با هدف تاثیر نانوفناوری در کشاورزی بـــررسی می شود؛

رفع معضل آبیاری در کشاورزی با استفاده از نانوفناوری/سوپرجاذب ها چه هستند؟

فناوری نانو با استفاده از دانش علمی و فنی، دارای پتانسیل بالایی در بهبود کیفیت زندگی بشر در زمینه‌های متنوع از جمله در کشاورزی و تولید محصولات می‌باشد.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری استان سمنان؛بدون شک با بهره‌گیری از مزایای فناوری‌ نانو به عنوان یک فناوری‌ پیشرفته‌ در بخش کشاورزی، می‌توان به نتایج مطلوبی از جمله تضمین امنیت غذایی و توسعه‌ی کشاورزی پایدار و سازگار با محیط زیست در کشورها و نواحی در حال توسعه‌‌ی جهان دست یافت.

فناوری نانو در همه ی زمینه های علمی حضوری موثر داشته است. علوم کشاورزی نیز از این قاعده جدا نیستند.تا به حال کاربردهای متعددی از فناوری نانو در کشاورزی، صنایع غذایی و علوم دامی مطرح شده است.

رابطه میان فناوری نانو و علوم کشاورزی در زمینه‌های زیر قابل بررسی است.
 
1- نیاز به امنیت در کشاورزی و سیستم‌های تغذیه‌ای
2- ایجاد سیستم‌های هوشمند برای پیشگیری و درمان بیماری‌های گیاهی
3- خلق وسایل جدید برای پیشرفت در تحقیقات بیولوژی و سلولی
4- بازیافت ضایعات حاصل از محصولات کشاورزی

مشکلات آبیاری در کشاورزی

آب مهمترین عامل در تولید محصولات کشاورزی و تامین مواد غذایی است. از بین رفتن پوشش گیاهی بر اثر کمبود آب باعث بروز تغییرات آب و هوایی در کره زمین و گرم شدن هوا می گردد در این شرایط هر اقدامی در راستای صرفه جویی در مصرف آب و جلوگیری از هدر رفتن و آلودگی آن اهمیت حیاتی دارد.

کشور ما ایران سرزمینی کم آب و خشک است از میزان کل آب مصرفی بیش از ۹۰ درصد آن در بخش کشاورزی مصرف می شود که ۶۵ درصد این مقدار به شیوه های غلط آبیاری هدر می رود که بخشی از آن کودهای شیمیایی محلول را شسته و ضمن بردن آنها به عمق باعث آلودگی مقادیر ناچیز آبهای زیرزمینی می شود.

از جمله راهکارهای مدیریتی که می توان در جهت استفاده بهینه از منابع آبی موجود مورد استفاده قرار بگیرد، کاربرد مواد جاذب الرطوبت از جمله پلیمرهای آبدوست می باشد که این مواد علاوه بر قابلیت جذب آب، اصلاح کننده خاک نیز هستند.

امروزه در اکثر نقاط ایران باغداران و کشاورزان با کمبود آب آبیاری و هزینه های بالای آبیاری مواجه هستند که در نهایت موجب بالا رفتن قیمت محصولات وکاهش عرضه و بر هم خوردن تناسب بین عرضه و تقاضا می شود. همچنین نبودن خاک مناسب در بیشتر زمین های زراعی و باغها باعث پایین آوردن کیفیت محصول می شود. وجود این مشکلات در کشاورزی، محققان و کارشناسان را بر این داشت تا محصول جدید با قابلیتهای فراوان تولید و در اختیار کشاورزی قرار دهند.

 این پلیمرها خنثی و بی اثرند که مصرف آنها در کشاورزی و محیط زیست خطری در پی ندارد و ایمنی استفاده از آنها در خاک به وسیله وزارت کشاورزی ایالات متحده آمریکا، فرانسه و آلمان تایید شده است. سوپرجاذب، نوع کشاورزی این پلیمرهاست که استحکام ژل حاصل از آن بیشتر بوده و چندین سال در خاک دوام می آورد.

