نانو کود چیست و چه کاربردی دارد؟
نانو کود چیست و در کشاورزی چه کاربردی دارد؟ نانو کود در واقع یک تکنولوژی جدید برای تغذیه بهتر گیاهان است که می‌تواند فواید بسیاری را برای زمین‌های کشاورزی داشته باشد، به عبارت دیگر نانو کود ها جایگزینی برای کود‌های شیمیایی هستند. با ما تا انتهای این مقاله همراه باشید تا از نانو کود ها، فوایدشان و همچنین مکانیسم انواع آن ها بیش تر بدانید.
نانو کود ها و کشاورزی پایدار :
کشاورزی پایدار به افزایش تولید محصولات و همچنین افزایش امنیت غذایی بسیار کمک می‌کند.
تولید محصولات غذایی امروزه دغدغه بسیاری از کشور ها محسوب می‌شود چرا که تغییرات آب و هوایی، افزایش جمعیت، کاهش زمین‌های حاصل خیز و کاهش منابع آبی مسائلی است که امروزه برتولید محصولات غذایی اثر گذاشته است.
البته با استفاده کشاورزی هوشمند و مدرن تا حدودی کشاورزان توانسته اند بر چنین مشکلاتی غلبه کنند و سبب افزایش تولید محصولات مزرعه خود شوند. در واقع امروزه به علت استفاده ناصحیح و زیاد از کود‌های شیمیایی کشاورزی مدرن بیش از گذشته پشتیبانی می‌شود.
چرا که استفاده از کود‌های شیمایی برای زمین‌های کشاورزی بسیار نامطلوب است.
شاید باور کردنی باشد اما میزان تولید کود‌های مصنوعی و شیمیایی تنها در سال 2019 چیزی در حدود 188 میلیون تن در جهان بوده است. این در حالی است که تا به امروز تنها چیزی در حدود 4 میلیون تن آفت کش در جهان مورد استفاده قرار گرفته است.
پیش بینی می‌شود تا سال 2050 که جمعیت جهانی تا میزان 9.6 میلیارد افزایش پیدا می‌کند و میزان مصرف کود‌های مصنوعی و شیمیایی نیز بیش تر می‌شود. اما خوب احتمالا از خودتان می‌پرسید که کود‌های مصنوعی چه ضرر ها و معایبی دارند و چرا باید به فکر جایگزینی برای آن ها باشیم؟ همانطور که می‌دانید کود‌های مصنوعی و شیمیایی برای بهینه سازی در رشد و تولید محصولات استفاده می‌شوند.
اما این کود ها نمی‌توانند در افزایش جذب مواد مغذی توسط گیاه، میزان استفاده از مواد مغذی توسط گیاه و همچنین تولید محصولات نقش موثری داشته باشند. به عبارت دیگر میزان نیتروژن، فسفر وهمچنین پتاسیم در این کود ها کم است و آن ها نمی‌توانند به علت فرآیند‌های فتولیز، هیدرولیز و همچنین فرآیند‌های میکروبی که در خاک وجود دارد به مقصد خود برسند.
به همین دلایل است که کشاورزان مجبور می‌شوند تا برای هر بار کشت محصول میزان بیش تری از این کود ها را به خاک زمین کشاورزی اضافه کنند. همچنین این کود ها می‌توانند در آلودگی هوا، فرسایش خاک و آلودگی آب نیز نقش موثری داشته باشند و ضرر‌های سنگینی را به محیط زیست بزنند.
به همین دلایل نباید از چنین کود‌هایی در زمین‌های کشاورزی استفاده کنیم. اما خوب بهترین جایگزین برای کود‌های مصنوعی و شیمیایی نانو کود ها هستند. نانو کود ها در واقع با استفاده از علم نانوتکنولوژی به وجود آمده اند و توانسته اند نقش موثری را در زمین‌های کشاورزی داشته باشند.
به عبارت دیگر نانو کود ها همان نانو موادی هستند که می‌توانند مواد مغذی گیاهان در اندازه ماکرو و میکرو را حمل کنند و به طور موثر به گیاه برسانند. همچنین این نانو کود ها می‌توانند به شکل آهسته و آرام مواد مغذی را به ریشه گیاهان برسانند و از پایداری بسیار مناسبی در خاک بر خوردارند. در ادامه مقاله بیش تر به خصوصیات نانو کود ها می‌پردازیم.
بریم سراغ اینکه نانو کود چیست ؟
نانو کود چیست و چگونه تولید می‌شوند؟
به طور کل 2 رویکرد برای سنتز و تولید نانو کود ها وجود دارد. رویکرد اول به رویکرد از بالا به پایین و رویکرد دوم به رویکرد پایین به بالا معروف است. درواقع در رویکرد اول نانوذرات و نانو کود ها به واسطه تجزیه از مولکول‌های بزرگتر ایجاد می‌شوند.
