چگونه نانوتکنولوژی می‌تواند کشاورزی گرمسیری را متحول کند

در دهه‌های اخیر، پیشرفت‌های فناوری به کمک تبدیل شدن برزیل به یکی از مهم‌ترین قدرت‌های کشاورزی جهان کمک کرده است. یکی از نمونه‌های برجسته از این مسیر، منطقه "سرادو" است. این اکوسیستم که قبلاً به عنوان یک منطقه دشوار برای بهره‌برداری کشاورزی در نظر گرفته می‌شد، اکنون میزبان سیستم‌های تولیدی در مقیاس بزرگ است. این امر تنها با اصلاح اسیدی بودن خاک، توسعه گونه‌های مقاوم و بهبود روش‌های مدیریت، مانند مطالعات "EMBRAPA" امکان‌پذیر شده است.طبق مطالعات EMBRAPA.

طبقشرکت ملی تأمین غذایی (کناب)تولید برنج در برزیل در فصل برداشت 2025/2026 حدود 361.7 میلیون تن تخمین زده شده است که این نشان دهنده افزایش 2.6 درصدی است. برای فصل 2026/2027، شرکتبرنامه‌ریزی برای تولید 367 میلیون تنهمزمان، جمعیت جهان در سال 2050 به حدود 9.7 میلیارد نفر خواهد رسید، طبق گزارشسازمان ملل متحدافزایش تقاضا برای مواد غذایی،

علم نقش مهمی در افزایش تولید کشاورزی در برزیل داشته است، اما اکنون باید به یک مسئله پیچیده‌تر نیز پاسخ دهد: چگونه می‌توان بهره‌وری را بدون افزایش متناسب مصرف مواد و اثرات زیست‌محیطی افزایش داد؟ رویدادهای آب و هوایی شدید، تخریب منابع طبیعی و مقاومت آفات و علف‌های هرز این کار را دشوارتر می‌کند. این امر نیازمند یک تحول فناورانه جدید است که به شرایط مناطق گرمسیری متناسب باشد.

چالش‌های کشاورزی در مناطق گرمسیری

بسیاری از فناوری‌هایی که در دوران انقلاب سبز توسعه یافتند، برای سیستم‌های کشاورزی با آب و هوای معتدل طراحی شده‌اند. اگرچه برخی از آنها با موفقیت در مناطق مختلف تطبیق یافته‌اند، اما شرایط برزیل چالش‌های خاص خود را ایجاد می‌کند.

دمای بالا، تابش خورشید شدید، بارش‌های متمرکز و میکروارگانیسم‌های خاک بر اثر عمل کودها و مواد شیمیایی تاثیر می‌گذارند. در نتیجه، مواد فعال سریع‌تر تجزیه می‌شوند و باران مواد مغذی را به لایه‌های عمیق‌تر خاک می‌برد. فشار آفات و بیماری‌ها نیز می‌تواند...کاربردهای رایج ترین مواد شیمیایی محافظ.

برای مقابله با این مشکلات، صرفاً کشف مواد جدید کافی نیست. ما می توانیم از طریق بهبود نحوه محافظت، حمل و نقل و ارائه مواد موجود به گیاهان، بسیار پیشرفت کنیم. در این زمینه، نانوتکنولوژی پتانسیل زیادی دارد.

نانوتکنولوژی چگونه می تواند کمک کند

نانوتکنولوژی امکان توسعه مواد و سیستم ها در مقیاس بسیار کوچک، در حدود یک میلیارد متر مکعب را فراهم می کند. این امر خواص فیزیکی و شیمیایی مواد را تغییر می دهد و همچنین تعامل آنها را با محیط و موجودات زنده تغییر می دهد.

این علاقه از طریق رشد تولید علمی آشکار می شود.بررسی کتابخانه‌ای اخیرمشخص شد که 2626 مقاله علمی در مورد کاربردهای کشاورزی نانوتکنولوژی بین سال‌های 2000 تا 2023 منتشر شده است. این مقالات موضوعات مختلفی از جمله کودهای نانو و آفت‌کش‌های نانو تا سیستم‌های آزادسازی کنترل‌شده و سنسورهای کشاورزی را پوشش می‌دهند.

این پیشرفت برای نوآوری علمی بسیار مهم است. اما پیشرفت تحقیقات به این معنی نیست که هر فناوری جدید با خواص جالب در آزمایشگاه می‌تواند به مزرعه برسد. باید بررسی شود که آیا این فناوری مشکلات واقعی را حل می‌کند، در چه شرایطی کار می‌کند و چه خطراتی را به همراه دارد.

در برزیل، یک ابتکار به منظور بررسی این موضوع،موسسه ملی علم و فناوری نانوتکنولوژی برای کشاورزی پایدار (INCT NanoAgro)ما بخشی از آن هستیم، شبکه ای که محققان را از زمینه های مختلف گرد می آورد تا فناوری هایی را توسعه دهند که کارایی منابع را بهبود بخشند. تمرکز ما بر پایداری و ارزیابی اثرات زیست محیطی احتمالی است.

در یکمقاله‌ای که در سال 2024 در مجله منتشر شدPlant Nano Biologyما پتانسیل رویکردهای پشتیبانی شده توسط این موسسه را برای مقابله با چالش های خاص کشاورزی گرمسیری مورد بحث قرار دادیم.

پروژه‌های در دست اجرا

یکی از کاربردهای نانوتکنولوژی در کشاورزی، نانوکپسولاسیون است. در این تکنیک، یک ماده فعال توسط یک ساختار نانوساختار احاطه می‌شود که آن را محافظت کرده و آزادسازی آن را کنترل می‌کند. این می‌تواند از تخریب مواد فعال، تسهیل چسبندگی محصولات به برگ‌ها و کاهش از دست دادن مواد مغذی در خاک جلوگیری کند.