مزایای استفاده از سوپرجاذب

● بهینه سازی مصرف آب
● تهویه بهینه خاک
● اصلاح خاک و جلوگیری از فرسایش
● افزایش قابل توجه کمی و کیفی محصول
● افزایش تاثیر کودها و آفت کشها
● جذب حداقل رطوبت موجود در خاک
● تحریک ریشه زایی در درختان
● افزایش قوه نامیه بذر
● امکان کشت در مناطق شیبدار و غیر قابل کشت
● کاهش شیب افت رطوبت خاک پس از آبیاری اولیه
● کاهش بسیار زیاد تلفات نهالکاری
● ارتقا صفات مطلوب چمن از جمله: افزایش شدت رنگ، کا هش میزان پژمردگی، افزایش تراکم، افزایش پوشش دهی چمن

دوام و پایداری

تولیدکنندگان این محصول، دوام عملکرد سوپرجاذب را در خاک حدود ۵-۳ سال ذکر کرده اند که این زمان به بافت خاک، شرایط اقلیمی، دما، وزش باد و... بستگی دارد. پس از قرار گرفتن در خاک به علت تخریب شیمیایی و میکروبی سالیانه ۱۵-۱۰ درصد از کارایی اولیه سوپرجاذب افت می کند.
 
نکته: سوپر جاذب نباید در معرض آفتاب و روی سطح خاک قرار بگیرد زیرا بر اثر تخریب نوری و گسستگی سریع زنجیرهای پلیمری خواص جذبی خود را از دست می د هد.

اصلاح خاک

انقباض و انبساط پی در پی سوپرجاذب بر اثر جذب و از دست دادن آب باعث می شود تا تهویه خاک اطراف ریشه به خوبی انجام شده و اصطلاحاً خاک پوک شود که خود فواید بسیار زیادی را به همراه دارد.

با توجه به اینکه خاکهای سبک توانایی ذخیره و نگهداری رطوبت کمی را دارند و خاکهای سنگین میزان رطوبت بالایی را در خود نگهداری می کنند اما رطوبت قابل استفاده گیاه در حدفاصل بین ظرفیت زراعی (f.c) و نقطه پژمردگی دائم (p.w.p) نسبتاً کم می باشد، با اضافه کردن سوپرجاذب به خاک علاوه بر اینکه ظرفیت نگهداری آب در خاکهای سبک افزایش می یابد، نفوذ پذیری آب نیز در خاکهای سنگین اصلاح شده و از میزان تبخیر آب در خاک کاسته می شود و در نهایت کارآیی مصرف آب آبیاری افزایش یافته و در مصرف آب صرفه جویی قابل ملاحظه ای می گردد. و همچنین از شویش و فرسایش خاک، این ثروت بزرگ جلوگیری نمود.

نحوه عملکرد

سوپرجاذب عمل جذب و حفظ آب و انتقال آن را به ریشه بارها و بارها تکرار می کند.

سرعت جذب با اندازه ذرات سوپرجاذب نسبت عکس و با دمای محیط تورم نسبت مستقیم دارد. اگرچه نمونه های با ذرات درشت تر همواره سرعت جذب کمتری دارند اما ظرفیت جذب نهایی آنها هنگام تحت فشار بودن بیشتر از نمونه های ریز است، پس اندازه ذرات را درشت در نظر می گیرند تا تحت فشار خاک ظرفیت جذب بیشتری داشته باشند.

از دست دادن آب سوپرجاذب فقط تحت شرایط مورد اشاره ذیل صورت می گیرد:

۱. براثر اختلاف فشار اسمزی: همین پدیده باعث می شود تا ریشه بتواند آب و محلولهای موجود را به بهترین نحو از سوپرجاذب دریافت کند.

۲. تبخیر: با توجه به این که سوپرجاذب در عمق حد اقل ۱۰ تا ۵۰ سانتی متری زیر خاک به کار می رود بنابراین آب ذخیره شده درون آن دچار تبخیر نمی شود.