اما در رویکرد دوم نانوذرات یا همان نانو کود ها از اتم ها و همچنین مولکول ها یا مونومر‌های بسیار کوچک ایجاد می‌شوند. همانطور که در تصویر بالا می‌بینید، رویکرد اول خود 4 زیر دسته دارد که سنتز به روش مکانیکی، شیمیایی، گرمایی یا پرتاب لیزر و پراکنش جزئی از آن هستند.
تمامی‌این 4 روش سنتز می‌توانند حاوی مواد سمی‌باشند چرا که در این روش ها از موادی استفاده می‌شود که می‌توانند درون خاک رسوب کنند و سبب آلودگی خاک شوند. اما در رویکرد دوم سنتز به 2 روش انجام می‌شود. 1- سنتز به روش شیمی‌سبز 2- سنتز به واسطه فرآیند‌های الکتروشیمایی.
در روش اول با استفاده از بیوارگانیسم‌هایی نظیر گیاهان، قارچ ها و باکتری ها نانوذراتی ایجاد می‌شوند که هم پایداری مناسبی را دارا می‌باشند و هم ضرری را برای خاک ندارند و مواد سمی‌از خود به جای نمی‌گذارند.
اما در روش دوم عمده سنتز نانو کود ها با استفاده از دستگاه ها و موادی انجام می‌شود که می‌توانند در خاک سبب ایجاد سمیت شوند. در نتیجه بهترین نانو کود ها موادی هستند که به روش طبیعی و با استفاده شیمی‌سبز ایجاد می‌شوند.
نانو کود چیست و چگونه تولید می‌شوند؟
نانو کود ها چه فوایدی نسبت به کود‌های صنعتی و شیمیایی دارند؟
نانو کود ها در واقع پوششی از نانو مواد دارند و یا مواد مغذی در محفظه ای از نانو مواد قرار گرفته اند و در آنجا محافظت می‌شوند. این پوشش باعث می‌شود تا بتوان میزان آزاد سازی مواد مغذی را کنترل کرد و سبب افزایش کارآمدی مواد مغذی و رسیدن موثر آن ها به گیاهان شد.
همچنین نکته قابل توجهی که در خصوص نانو کود ها مورد توجه است، میزان ماندگاری آن هاست. نانو کود ها می‌توانند بین 40 تا 50 روز مواد مغذی را درون خاک به گیاه آزاد کنند. در حالی که کود‌های صنعتی و شیمیایی ماندگاری بسیار پایینی دارند و تنها می‌توانند 4 تا 10 روز مواد مغذی را به گیاه برسانند.
همچنین مواد مغذی در کود‌های صنعتی ماندگاری پایینی در مقایسه با نانو کود ها دارند و 70 درصد از مواد مغذی موجود در آن ها در هنگام قرار گیری در خاک از بین می‌روند.
به طور مثال نیتروژن موجود در کود‌های شیمیایی و صنعتی به علت فرآیند‌هایی نظیر آب شویی و تبخیر از بین می‌رود و تنها کمتر از 20 درصد از نیتروژن اولیه در دسترس گیاه قرار می‌گیرد. اما اخیرا نانو کودی با پوشش اوره و هیدروکسی آپاتیت سنتز شده که تمامی‌نیتروژن موجود در نانو کود را به صورت کنترل شده و آرام به گیاه می‌رساند.
همچنین اگر بخواهیم مثالی دیگر از تفاوت کود‌های صنعتی و نانو کود ها را به شما بگوییم. کود‌های صنعتی فسفر دار جذب بسیار پایینی دارند و میزان زیادی از فسفر موجود در آن ها درون خاک باقی می‌ماند.
اما به تازگی با استفاده از نانو مواد پر منفذی مانند کیتوزان و زئولیت توانسته اند نانوذراتی را ایجاد کنند که جذب بسیار بالایی دارد و اثری نیز بر روی خاک باقی نمی‌گذارد. به علاوه محققان دریافتند که برخی از نانو کود ها می‌توانند در فرآیند‌های متابولیکی گیاهان نیز تاثیر گذار باشند و سبب انتقال مواد مغذی مانند فسفر درون گیاهان شوند.
خصوصیات مهم نانو کود ها در افزایش استفاده موثر در مواد مغذی :
نانو کود ها خصوصیات منحصر به فردی را دارا می‌باشند و می‌توانند بسیار برای گیاهان موثر باشند. یکی از مهم ترین ویژگی‌های نانو کود ها توانایی وارد شدن آن ها به گیاهان است. در واقع نانو کود ها با استفاده از اندازه کوچکی که دارند به راحتی درون گیاهان می‌روند و در آن جا مواد مغذی را رها می‌کنند.
