مجالات استخدام تقنية النانو في الزراعة

تعريف تقنية النانو

تقنية النانو هي مجال يتداخل فيه العلم، التكنولوجيا، والهندسة، حيث تُطبق على مقاييس نانوية تتراوح بين 1 إلى 100 نانومتر. تعتبر دراسة هذه المقاييس الصغيرة جزءًا مهمًا من البحث في العديد من فروع العلوم، مثل الكيمياء، الفيزياء، البيولوجيا، والهندسة.

عرفت وكالة حماية البيئة الأمريكية تقنية النانو على أنها العلم الذي يدرس ويفهم المواد عند أبعاد لا تتجاوز 100 نانومتر، مما يتيح استخدام الخصائص الفيزيائية الفريدة لهذه المواد في تطبيقات متنوعة.

يمكن وصف تقنية النانو بأنها علم تصميم وبناء الأنظمة، حيث يتم التحكم بدقة في كل ذرة ورابطة كيميائية. ليست مجرد مجموعة من التقنيات أو الأجهزة، بل تمثل تجمعًا من القدرات التي يمكن الوصول إليها من خلال الاقتراب من حدود الفيزياء الذرية.

يركز الاستخدام المتزايد لتقنية النانو في الزراعة على قدرة المواد النانوية في حل المشكلات، وتهدف هذه التطبيقات إلى معالجة العيوب والتعقيدات المرتبطة بأنظمة الإنتاج الزراعي.

تطبيقات تقنية النانو في الزراعة

يهدف استخدام تقنية النانو في الزراعة إلى تقليل استخدام المبيدات الحشرية وتعزيز إنتاجية المحاصيل، بالإضافة إلى تحسين جميع مراحل الإنتاج، المعالجة، التخزين، التعبئة، والنقل للمنتجات الزراعية. وفيما يلي بعض الاستخدامات المهمة:

المبيدات والأسمدة

توجد حاجة ملحة للزراعة المستدامة على مستوى العالم لتلبية احتياجات البشرية من الغذاء، علف الحيوانات والألياف، مما يؤدي إلى مشكلات في التربة. تعتبر بعض الممارسات الزراعية مثل الحرث المفرط من الأسباب الرئيسية لتدهور التربة، بالإضافة إلى تملحها نتيجة الري دون أنظمة صرف صحي مناسبة.

تتطلب هذه التحديات إجراء دراسات طويلة الأمد لفهم تأثير الممارسات الزراعية المختلفة على خصائص التربة. تدخل المواد الكيميائية النانوية في هذا السياق كعوامل فعالة للنمو النباتي ومكافحة الآفات، حيث تساهم هذه المواد في تحسين المحاصيل بأقل تأثير بيئي.

تساعد المواد النانوية في إنبات البذور، وتعزيز نمو الجذور، مثلما يحدث في محاصيل الفجل، واللفت، والخس، والذرة، والخيار، بالإضافة إلى تحسين نمو شتلات القمح والطماطم، والفول، مما يؤدي إلى تحسينات ضرورية في الإنتاج الزراعي.

مكافحة آفات النبات

تعد الأمراض مثل ذبول الفيوزاريوم من بين الأمراض الضارة للمحاصيل الزراعية مثل الطماطم والخس، حيث تظل الفطريات في التربة لفترات طويلة، مما يؤدي إلى نشوء سلالات مقاومة للمبيدات المستخدمة. بينما يمكن تقليل انتشار هذه الأمراض باستخدام أصناف ومواد كيميائية مقاومة، إلا أن ظهور سلالات جديدة يعد تحديًا مستمرًا.

بفضل الجهود المبذولة في الأبحاث، أظهرت تجارب البيوت الزجاجية أن استخدام الجسيمات النانوية لأكاسيد المعادن قد أسفر عن نتائج إيجابية، حيث كانت الثمار المعالجة خالية من تراكم المعادن، مما يدعم استخدام المواد النانوية في مكافحة الأمراض النباتية.

النشاط المضاد للميكروبات

تستخدم مجموعة متنوعة من الجزيئات النانوية كعوامل مضادة للميكروبات، بما في ذلك جزيئات الفضة، وأكاسيد الزنك والسيليكون والمغنيسيوم والذهب. تمتاز كل من هذه المواد بخصائص فريدة ووظائف معينة، حيث تُظهر بلورات الزنك النانوية نشاطًا مضادًا للفطريات والميكروبات، بينما تعمل الفضة كمعقم فعال.

تُستخدم الفضة بشكل متكرر كمطهر للمياه بفضل فعاليتها ضد الكائنات الدقيقة، بجانب الجسيمات النانوية الأخرى التي تُظهر نشاطًا مضادًا للفطريات مثل كنديدا البيضاء والرشاشيات النيجر. كما أثبتت الجسيمات النانوية لأكسيد الزنك، المنتجة من مستخلص قشور “بونيكا جراناتوم”، فعاليتها كمواد مضادة للجراثيم ضد السلالات القياسية من المكورات العنقودية الذهبية وغيرها.