یکی از خطوط تحقیقاتی ما از این مدل برای تولیدفرمول‌های نانو برای علف‌کش‌هانتایج نشان می‌دهد که می‌توان دوز اعمال شده را تا ده برابر کاهش داد، بدون از دست دادن اثربخشی در برابر علف‌های هرز. با این حال، این مزیت به فرمول، گونه هدف و شرایط اعمال بستگی دارد.

یک گروه تحقیقاتی دیگر به دنبال بهبود عملکرد حشره‌کش‌ها از طریقنانوساخت، همراه با سایر موادآن‌ها به عنوان "هم‌افزاهای" شناخته می‌شوند، زیرا حساسیت موجودات را به درمان افزایش می‌دهند. تحقیقات در مورد سوسک قهوه‌ای سویا (ایوشیستوس هرو) این اثر را نشان می‌دهند و چشم‌اندازهایی را برای مدیریت جمعیت‌های مقاوم ایجاد می‌کنند.

همچنین مطالعاتی در مورد استفاده از مواد جاذب رشد گیاهی نانوکپسوله شده وجود دارد. آنها به دنبال روش‌هایی برای تسهیل رشد گیاهانی هستند که در شرایط خشکی دچار مشکل هستند. تحقیقات دیگری نیز به بررسی نانوذراتی می‌پردازند که قادر به آزاد کردن نیتریک اکسید هستند. این مولکول در فرآیندهای فیزیولوژیکی گیاهی نقش دارد و در رشد گیاه و تحمل استرس موثر است. این رویکردها می‌توانند در باغبانی و بازسازی زیست‌محیطی نیز کاربرد داشته باشند.

نتایج امیدوارکننده هستند، اما هنوز باید در شرایط کشت مختلف و از نظر ایمنی زیست‌محیطی ارزیابی شوند. این مسائل در مرکز چالش‌های فعلی در این زمینه قرار دارند.

نوآوری با ایمنی

حل مشکلات خاص، به معنای ایمن بودن فناوری نیست. باید اطمینان حاصل شود که خواص ویژه مواد نانویی، تأثیرات غیرمنتظره و ناخواسته دیگری را در خاک، آب و موجودات زنده ایجاد نمی‌کنند.

بنابراین، ارزیابی ریسک باید از مراحل اولیه توسعه این راهکارها دنبال شود. در این زمینه، INCT NanoAgro مطالعاتی را انجام می‌دهد.اکوتوکسیکولوژی، هدف زیست محیطی، چرخه حیات و امنیت زیستی به تعیین شرایط ایمن استفاده، از ابتدا در پروژه‌های با فناوری‌های جدید کمک می‌کنند. موفقیت انقلاب نانوتکنولوژی در این زمینه به شواهد قوی از کارآمدی، امکان‌پذیری اقتصادی و ایمنی برای کشاورزان، مصرف‌کنندگان و اکوسیستم‌ها بستگی دارد.

در دو سال اول فعالیت INCT NanoAgro، دستاوردهای زیادی به دست آوردیم. 163 مقاله علمی، 14 پروژه همکاری با شرکت‌ها، پنج اختراع و حمایت از ایجاد دواستارتاپمبتنی بر فناوری. این اعداد مهم هستند، اما مزیت اصلی این سازمان در شبکه این است که امکان کوتاه کردن فاصله بین یک کشف امیدوارکننده و استفاده از آن در شرایط واقعی کشت را فراهم می‌کند.

کشور ما دارای گروه‌های تخصصی متعددی در زمینه نانوتکنولوژی، کشاورزی، شیمی، زیست‌شناسی و علوم محیطی است. اما تبدیل این توانمندی‌ها به راهکارهای مقرون به صرفه نیازمند همکاری نزدیک بین محققان از حوزه‌های مختلف و گسترش همکاری با شرکت‌ها است. همچنین، آموزش محققان جدیدی که قادر به درک مسائل کشاورزی در تمام پیچیدگی‌های آن باشند، ضروری است.

ما معتقدیم که این یکپارچگی، سهم مهمی در سیاست علمی برزیلی دارد.موسسات ملی علم و فناوریکه توسطCNPqبا همکاری سایر سازمان‌های تحقیقاتی، مهارت‌های ملی را در اطراف چالش‌های مشترک سازماندهی می‌کنند.

برزیل نشان داده است که می‌تواند راه حل‌های خود را برای تبدیل شرایط طبیعی خود به مزایای تولیدی ایجاد کند. "سرادو" نمونه‌ای از این است. اکنون، با استفاده از نانوتکنولوژی، می‌توانیم یک انقلاب جدید را ترویج کنیم. و، به جای تطبیق تکنیک‌هایی که در کشورهای دیگر توسعه یافته‌اند، شرایطی برای رهبری این پیشرفت داریم. بنابراین، امیدواریم که بتوانیم به هدایت نوآوری در زمینه کشاورزی در اطراف چالش‌های خاص محیط گرمسیری کمک کنیم و کشاورزی برزیلی را به عنوان یک مرجع جهانی در توسعه فناوری‌های جدید معرفی کنیم.

لئوناردو فرناندز فراکتو از حمایت INCTNanoAgro (CNPq) و FAPESP برخوردار است.

آدریانو آرروئه ملو از حمایت INCTNanoAgro (CNPq) برخوردار است.

هالی کایکتا دی اولیویرا از حمایت CNPq، CAPES و Fundação Araucária برخوردار است.