همچنین این نانوذرات بسیار در آب حلال هستند و این ویژگی باعث می‌شود تا مواد مغذی به خوبی در خاک پخش شود و بیش تر در معرض گیاهان قرار بگیرد. در کود‌های صنعتی و شیمیایی چنین ویژگی مشاهده نمی‌شد و این کود ها حلالیت بسیار پایینی در آب دارند.
مواد مغذی ماکرو و میکرو در نانو کود ها :
همانطور که در ابتدا این مقاله هم اشاره کردیم. مواد مغذی عمدتا به شکل ماکرو و میکرو در نانوذرات ذخیره می‌شوند و نانو کود ها را ایجاد می‌کنند. در ادامه قصد داریم تا هر کدام از این نانو کود ها را بر اساس مواد مغذی ماکرو و میکرو به شما معرفی کنیم و از تاثیر آن ها بر گیاهان بیش تر به شما توضیح دهیم.
نانو کود‌های حاوی مواد مغذی ماکرو :
نانو کود‌های ماکرو در واقع آن دسته از کود‌هایی هستند که به شدت برای رشد و همچنین افزایش کیفیت محصولات کارآمد هستند. از مواد مغذی ماکرو که در این نانوذرات قرار می‌گیرند می‌توانیم به نیتروژن، پتاسیم و فسفر اشاره کنیم.
این مواد مغدی می‌توانند نقش مهمی‌را در گیاهان بازی کنند. به طور مثال نیتروژن یک جزء مهم از آمینو اسید ها، پروتئین ها و همچنین DNA، ATP و کلروفیل محسوب می‌شود. همچنین بسیاری از فعالیت‌های متابولیکی گیاهان با استفاده از نیتروژن انجام پذیر است، در گیاهان عمدتا نیتروژن به دو شکل NO−3 و NH+4 جذب می‌شود.
یکی از نانو کود‌های نیتروژنی که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته، نانو کود zeo-urea می‌باشد که سبب جذب بالای نیتروژن در گیاه می‌شود. همچنین فسفر نیز دیگر ماده مغذی است که برای رشد بهینه گیاهان اهمیت فراوان دارد.
این ماده یکی از اعضای اصلی انتقال انرژی در گیاهان محسوب می‌شود و در ساختار ATP، ADP، فسفولیپید، قند‌های فسفاته حضور دارد. همچنین فسفر نقش مهم و حیاتی را در فتوسنتز گیاهان، تنفس و همچنین بیوسنتز گیاهان بازی می‌کند.
شاید باورتان نشود اما فسفر می‌تواند در بسیاری از فعالیت ها و مشخصات ظاهری گیاهان نظیر مقاومت گیاه در برابر بیماری ها، طول ریشه و شاخه، تعداد جوانه و عملکرد گیاه تاثیر مستقیم داشته باشد.
یکی از معروف ترین نانو کود‌های فسفر دار، نانو کود هیدروکسی آپاتیت است. محققان اثر این نانو کود بر روی گیاه سویا مورد ارزیابی قرار داده اند و متوجه شده اند که این نانو کود ها در مقایسه با نانو کود‌های صنعتی تا 20 درصد بیش تر می‌توانند سبب افزایش رشد محصولات شوند.
آخرین ماده مغذی ماکرو نیز حاوی پتاسیم است. پتاسیم پس از نیتروژن و فسفرمهم ترین ماده مغذی برای گیاهان است. چرا که پتاسیم می‌تواند یک نقش تنظیمی‌برای فعالیت‌های فیزیکوشیمیایی گیاهان داشته باشد و سبب تکامل آن ها شود. از دیگر فواید پتاسیم می‌توانیم به شرکت در فرآیند فتوسنتز، سنتز پروتئین، بالانس یون اشاره کنیم.
طبق تحقیقاتی که محققان حوزه کشاورزی انجام داده اند. گیاهانی که به میزان کافی حاوی پتاسیم هستند نسبت به دیگر گیاهان می‌توانند مقاوت بهتری نسبت به تنش‌های آبی و افزایش یا کاهش دما داشته باشند.
یکی از معروف ترین نانو کود ها برای انتقال پتاسیم به گیاهان پتاسیم لود شده در نانو کود زئولیتس است. طبق تحقیقات این نانوذرات می‌توانند در سلامت خاک و افزایش کیفیت آب نیز نقش داشته باشند.
نانو کود‌های حاوی مواد مغذی میکرو :
نانو کود‌هایی که دارای مواد مغذی میکرو هستند، دارای مواد مغذی نظیر زینک، آهن، منگنز، مس و سیلیکون می‌باشند. حال قصد داریم خواص هر کدام را به صورت جداگانه به شما معرفی کنیم.
