تولید کودهای هوشمند برای امنیت غذایی در آینده
به گزارش سیناپرس، تا سال ۲۰۵۰، زمین به جمعیت بالغ بر ۱۰ میلیارد نفر می رسد و نیاز خواهیم داشت که حدود ۷۰ درصد بیشتر از آنچه در حال حاضر مصرف می کنیم، غذا تولید کنیم.
سوال اساسی اینجاست که با توجه به چالش های اضافه شده تغییرات آب و هوایی و تخریب اکوسیستم، چگونه می توان این غذای اضافی را بدون آسیب بیشتر به محیط زیست تولید کرد؟ محصولات اعم از غلات، میوه ها یا سبزیجات با توجه به اینکه مستقیماً خورده می شوند و همچنین برای تغذیه حیوانات نیز استفاده می شوند، از کلیدهای اصلی امنیت غذایی انسان به حساب می آیند.
بنابراین، یکی از پیشرفت‌های بالقوه کلیدی، افزایش کارایی کودها به ویژه کودهای نیتروژن و یافتن راه‌هایی برای کاهش تلفات نیتروژن در محیط زیست است. در حال حاضر، از کودهای نیتروژن برای تولید نیمی از مواد غذایی جهان استفاده می شود.
با این حال، ۵۰ تا ۸۰ درصد نیتروژن مورد استفاده در محصولات زراعی در نتیجه تولید از بین می رود و محیط طبیعی را به صورت اکسید نیتروژن و انتشار آمونیاک در جو و همچنین شسته شدن نیترات و رواناب به آب های زیرزمینی و آبراهه ها آلوده می کند. آلودگی نیتروژن همچنین باعث از بین رفتن تنوع زیستی، کمک به گرم شدن کره زمین، تخریب لایه ازن استراتوسفر، آسیب به سلامت انسان و تحمیل هزینه های اقتصادی می شود.
امروزه کودهای با راندمان افزایش یافته (EEFs) وجود دارند اما به دلیل عملکرد ناسازگار در خاک، محصولات کشاورزی و آب و هوا و عدم اطمینان در مورد مزایای اقتصادی، به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته اند.
در سال ۲۰۲۱، مرکز تحقیقاتی ARC برای غلبه بر محدودیت های کودهای با راندمان افزایش یافته موجود و برای تولید کودهای نیتروژن و بازدارنده های نوآورانه با عنوان کودهای هوشمند، تاسیس شد. این حرکت مشارکتی بین محققان و صنایع پیشرو برای ارائه نسل بعدی کودهای با راندمان افزایش یافته باعث شد که کارایی استفاده از نیتروژن تا ۲۰ درصد افزایش یابد. این مشارکت همچنین ابزارهای تصمیم گیری را برای کمک به کشاورزان در کاهش هزینه ها توسعه خواهد داد.
این مطالعات رویکردی چند رشته ای را اتخاذ کرده و زراعت و علم خاک را با شیمی مصنوعی، مهندسی شیمی، فیزیولوژی گیاهی، بیوشیمی گیاهی و اقتصاد ادغام می کند. به عنوان مثال، اوره دانه ای پرمصرف ترین شکل کود نیتروژن در کشاورزی است. اوره از طریق واکنش با آب در خاک به سرعت به آمونیاک و متعاقباً به نیترات تبدیل می شود که گیاهان جذب می کنند. با این حال، اگر تبدیل به آمونیاک قبل از حل شدن کامل اوره در خاک اتفاق بیفتد، قبل از اینکه گیاهان بتوانند از آن استفاده کنند آمونیاک در جو از بین می رود.
یک مطالعه نشان داد:شبکه های فلزی-فنولیک (MPNs) می توانند مانعی فیزیکی در برابر آب ایجاد کنند و انحلال اوره و انتشار آن در خاک را کنترل کرده و خطر تلفات نیتروژن را کاهش دهند. این روش ساده ساخت شبکه های فلزی-فنولیک فصل جدیدی در ایجاد مواد سازگار با محیط زیست در مصرف کودهای کنترل شده ایجاد کرده است.
تمرکز تحقیقات دیگر روی توسعه مجموعه جدیدی از بازدارنده‌ها است که مولکول های مصنوعی کوچکی هستند که تبدیل اوره به آمونیاک را با مهار فعالیت آنزیم اوره کاهش داده یا اکسیداسیون میکروبی آمونیاک به نیتریت و نیترات را کاهش می دهند که هدف آن حفظ اشکال مطلوب نیتروژن در خاک برای گیاهان و محدود کردن تلفات نیتروژن است.
همچنین تحقیقات نشان می دهد: گیاهان می توانند با ارسال سیگنال های شیمیایی مانند قندها، اسیدهای آلی، لیپیدها و پروتئین‌ها بر نحوه رفتار قارچ ها و باکتری ها تأثیر بگذارند، مخصوصاً زمانی که فاقد یک ماده غذایی خاص یا تحت استرس هستند. به گفته محققان این پیام رسان ها را می توان شناسایی کرد و در پوشش دانه های کود گنجانید. سپس میکروب های مفید توسط این پیام رسان ها به ریشه گیاه جذب شده و جذب نیتروژن را بهبود می بخشند و مقاومت محصول را در برابر تنش های محیطی افزایش می دهند.
به گزارش سیناپرس، پوشش کودهای هوشمند می تواند به گونه ای طراحی شود که شامل حسگرهایی باشد که به مولکول های سیگنال آزاد شده توسط گیاهانی که از تنش نیتروژن رنج می برند پاسخ می دهند. هنگامی که حسگرها این مولکول های تنش را در خاک شناسایی می کنند، کود از طریق پوشش آزاد می شود.
به گزارش سیناپرس، پذیرش گسترده تر فناوری های نسل بعدی کودهای هوشمند به نشان دادن مزایای خالص آن برای کشاورزان بستگی دارد، که مستلزم اشتراک گذاری اطلاعات مرتبط و قابل قبول برای کشاورزان است. گفتنی است که کودهای هوشمند از هزینه های اجتماعی و زیست محیطی ناشی از آلودگی نیتروژن جلوگیری می کنند، سودی که بسیار بیشتر از هزینه های اقتصادی بوده و رویکردی کارآمدتر از پاکسازی آسیب‌های زیست محیطی پس از آن است.
مترجم: تانیا خسروی زاده
منبع: pursuit.unimelb
