Günümüzde dünyada tarımın potansiyeli, verimde azalma, ekilebilir arazide küreselleşme nedeniyle azalmaktadır. Tarım; besin maddelerinin daha az verimi, besin maddelerinin yetersizliği ve toprakta yetersiz alım, topraktaki organik maddenin azalması, suya erişim eksikliği gibi sorunlarla karşı karşıyadır. Bu kritik durumda, 2050 yılına kadar 9 milyarı geçeceği tahmin edilen, artan nüfusu beslemek için yeterli gıda üretmek daha zordur. Nano gübre ekolojik olarak güvenlidir ve toprak verimliliğini, mahsul verimliliğini ve besin kullanım etkinliğini arttırır.
Azot
Hidroksiapatit nanopartiküller ile muamele edilen üre, fosforik asidin bir Ca (OH) 2 ve üre süspansiyonuna kontrollü eklenmesi ile elde edilir, sprey kurutucu kullanılarak hızlı kurutma ile izlenir. Araştırma, 1: 6 hidroksiapatit/üre oranına sahip nanohibritlerden üre salınımının, saf üre ile ilişkili olarak 12 kat daha kademeli olarak üre saldığını bulunmuştur. Ek olarak, nanohibrit, saf üre ile hemen hemen aynı miktarda mevcut nitrojeni sınırlamıştır.
Fosfor
Kapsüllenmiş modifiye edilmemiş zeolit potasyum dihidrojen fosfat, gübreden fosfor salıyor ve yüzeyde modifiye edilmiş zeolitin topraktan salım modelini test etmek için kullanılan süzülme reaktörü. Araştırma, gübre yüklü yüzeyi modifiye edilmiş zeolitin fosfor kaynağının 1080 saat sabit süzülmeye erişilebildiğini, ancak potasyum dihidrojen fosfattan gelen fosforun 264 saat durdurulduğunu bulmuştur. Bu çalışma, yüzeyi değiştirilmiş zeolitin, fosfor için potansiyel bir nano gübre görevi gördüğünü doğrulamıştır.
Potas
Li ve Zhang; kontrollü salımlı bir gübre olarak zeolit ile kapsüllenmiş potasyumun toprakta acı biber büyüme parametresi ve potasyum dinamiklerini gözlemlediğini açıklamışlardır. Nano killerin yüksek katyon değişim kapasitesi, silika (Si 4+) alüminyum (Al 3+) ile değiştirildiğinde kil örgüsündeki negatif yükü artırdığında üretilir. Bu negatif yük, diğer katyonlarla değiştirilebilen amonyum, sodyum, kalsiyum ve potasyum gibi katyonlardan oluşur. Potas gübre doğrudan fotosentez sürecine dâhil olur, yapraklarda stomaların açılmasına ve su depolamasına yardımcı olur. Poliakrilamid esaslı kaplı peletler kullanılarak potas gübre yavaş yavaş salınır.
Gübre, tohum ve uygun sulama ile birlikte mahsul verimliliğine % 35-40 katkıda bulunur. Gübrelemenin dengesizliği, özellikle üre, yüzey suyu nitrat kirliliği ve toprakta azot noksanlığına neden olabilir. Daha önceki birkaç on yılda, nitrojen, fosfor ve potasyumlu gübrelerin kullanım etkinlikleri sırasıyla % 30-35, % 18-20, % 35-40 olarak sabit kalmıştır. Çoklu besin eksikliklerinin, dengesiz gübrelemenin, düşük gübre kullanım verimliliğinin ve toprak organik maddesinin azaltılmasının üstesinden gelmek için, besin maddelerinin hedeflenen bölgeye akıllıca dağıtılması için nano bazlı bir gübre geliştirmek çok önemlidir. Nano fosforlu 640 mg/ha yapraktan uygulama (40 ppm konsantrasyon) yaprak spreyinde nano gübrelerin uygulanması, kurak ortam koşullarında 18 kg/ha fosfor eşit salkım fasulyesi ve inci darı verimi vermiştir.
Besin Kullanım Verimliliği ve Nano gübre
Besin maddesi kullanım verimliliğini artırmak, dünya çapında tarımsal gübre endüstrisi tarafından yürütülen övgüye değer bir hedef ve nihai denemedir. Şu anda nanofertilizer, uygulanan gübrenin kullanım verimliliğini artırmak için deneysel alanlara dâhil olmuştur. Nano gübre daha yüksek yüzey alanından oluşur çünkü nanopartikül boyutu daha küçüktür ve suda yüksek reaktiviteye, çözünürlüğe sahiptir. Üç yol olarak kabul edilen nano kapsülleme teknikleri şunlardır;
• Besin, nanogözenekli parçacık içinde kapsülleme olabilir,
• Dış kaplama için ince bir polimer kullanılabilir
• Nanosize seviyesinde gübre serbest bırakılabilir. Zeolit bazlı nano kapsüllenmiş gübre, besin maddelerini yavaş yavaş ekinlere salma ve besin kullanım verimliliğini artırma yeteneğidir
Geleneksel gübrede, azot kullanımında düşük verim % 50-70. Nano teknolojik yaklaşımın yeni akıllı dağıtım sistemleri, nitrojen kullanılabilirliğini ve kullanım verimliliğini artırmaktadır. Fosfor için % 10-25 gübre kullanım etkinliği. Geleneksel gübrelerin ikamesi olarak yükselen nano gübrelerle, toprakta besin birikimi ve dolayısıyla ötrofikasyon ve içme suyu kirliliği ek olarak ortadan kaldırılabilir. Aslında, nanoteknoloji, besin kullanım verimliliğini artırmak ve çevre koruma ücretlerini sınırlamak için yeni fırsatlar yaratmıştır. Manganez çekirdek kabuğu gibi kapsülleme teknikleri, ihtiyaç duyulan besin maddesinin alımına ve yavaş salınmasına yardımcı olacaktır. Hindistan’daki maksimum tarımsal toprak sayısı düşük doğal verimliliğe sahiptir ve bu topraklarda etkili ve sürekli mahsul üretimi düzenli besin çabaları gerektirir.