1- زینک در واقع می‌تواند نوعی کوفاکتور برای پروتئین ها و همچنین آنزیم‌های گیاهی باشد. همچنین زینک می‌تواند در تنظیم متابولیسم پروتئین و همچنین بیوسنتز کربوهیدرات نقش ویژه ای داشته باشد و سبب جوانه زنی و رشد بهتر آن ها شود. برخی از کارشناسان نیز بر این باورند که زینک می‌تواند گیاهان را از عوامل بیماری زا و همچنین عوامل استرس زا محیطی محافظت کند. محققان نانو کود حاوی زینک را به گیاهان کلم و گوجه فرنگی اضافه کردند و متوجه شدند که این نانو کود می‌تواند سبب افزایش محتوای پروتئینی این محصولات و همجنین افزایش میزان آنتی اکسیدانی آن ها شود.
2- آهن یکی از مواد مغذی مهم است که در سنتز کلروفیل، DNA، ساختار کلروپلاست، تنفس و همچنین مسیر‌های متابولیکی نقش مهمی‌را بازی کند. گیاهان برای رشد نیاز به مقدار کمی‌آهن دارند، افزایش و یا کاهش میزان آهن در گیاهان می‌تواند تاثیرات مخربی بر فعالیت‌های فیزیولوژیک و متابولیک گیاه داشته باشد.
محققان به تازگی متوجه شدند که نانو کود‌های آهن دار پیریت می‌توانند در رشد گیاه اسفناج نفش موثر و مهمی‌را داشته باشد.
3- منگنز یکی از مهم ترین میکرو مواد مغذی است که در متابولیسم N، فتوسنتز، بیوسنتز اسیده‌های چرب، ATP و پروتئین نقش مهمی‌را دارا می‌باشد. البته منگنز با توجه به میزان اسیدیته خاک در برخی موارد می‌تواند سمی‌نیز باشد.
طی تحقیقات دانشمندان مشخص شده که منگنز می‌تواند به طور قابل توجهی بر رشد و عملکرد گندم، ذرت، نیشکر، سویا و لوبیا اثر گذار باشد. در واقع نانو کود منگنز می‌تواند با پروتئین کلروفیل در فتوسیستم 2 جفت شود و سبب افزایش فعالیت فتوسنتز در گیاه شود.
4- مس یک پروتئین تنظیمی است که می‌تواند نقش بسیار موثر و تنظیمی‌را در فتوسنتز و تنفس گیاه داشته باشد. همچنین مس می‌تواند یک کوفاکتور برای آنتی اکسیدان‌هایی مانند سوپراکسید دیس موتاز و همچنین آسکوربات اکسیداز باشد. کمبود مس در گیاه می‌تواند سبب اختلالات، نکروز، کاهش رشد دانه و همچنین میوه در گیاهان شود. همچنین خاک زمین کشاورزی می‌تواند در کمبود مس نقش مهمی را داشته باشد.
به طور کل نانوذرات حاوی مس یا همان نانو کود‌های مس با حلالیت بالایی که در آب دارند می‌توانند سطح زیادی از زمین کشاورزی را پوشش دهند و سبب انتقال مس به گیاه شوند. در طی تحقیقاتی مشخص شد نانو کود مس خصوصا در گیاهان سویا و نخود می‌تواند سبب بهبود جوانه زنی شود.
همچنین در برخی تحقیقات مشخص شده که ترکیبب کبالت، مس و Fr در نانوذرات می‌تواند تاثیر به مراتب بیش تری نسبت به نانوذرات مس تنها داشته باشد.
5- سیلیکون می‌تواند هم یک ماده مهم و هم یک ماده غیرضروری برای گیاهان باشد، چرا که گیاه در چرخه زندگی به این عنصر نیازی ندراد. اگر چه این عنصر می‌تواند خصوصیات مهم و ویژه ای نیز داشته باشد.
به طور مثال سیلیکون می‌تواند در در شرایط نرمال و تنش ها (تنش آبی، تنش گرمایی و تنش نمکی) بسیار برای گیاه مفید باشد. همچنین این ماده می‌تواند به گیاه کمک کند تا در مقابل فلزات سمی‌و سنگین مقاومت کند. سیلیکون در گیاه تنها به شکل مونو سیلیک جذب می‌شود. عمدتا نانو کود‌های سیلیکا به شکل SiO2 است.
از نانوذرات سیلیکون هم می‌تواند برای تغذیه و هم می‌توان به عنوان سنسور برای تعیین میزان رطوبت گیاه استفاده کرد.