منافع اقتصادی کاربرد سوپرجاذب

با استفاده از سوپرجاذب شیوه نوینی از آبیاری ارائه شده که با توجه به موارد فوق منافع اقتصادی آن بشرح ذیل می باشد:

۱- سوپرجاذب در مناطق خشک با ذخیره آب و در اختیار قرار دادن آن به طور تدریجی و در مناطق مرطوب مانند شمال کشور که دسترسی به آب شیرین با EC مطلوب هزینه بالایی دارد باعث کاهش دفعات آبیاری شده و موجب کاهش هزینه نهایی تا ۵۰ درصد می شود.

۲- استفاده از سوپرجاذب موجب می شود تا ریشه گیاه همواره در مجاورت رطوبتی مطلوب بوده در نتیجه محصولی با افزایش کمیت (حدود ۲۰-۱۰ درصد) و کیفیت بیشتر تولید شود و در نهایت باعث افزایش درآمد حاصله می گردد.

۳- سوپرجاذب از سویی با جذب بیشتر کودهای ارگانیک، شیمیایی محلول در آب و همچنین سموم و آفت کشها از هدر رفت آنها به طور چشمگیری جلوگیری می نماید و در نتیجه کاهش قابل ملاحظه ای (بین ۵۰-۳۰ درصد) در مصرف این مواد ایجاد می کند. از سوی دیگر در پی جذب این مواد و نگهداری آنها درون خود ضمن آن که تمامی این مواد را بنا به نیاز گیاه در اختیار ریشه قرار می دهد از انتشار آنها در محیط و ایجاد آلودگی مقادیر ناچیز آبهای زیر زمینی جلوگیری می نماید.

۴- سوپرجاذب با ایجاد پیوستگی بین ذرات خاک از فرسایش آن به ویژه در مناطق شیبدار جلو گیری کرده و باعث ایجاد و امتداد این ارزش افزوده طی سالیان متمادی در جهت حفظ خاک، این ثروت بزرگ می شود.

۵- استفاده از سوپرجاذب در کشاورزی در مقایسه با انواع روشهای سنتی و پیشرفته آبیاری مانند قطره ای و بارانی به دلیل حداقل سرمایه گذاری اولیه مقرون به صرفه تر می باشد.

یکی از دغدغه های کنونی در حوزه کشاورزی، آبیاری گیاهان در زمانی است که امکان آبرسانی به آنها وجود ندارد و در مواردی نیز آبیاری بیش از حد گیاه را از بین می برد.

در همین راستا یک تیم استارت آپی در دانشگاه صنعتی امیرکبیر درصدد برآمد تا مشکل آبیاری، کوددهی و دربرخی موارد تغذیه گیاه با مواد مغذی را با فناوری نانو مرتفع کند.

تیم استارت آپی «آب بان» متشکل از علی براهینی دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پلیمر و رنگ دانشگاه صنعتی امیرکبیر، ساناز داورزنی دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پلیمر و رنگ دانشگاه صنعتی امیرکبیر و دکتر سعید پورمهدیان عضو هیئت علمی این دانشگاه موفق به تهیه و تولید سوپرجاذب های کشاورزی شدند که با فناوری نانو و از مواد زیست تخریب پذیر در آن بکار برده اند.

خداحافظی با آبیاری مداوم با نانو

سوپر جاذب کشاورزی، پلیمر تجزیه پذیری است که توانایی جذب آب تا ۳۰۰ برابر وزن خود را دارد. بازده های آبیاری  این گیاه با این محصول می تواند بین دو تا سه هفته افزایش یافت.

در واقع با افزودن نانوذرات به این سوپر جاذب ها، محصول در خاک دیرتر له می‌شود و از منظر توانایی در جذب دوام بیشتر پیدا می کند.

