Нанодобрива для стійкого рослинництва в умовах зміни клімату глобальна перспектива

Мухаммад Аамір Ікбал

Подано: 13 липня 2019 р. Переглянуто: 8 серпня 2019 р. Опубліковано: 13 грудня 2019 р

Анотація

Ключові слова

добрива з контрольованим вивільненням
евтрофікація
наногелі
інкапсульовані поживні речовини
повільно випускаються добрива

інформація про главу та автора

Автор

Мухаммад Аамір Ікбал *

Сільськогосподарський факультет, кафедра агрономії, Університет Пунча Равалакот (AJK), Пакистан

* Надішліть усі листи за адресою: [email protected]

З редагованого тому

За редакцією Мірзи Хасануццамана, Марсело Карвальо Мінхото Тейшейра Фільо, Масаюкі Фуджіта і Тіаго Ассіса Родрігеса Ногейри

1. Вступ

Також доречно згадати, що іони амонію реагують з лужною дощовою водою, що призводить до утворення аміаку, який виходить в атмосферу і таким чином стає джерелом забруднення навколишнього середовища. Коли є надлишок азоту, все більше і більше нітратів та іонів амонію накопичується в листі сільськогосподарських культур, особливо листових овочів, і стає шкідливим для здоров’я людини. Крім того, повідомляється, що дієти, багаті нітратами, пов’язані з численними захворюваннями людини, такими як рак сечового міхура та шлунка, а також метгемоглобінемія [4]. Наголошується на тому, щоб доставити необхідну кількість активних речовин лише там, де вони гостро потрібні. Екологи та споживачі закликають зменшити використання синтетичних добрив для зменшення забруднення та впливу залишків на форму, а також збереження агро-екосистем.

Нанотехнології - перспективна галузь досліджень, яка може запропонувати стійкі засоби вирішення нагальних проблем, що стоять перед сучасним інтенсивним сільським господарством. Нанотехнологія використовує наноматеріали, які зазвичай мають розмір 1–100 нм, і цей невеликий розмір надає унікальні характеристики та переваги наноматеріалам. На додаток до численних інших переваг, велика площа поверхні дає можливість для кращої та ефективнішої взаємодії наночастинок з цільовими ділянками. Нанодобрива мають потенціал для задоволення потреб у харчуванні рослин поряд із наданням стійкості системам рослинництва, а також без шкоди для врожайності сільськогосподарських культур [5].

Ця глава передбачає та намагається задовольнити необхідність періодично складати та переглядати сучасний стан та досягнення нанодобрив та стимулювати інтерес для проведення подальших поглиблених досліджень. Кінцевою метою є синтез та оцінка ролі нанодобрив у збільшенні засвоєння поживних речовин та ефективності використання поживних речовин, зменшення втрат через вимивання та газоподібні викиди, а також зменшення ризику токсичності поживних речовин для забезпечення продовольчої безпеки, що досягається завдяки підвищенню продуктивності та економічного результату шляхом практики стійкого землеробства. У цій главі коротко висвітлюється критична роль нанотехнологій, що стосується сучасної сільськогосподарської практики, її потенціал у розробці розумних добрив, нанодобрив та їх різних типів рецептур, біологічний механізм нанодобрив у рослинах, численні переваги, що пропонуються нанодобривами, та польові докази чудових показників наночастинок у наданні критичних характеристик рослинництву, що веде до вищої продуктивності. Нарешті, також було описано декілька обмежень, що стосуються розвитку та використання наночастинок як джерела живильних речовин для рослин.

2. Критичне застосування наноматеріалів у сільському господарстві

Нанотехнологія охоплює управління речовиною в розмірах 1–100 нм для використання при зйомці зображень, вимірюванні та підготовці моделей для створення віртуальних прогнозів поряд з маніпуляцією речовиною в наномасштабі. Як і всі інші галузі, значний вплив наноматеріалів також відчувається у сільському господарстві. Раніше нанокапсуляція, що передбачає інкапсуляцію активних речовин мікросферами крохмалю на матриці, що має нанопори, довела свою стійкість у точній доставці активних речовин до цільових ділянок [6]. Ці нанокапсули або мікрогранули прикріплюються до спадкоємця бджіл подібно до пилку і утримують паразитів у відстані завдяки повільному вивільненню активних речовин поступово і повільно. Таким чином, нанокапсуляція призвела до мінімального використання активних речовин та забезпечувала максимальний захист бджіл від паразитів. Подібним чином були розроблені наногелі, які сприяють контрольованому вивільненню феромонів з комах, щоб забезпечити їм захист від різноманітних шкідників. Нанокапсуляція також дала обнадійливі результати для поліпшення ефективності використання добрив зі значним зменшенням використання активних інгредієнтів [7].

З метою виявлення збудника захворювання та продовження терміну зберігання упакованих продуктів харчування наносенсори та нанобіосенсори дали обнадійливі результати. Однак розробка наноматеріалів з використанням нанотехнологій - це сфера досліджень, що розвивається, і майбутнє судилося засвідчити великі та багатовимірні переваги у виробництві та консервації харчових продуктів. У майбутньому неможливо буде забезпечити продовольчу та харчову безпеку без розробки технологій виробництва харчових продуктів та сільського господарства на основі наноматеріалів.

3. Стратегічний потенціал нанотехнологій у розробці добрив майбутнього

4. Наномасштабні добрива та їх рецептури

Поживні речовини рослин можуть бути вкладені в наноматеріали різного характеру та хімічного складу.

Частинки поживних речовин можуть бути покриті тонким шаром наноматеріалів, таких як полімерна плівка.

Поживні речовини також можуть подаватися у вигляді емульсій та частинок, що мають розмір в діапазоні наночастинок.

5. Біологічні механізми дії нанодобрив

Нанодобрива пропонуються завдяки підвищенню NUE, оскільки клітинні стінки рослин мають невеликі розміри пір (до 20 нм), що призводить до більшого поглинання поживних речовин [14]. Повідомляється, що рослинні коріння, які виступають шлюзами для поживних речовин, є значно пористими для наноматеріалів порівняно із звичайними гноєвими матеріалами. Поглинання нанодобрив можна покращити, використовуючи ексудати коренів та молекулярні транспортери через іонні канали та створюючи нові мікропори [15]. Також повідомляється, що нанопори та устьинні отвори у листках сприяють поглинанню наноматеріалів та їх проникненню глибоко всередину листя. Було зроблено висновок, що у широких/фабових бобах (Vicia faba) нанорозмірні частинки (43 нм) великою мірою сприяли проникненню углиб листка у велику кількість порівняно з більшими частинками розміром більше 1,0 мікрометра [16]. Подібним чином радіуси устьичного листя аравійської кави (C. arabica) були нижче 2,5 нм, тоді як у вишні (P. cerasus) також були нижче 100 нм [17], і, отже, була запропонована ефективність нанодобрив у посиленні поглинання поживних речовин.