Bununla birlikte, dünya çapında geleneksel gübrelerin kullanımı, gübre olarak uygulanan besin maddelerinin kullanım verimliliği, fosfor (% 15-20) ve çinko, bakır, demir gibi mikro besinler (% 2-5) bakımından son derece düşük kalmaya devam etmektedir. Besin girdileri yetersiz kullanıldığında, hem çiftçilik maliyeti hem de biyosfer kirliliği tehdidi artar. Bu nedenle, ekonomi ve ekoloji, mahsul üretiminde besin maddelerinin daha etkili kullanımına olan saplantılı ihtiyacı vurgulamaktadır.
Gübre besinleri münhasır olduğundan ve ulusal düzeyde çok büyük miktarlarda kullanıldığından, kullanım verimliliğindeki herhangi bir artış, besin ihtiyacında önemli bir azalmaya ve ulusal düzeyde büyük bir ekonomik avantaja yol açacaktır. Zn’nin bitkilere yavaş salım özellikleri, daha yüksek verimlerle yakından ilişkili olabilir. Nanoteknoloji, sürdürülebilir ve kaliteli tarım ve toplum için geliştirilmiş ve zengin gıda gibi alanlarda uygulanması yoluyla yaşam kalitesini artırabileceğinden, tarımda büyük bir potansiyele sahiptir.
Nano Gübrelerin Sağlığa ve Çevreye Etkileri
Nano yapıların veya nanopartiküllerin tarımsal kimyasallar (gübreler veya pestisitler) olarak faydası, nano gübrelerin genel bir çiftlik uygulaması için tarımda veya çiftçilikte kullanılmasını istemeden önce sistematik olarak araştırılmaktadır. Birçok nanopartikülün evi, insan sağlığı, yani boyut, şekil, çözünürlük, kristal faz, malzeme türü ve maruziyet ve doz konsantrasyonları için ulaşılabilir tehlike olarak görülmektedir. Bununla birlikte, uzman görüşleri, piyasada bulunan nanopartikülleri içeren gıda ürünlerinin muhtemelen yemeye karşı korunduğunu göstermektedir, ancak bu daha aktif bir şekilde araştırılması gereken bir alandır.
Koruma sorununu ele almak için, araştırma, nanopartiküllerin nano gıdaya maruz kaldıktan sonra insan vücudundaki etkisini bilmek zorundadır. Araştırmacılar, nanopartiküllerin ve nano gübrelerin ekosistemin biyotik ve abiyotik faktörleri üzerindeki etkisini araştırmak için uygun değerlendirme tekniklerini değerlendirmek ve geliştirmek zorundadır. Çeşitli konular arasında, nano malzemelerin çevrede birikmesi, bitkilerin yenilebilir kısımları muhtemelen tarımda kullanımdan önce gerekli konular olacaktır.
Dünya nüfusu, sürekli olarak büyümektedir, gelişmekte olan bu nüfusu besleyici gıdalarla beslemek için en büyük tarımsal zorluk geometrik olarak artmaktadır. Tarımsal üretkenliği sınırlandıran biyotik ve abiyotik kısıtlamalar, insan sağlığı ve tarımda mahsul üretimini iyileştirmek için özel nano gübrelerin kullanımı üzerinde de bir etkiye sahiptir.
Sonuç olarak, nanopartikül ve mahsul mikrobiyomunun ilişkisini dikkatle incelemek gerekir. (Tamamlayıcı, nanopartikülün toprak ve çevre ekosistemi ile ara yüzünü tanımak için) Güvenlik sınırları dâhilinde izin verilen nano gübre miktarının kullanımına ilişkin araştırma teyidi açıklanmalıdır. Nano malzemelerin toprak ve bitkilerle olan ara yüzü, nano gübre tipine, uygulanan nanopartikülün dikkatine, işlem süresine, bitki genotipine ve büyüme aşamasına göre değişir.
Kaynakça:
https://www.researchgate.net/publication/336134906_Physical_and_chemical_techniques_to_produce_nano_fertilizers
http://www.ijeast.com/papers/1-4,Tesma403,IJEAST.pdf
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu