Nano-îngrășăminte pentru producția durabilă de culturi sub schimbări climatice O perspectivă globală

De Muhammad Aamir Iqbal

pentru

Trimis: 13 iulie 2019 Revizuit: 8 august 2019 Publicat: 13 decembrie 2019

Abstract

Cuvinte cheie

  • îngrășăminte cu eliberare controlată
  • eutrofizare
  • nanogeluri
  • substanțe nutritive încapsulate
  • îngrășăminte cu eliberare lentă

informații despre capitol și autor

Autor

Muhammad Aamir Iqbal *

  • Facultatea de Agricultură, Departamentul de Agronomie, Universitatea Poonch Rawalakot (AJK), Pakistan

* Adresați toată corespondența la: [email protected]

Din volumul editat

Editat de Mirza Hasanuzzaman, Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira Filho, Masayuki Fujita și Thiago Assis Rodrigues Nogueira

1. Introducere

De asemenea, este relevant să menționăm că ionii de amoniu reacționează cu apa alcalină de ploaie, ceea ce duce la formarea gazului de amoniac care scapă în atmosferă și devine astfel o sursă de poluare a mediului. Ori de câte ori există un exces de azot, tot mai mulți nitrați și ioni de amoniu se acumulează în frunzele culturilor, în special legumele cu frunze și devin dăunătoare sănătății umane. În plus, dietele bogate în nitrați au fost raportate ca fiind asociate cu numeroase boli umane, cum ar fi vezica urinară și cancerul gastric, precum și cu methemoglobinemia [4]. Se subliniază livrarea cantităților necesare de agenți activi numai acolo unde sunt extrem de necesare. Ecologiștii și consumatorii solicită reducerea utilizării îngrășămintelor sintetice pentru a reduce poluarea și efectele reziduurilor asupra formelor produse împreună cu conservarea agro-ecosistemelor.

Nanotehnologia este un domeniu promițător de cercetare care are potențialul de a oferi remedii durabile provocărilor urgente cu care se confruntă agricultura intensivă modernă. Nanotehnologia utilizează nanomateriale care au de obicei dimensiunea de 1–100 nm, iar această dimensiune redusă conferă caracteristici și beneficii unice nanomaterialelor. În plus față de numeroase alte beneficii, suprafața extinsă oferă oportunitatea unei interacțiuni mai bune și eficiente a nanoparticulelor cu siturile țintă. Nanofertilizantele au potențialul de a îndeplini cerințele nutriționale ale plantelor, împreună cu asigurarea sustenabilității sistemelor de producție a culturilor și asta, fără a compromite randamentul culturilor [5].

Acest capitol implică și încearcă să îndeplinească necesitatea de a compila și revizui periodic starea actuală și progresele în materie de nanofertilizatoare și de a stimula interesul pentru efectuarea unor cercetări aprofundate. Scopul final este să sintetizeze și să evalueze rolul nanofertilizantelor în creșterea consumului de substanțe nutritive și a eficienței utilizării substanțelor nutritive, reducând pierderile prin levigare și emisiile gazoase, împreună cu reducerea riscului de toxicitate a nutrienților pentru asigurarea securității alimentare, obținută prin productivitate mai mare și rezultate economice, practicând practicile agricole durabile. Acest capitol prezintă pe scurt rolul critic al nanotehnologiei referitor la practicile agricole moderne, potențialul său în dezvoltarea de îngrășăminte inteligente, nanofertilizante și diferitele tipuri de formulări ale acestora, mecanismul biologic al nanofertilizantelor în plante, numeroase avantaje oferite de nanofertilizante și dovezi pe teren de performanțe superioare a nanoparticulelor în conferirea caracteristicilor critice plantelor de cultură, ducând la o productivitate mai mare. În cele din urmă, au fost descrise, de asemenea, puține limitări legate de dezvoltarea și utilizarea nanoparticulelor ca sursă de nutrienți ai plantelor.