این ماده به دلیل قیمت ارزان خود این قابلیت را دارد که به عنوان یک سیلرنیز عمل کرده و قیمت محصول را کاهش دهد. با توجه به کمبود روزافزون آب موجود برای آبیاری مزارع و زمین های کشاورزی ساخت و تولید چنین سوپرجاذب هایی می تواند در کاهش مصرف آب تاثیرگذار باشد.

این سوپرجاذب علاوه بر آب و کود می تواند نیاز گیاه به مواد مغذی را تا حد مطلوبی تامین کند تا از نیاز زمین به کودهای حیوانی و شیمیایی کاسته شود.

 صنایع کشاورزی، صنایع گلخانه ای، گیاهان و گلهای آپارتمانی، حوزه های کاربرد این سوپرجاذب به شمار می رود. کاهش میزان مصرف آب تا ۷۰ درصد، کاهش میزان مصرف کود، افزایش بازدهی زمین های کشاورزی، تقویت رشد گلها و گیاهان خانگی، افزایش تخلخل در خاک و هوادهی بیشتر و افزایش قوه نامیه بذر از ویژگی ها و قابلیت های این سوپرجاذب ها به شمار می رود.

با توجه به افزایش قابل توجه قیمت آکریلیک، هزینه تولید محصولات مشابه برای سایر تولید کننده های داخلی نزدیک به ۱۲۰ تا ۱۳۰ هزار تومان است در حالی که با توجه به ملاحظات بازاری و فنی، استفاده از نانومواد قیمت این سوپرجاذب نزدیک به ۸۰ تا ۹۰ هزار تومان برای هر کیلو هزینه خواهد داشت. این نشان می دهد که حداقل ۳۰ درصد کمتر از نمونه های مشابه داخلی و خارجی در تولید سوپرجاذب ها هزینه خواهد شد.

صرفه جویی در مصرف آب

علی براهینی دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی پلیمر و رنگ دانشگاه صنعتی امیرکبیر یکی از اعضای این تیم استارت آپی در خصوص سوپر جاذب کشاورزی عنوان کــرد: ما توانستیم با استفاده از فناوری نانو، موادی را در قالب یک سوپر جاذب تولید کنیم که می تواند ۳۰۰ برابر وزن خود، آب را جذب کند.

وی با بیان اینکه این سوپر جاذب در کنار ریشه گیاه قرار می گیرد، افزود: در زمانهایی که نیاز به آب باشد گیاه به واسطه این سوپر جاذب تغذیه می کند.

براهینی با تاکید بر اینکه سوپر جاذب کشاورزی که در دانشگاه امیرکبیر طراحی و تولید کرده ایم سطح کاربردی وسیعی در زمینهای کشاورزی نیز دارد، ادامه داد: به واسطه آن می توان در مصرف آب صرفه جویی کرد و آب به صورت منظم به گیاه رسانده شود.

وی با اشاره به نوآوری سازه در این سوپر جاذب ها گفت: ما توانستیم به این محصول، کود اضافه کنیم تا علاوه بر آبرسانی به گیاه، مسئولیت کودرسانی را داشته باشد.

براهینی تصریح کرد: با استفاده از این سوپر جاذب که عمری ۵ ساله دارد علاوه بر آب، کود مورد نیاز گیاه تامین می‌شود؛ با یک تیر، دو نشان.

وی با تاکید بر اینکه این سوپر جاذب هوشمند است و می تواند رطوبت خاک گیاه را حفظ کند، افزود: از این سوپر جاذب می توان برای گیاهان مختلف استفاده کرد.

این محقق با تاکید بر اینکه از مواد پلیمری آکریلیک که نوعی پلیمر زیست تخریب پذیر است، استفاده شده، گفت: این پلیمر بعد از ۵ سال به خاک باز می گردد و هیچ مشکل زیست محیطی را برای زمین بوجود نمی آورد.

به گفته وی، این سوپر جاذب با فناوری نانو تولید شده و در آن از نانو سیلیکا استفاده شده است که این قدرت جذب آب و استحکام سوپر جاذب را افزایش می دهد.

