید کود به روش نانو تکنولوژی به مقادیر کم مواد اولیه نیاز است. ذرات کوچک نانو اندازه ای بین 1 تا 100 نانومتر دارند. یک نانومتر تقریباً برابر با یک میلیاردم متر است، برای تصور ابعاد آن، ضخامت یک ورقه کاغذ را حدود 100000 نانومتر در نظر بگیرید.
این ذرات ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و ساختاری خاصی دارند که می توان از طریق مهندسی آن را تنطیم نموده و جهت مصارف مختلف به کار برد. بسیاری از فرآیندهای زیستی مانند طرز عملکرد سلول ها، در اندازه ای به ابعاد نانو متر رخ می دهند و در نتیجه ذرات نانو می توانند بر روی این فعالیت ها تأثیر بگذارند.
دانشمندان به طور فعال در حال تحقیق بر روی طیف وسیعی از نانو ذرات از جنس فلز و اکسید فلز هستند تا با استفاده از نانو تکنولوژی کود نانو برای استفاده در گیاه شناسی و کشاورزی، تولید کنند. می توان این مواد را از طریق آبیاری خاک یا اسپری نمودن به برگ های آنان، به گیاهان رساند. مطالعات نشان می دهد استفاده از نانو ذرات به صورت اسپری به برگ های گیاهان، برای محیط زیست مفید است زیرا از تماس این مواد با خاک جلوگیری می کند. کشاورزی دقیق باعث بهینه سازی بیشتر کشاورژی می شود زیرا اتلاف منابع کمتری در پی دارد. از آن جایی که این ذرات بسیار کوچک هستند، جذب آن ها توسط گیاهان به صورت مؤثرتری انجام می شود. دانشمندان نانو ذرات را در آزمایشگاه تولید نمودند و از طریق یک نازل غلظت مشخص و دقیقی از آن را به گیاهان اسپری کردند.
در این تحقیق آن ها نقش روی را بررسی کردند. روی ریز مغذی لازم برای رشد گیاهان است که نسبت به فسفر در مقادیر بسیاری کمتری مورد نیاز است. 14 روز پس از جوانه زنی بذر، دانشمندان نانو ذرات روی را به برگ های ماش اسپری نمودند و از این طریق توانستند فعالیت سه آنزیم مهم در گیاه را افزایش دهند. این سه آنزیم عبارتند از: اسید فسفاتاز، آلکالین فسفاتاز و فیتاز. این آنزیم ها با بسیاری از ترکیبات حاوی فسفر واکنش نشان می دهند و آن ها را به فرم هایی تبدیل می کنند که جذب آن برای گیاه آسان باشد.
تصویر: جلبک ها در دریاچه اریه در سال 2011 شکوفا می شوند، که ناشی از فسفر در رواناب از مزارع اطراف است.
با فعال تر نمودن این آنزیم ها، بدون افزودن کود مرسوم حاوی فسفر به خاک، جذب فسفر طبیعی موجود در خاک توسط گیاهان 11 درصد افزایش یافت. گیاهانی که با نانو ذرات روی مورد تحقیق قرار گرفتند، افزایش رشدی در حدود 27 درصد داشتند و نسبت به گیاهانی که با روش معمولی اما بدون استفاده از کود پرورش داده شدند، 6 درصد ماش بیشتری تولید کردند.
ذرات نانو همچنین می توانند ارزش غذایی گیاهان را افزایش دهند. در مطالعه ای دیگر، دانشمندان دریافتند که افزودن نانو ذرات اکسید روی و دی اکسید تیتانیوم به گیاه گوجه فرنگی، مقدار لیکوپن (آنتی اکسیدان) در این گیاه را بسته به نوع و مقدار غلظت این مواد، 80 تا 113 درصد افزایش می دهد. علت این امر افزایش فتوسنتر و تولید بیشتر مواد مغذی در اثر استفاده از این نانو ذرات است.
تحقیقات پیرامون کاربرد نانو تکنولوژی در کشاورزی هنوز در مراحل اولیه و در حال پیشرفت سریع است. قبل از استفاده از نانو کودها در کشاورزی، ما نیاز به درک بهتر چگونگی کارکرد آن ها و تنظیم قوانین و مقرراتی برای اطمینان از کاربرد سالم و ایمن آن ها داریم. همچنین بایستی درباره ی طرز عملکرد این مواد در بدن نیز مطالعاتی صورت گیرد و برای خطرات احتمالی آن ها برای سلامت انسان و محیط زیست راهکارهایی اندیشید.
منبع: رامش رالیا – پراتیم بیسواس - Washington University in St Louis