2. Aplicații critice ale nanomaterialelor în agricultură

Nanotehnologia cuprinde controlul materiei la dimensiuni de 1–100 nm pentru utilizare în luarea de imagini, măsurători și pregătirea modelelor pentru a face predicții virtuale, împreună cu manipularea materiei la scară nanomatică. La fel ca toate celelalte domenii, impactul solid al nanomaterialelor este resimțit și în sectorul agricol. Anterior, nanoîncapsularea presupunea încapsularea agenților activi de către microsfere de amidon pe o matrice cu nanopori și-a condus rezistența în livrarea cu precizie a agenților activi către siturile țintă [6]. Aceste nanocapsule sau micro-margele se atașează de moștenitorul albinelor în mod similar cu polenii și mențin paraziții la distanță datorită eliberării lente a agenților activi treptat și încet. Astfel, nanoencapsularea a dus la o utilizare minimă a agenților activi și a oferit protecția maximă albinelor împotriva paraziților. În mod similar, au fost dezvoltate nanogeluri care ajută la eliberarea controlată de feromoni de la insecte pentru a le oferi protecție împotriva dăunătorilor diversificați. Nanocapsularea a dat, de asemenea, rezultate încurajatoare pentru îmbunătățirea eficacității utilizării îngrășămintelor, cu o reducere semnificativă a utilizării ingredientelor active [7].

Pentru a detecta agentul patogen și pentru a prelungi durata de valabilitate a alimentelor ambalate, nanosenzorii și nanobiosenzorii au dat rezultate încurajatoare. Cu toate acestea, dezvoltarea nanomaterialelor care utilizează nanotehnologia este un domeniu de cercetare în evoluție, iar viitorul este destinat să asiste la beneficii extinse și multidimensionale în producția și conservarea alimentelor. În viitor, va fi imposibil să se asigure securitatea alimentară și nutrițională fără a dezvolta tehnologii bazate pe nanomateriale pentru producția de alimente și agricultură.

3. Potențialul strategic al nanotehnologiei în dezvoltarea îngrășămintelor din viitor

4. Îngrășăminte la scară nano și formulările acestora

Nutrienții plantelor pot fi încapsulați în nanomaterialele de natură și compoziție chimică variate.

Particulele nutritive pot fi acoperite cu un strat subțire de nanomateriale, cum ar fi pelicula de polimer.

Nutrienții pot fi, de asemenea, furnizați sub formă de emulsii și particule având dimensiuni în domeniul nanoparticulelor.

5. Mecanismele biologice ale acțiunii nanofertilizantelor

Nanofertilizantele au fost susținute datorită NUE mai mare, deoarece pereții celulari ai plantelor au dimensiuni mici ale porilor (până la 20 nm), ceea ce duce la o absorbție mai mare a nutrienților [14]. S-a raportat că rădăcinile plantelor care acționează ca poartă pentru nutrienți sunt semnificativ poroase pentru nanomateriale în comparație cu materialele convenționale de dejecție. Asimilarea nanofertilizantelor poate fi îmbunătățită prin utilizarea exsudatelor radiculare și a transportorilor moleculari prin canalele ionice și crearea de noi micro-pori [15]. Nano-porii și deschiderile stomatale din frunze au fost, de asemenea, raportate că felicită absorbția nanomaterialelor și pătrunderea lor adânc în frunze. S-a ajuns la concluzia că în fasole largă (Vicia faba), particulele de dimensiuni nanometrice (43 nm) au contribuit la pătrunderea adâncului până la interiorul frunzelor în număr mare, comparativ cu particulele mai mari de peste 1,0 micrometri [16]. În mod similar, razele stomatale ale frunzelor cafelei arabe (C. arabica) au fost sub 2,5 nm, în timp ce cea a vișinelor (P. cerasus) a fost, de asemenea, sub 100 nm [17] și, astfel, a fost sugerată eficacitatea nanofertilizantelor în îmbunătățirea absorbției nutrienților.