وی با بیان اینکه این محصول با موفقیت روی ۴ نوع گیاه سانسوریا آزمایش شده است، گفت: این محصول حاوی کودهای نیتروژن، فسفر و پتاسیم است.

براهینی با تاکید بر اینکه نانو سیلیکای استفاده شده در این سوپر جاذب اندازه ۵۰ نانومتری دارد، افزود: با توجه به تحقیقات انجام شده زیر ۲۰۰ نانومتر بحث سمیت نانوذرات مورد مناقشه است. با این وجود این نانوذرات کمترین سمیت را در میان سایر نانوذرات دارند و با توجه به کاهش احتمال جذب از خاک به گیاه و از گیاه به انسان به نظر می رسد احتمال بسیار کمی برای آسیب رسانی به انسان وجود داشته باشد.

به گفته وی تاکنون استاندارد یا ممنوعیت مشخصی در استفاده از این نانوذره ممنوع نشده است. اگر چه مطالعات این تیم در این خصوص همچنان ادامه دارد.

تیم  استارت آپی «آب بان» قادر است با توجه به کشش بازار، در آینده ای نزدیک یک پایلوت ۵ کیلوگرمی در روز تولید کنند و در تامین زنجیره مواد اولیه خود با حفظ کیفیت بدنبال مواد ارزان تر باشند.

جمع بندي:

در دهه ­های گذشته، بازارهای جهانی فناوری نانو در بخش کشاورزی، باتوجه به افزایش جمعیت و در پی آن افزایش تقاضای بخش کشاورزی به میزان قابل توجهی رشد یافته است. بخش وسیعی از مردم جهان به دلیل اثرات زیست محیطی با کمبود مواد غذایی روزانه خود مواجه هستند، درحالی که در کشورهای توسعه یافته مازاد مواد غذایی وجود دارد. بنابراین توسعه محصولات مقاوم به خشکسالی و آفات در این بین ضروری به نظر می­ رسد.

بخش کشاورزي و توليد مواد اوليه در کشورهاي در حال توسعه اساس اقتصاد ملي محسوب مي­شود. در اين کشورها مشکلات عمده متعددي نظير ضعف خاک حاصلخيز، کمبود زمين ­هاي کشاورزي موجود، وابستگي به مواد اوليه، فقر و سوء تغذيه وجود دارد. در دهه­ هاي قبل توسعه صنعتي موجب تغييرات ساختاري عميقي در بخش کشاورزي شد. مثلا : تبديل کشتزارهاي کوچک به سيستم ­هاي صنعتي توليد تخصصي، گسترش عرضه و تقاضا به لحاظ جغرافيايي به سمت جهان در حال توسعه و اهميت روز افزون منابع جهاني و بازاريابي چالش ­هايي را در پيش روي بخش کشاورزي مي ­گذارد. لذا بايد در حد ممکن توسعه پايدار توليد ارتقا داده شود به گونه ­اي که سلامت غذايي افزايش، فقر کاهش و سلامت عمومي بهتر شود.

پيشرفت­ هاي علمي و فني راه حل بالقوه­اي را براي کشورهاي در حال توسعه جهت نوآوري و ارتقاء دستگاه­ هاي فعلي توليدي­شان ارائه مي ­دهند. خيلي از فناوري­ هاي جديد نه تنها قابليت افزايش بهره وري کشاورزي را دارند بلکه همچنين مي­توانند براي کاهش هزينه­ هاي زيست محيطي و تامين منابع توليد کشاورزي به کار آيند.

انتهای متن/ص

زمان انتشار: سه شنبه ۲۳ مهر ۱۳۹۸ - ۰۷:۰۰:۰۰

شناسه خبر: 82841

دیدگاه ها و نظرات :
نام کامل وارد شود
دقیق و صحیح وارد شود
لطفا فارسی و خوانا باشد
captcha
ارسال
اشتراک گذاری مطالب