10 دقیقه
پژوهشگرانی از دانشگاه ماساچوست امهرست و دانشگاه جیاننان گزارش دادهاند که یک روش آزمودهشده در مزرعه میتواند به کشاورزان امکان دهد تا بدون کاهش عملکرد محصول، میزان مصرف کود نیتروژنی را در برنج بهطور چشمگیری کاهش دهند و همزمان ارزش غذایی دانه، سلامت خاک و پیامدهای اقلیمی را بهبود بخشند. نوآوری مورد بحث یک اسپری سلنیوم در مقیاس نانو است که روی گیاهان برنج اعمال میشود و عملکرد فتوسنتز و جذب نیتروژن را تقویت میکند و در آزمایشهای شالیزاری واقعی انتشار گازهای گلخانهای را نیز کاهش میدهد.
تحقیقات نشان میدهد که اسپری نانو سلنیوم میتواند نیاز به کود شیمیایی در سیستمهای برنجکاری را بهطور معنیداری کاهش دهد در حالی که عملکرد محصول حفظ میشود و سلامت خاک تقویت میگردد. این رویکرد با افزایش راندمان استفاده از نیتروژن، تقویت فتوسنتز و کاهش محسوس انتشار گازهای گلخانهای در آزمایشهای میدانی همراه بوده است، که میتواند گامی مهم در جهت کشاورزی پایدار و کاهش اثرات زیستمحیطی کودها باشد.
چرا بهبود بهرهوری کود برای تولید جهانی برنج اهمیت دارد
انقلاب سبز بهطور چشمگیری تولید غذای جهان را بهخصوص از طریق استفاده گسترده از کودهای نیتروژنی سنتتیک افزایش داد. اما این دستاوردها هزینه زیستمحیطی و اقتصادی نیز داشتند. تولید کود نیتروژنی انرژی زیادی مصرف میکند و موجب انتشار دیاکسیدکربن میشود و پس از پخش در مزارع بخش قابلتوجهی از این نیتروژن در نهایت وارد محصول نمیشود. راندمان استفاده از نیتروژن (NUE) برای بسیاری از غلات بین 40 تا 60 درصد است؛ در حالی که برای برنج میتواند تا حدود 30 درصد کاهش یابد، بدین معنا که تا 70 درصد از کود مصرفی از طریق شستشوی خاک یا انتشار به صورت گاز از دست میرود. این هدررفت باعث زیان اقتصادی برای کشاورزان و تشدید مشکلاتی مانند فروافتادگی مواد مغذی در آبها و انتشار گازهای گلخانهای میشود.
«میدانیم که باید راندمان استفاده از نیتروژن افزایش یابد» این جمله را بائوشان شینگ، استاد ممتاز دانشگاه در شیمی محیطزیست و خاک و یکی از نویسندگان ارشد مشترک مطالعه، بیان میکند. این کار مشترک بینالمللی که از سوی دانشگاه ماساچوست امهرست و دانشگاه جیاننان رهبری شده است، با استفاده از فناوری نانوی کشاورزی و آزمایش در شالیزارهای واقعی، به دنبال پاسخ به این چالش است. انجام آزمایشها در شرایط میدانی به اعتبار نتایج افزوده و نشان میدهد که کاربردهای عملی این تکنیک فراتر از محیطهای کنترلشده گلخانهای است.
بائوشان شینگ، استاد ممتاز شیمی محیطزیست و خاک دانشگاه و مدیر مدرسه کشاورزی استاکبریج در دانشگاه ماساچوست امهرست. منبع عکس: University of Massachusetts Amherst
نتایج آزمایشهای میدانی: کمتر کود، عملکرد مشابه یا بهتر
در آزمایشهای میدانی، پاشیدن ملایم یک معلق از نانوذرات سلنیوم روی برگها و ساقههای برنج به پژوهشگران این امکان را داد که مصرف نیتروژن را تا 30 درصد کاهش دهند در حالی که عملکرد محصول حفظ شد و در بعضی شاخصها بهبود نیز مشاهده گردید. تیم تحقیق از پهپادهای هوایی برای پخش نانو سلنیوم روی شاخساره استفاده کرد که نسبت به کاربرد در خاک جذب مستقیم بیشتری از طریق برگ و ساقهها فراهم میسازد و باعث افزایش نفوذپذیری و بهرهوری جذب میشود.
(الف) برنجی که با سلنیوم و 30 درصد کاهش کود (RF+ Se ENMs) تیمار شده، بهطور قابلتوجهی پرپشتتر از برنجی است که فقط کاهش کود داشته (RF) و قابل مقایسه با برنج کشت متعارف (CK) است. (ب) آزمایش میدانی بررسی انتشار گازهای گلخانهای در برنجهایی که با نانو سلنیوم تیمار شدهاند.
نتایج تجربی کلیدی شامل موارد زیر بود که برای کشاورزی پایدار و بهینهسازی مصرف کود اهمیت دارند:
- افزایش بیش از 40 درصدی فعالیت فتوسنتزی پس از تیمار با نانو سلنیوم به این معنی که گیاهان مقدار بیشتری از CO2 جوی را به قندها و کربوهیدرات تبدیل کردند، امری که مستقیماً با رشد و عملکرد محصول مرتبط است.
- بهبود راندمان استفاده از نیتروژن از حدود 30 درصد به تقریباً 48.3 درصد که نیاز به ورودیهای کود شیمیایی را کاهش میدهد و میتواند هزینههای تولید را برای کشاورزان کاهش دهد.
- کاهش انتشار گازهای نیتروز اکسید و آمونیاک به میزان 18.8 تا 45.6 درصد که به معنی کاهش سهم قابلتوجهی از گازهای گلخانهای مرتبط با کشاورزی است و به اهداف کاهش انتشار کمک میکند.
- افزایش پروتئین دانه، سطوح بالاتر چندین اسید آمینه ضروری و افزایش محتوای سلنیوم دانه که یک مزیت تغذیهای بالقوه برای جمعیتهایی است که رژیم غذایی آنها کمبود سلنیوم دارد.
(الف) یکی از مزارع آزمایشی در شهرستان کونشان چین؛ (ب) و (ج) مقایسه عملکرد و وزن دانه بین برنج کشت متعارف (CK)، برنجی که با 30 درصد کاهش کود تیمار شده (RF) و برنجی که با 30 درصد کاهش کود و نانو سلنیوم تیمار شده (RF+Se ENMs).
چگونگی عملکرد نانو سلنیوم: فیزیولوژی گیاه و میکروبیولوژی خاک
پژوهشگران یک مکانیزم مرتبط گیاه–ریزاندامگان را مطرح میکنند. به نظر میرسد سلنیوم در مقیاس نانو دستگاه فتوسنتزی گیاه برنج را تحریک میکند به طوری که برگها مقدار بیشتری از کربوهیدراتها را تولید میکنند. این قندهای اضافی از طریق انتقال به ریشهها فرستاده میشوند و رشد ریشه و ترشحات ریشهای را تقویت میکنند. ترشحات ریشهای قویتر، میکروارگانیسمهای مفید خاک را تغذیه میکنند و این موجودات در بازگردانی و تبدیل ترکیبات نیتروژنی خاک نقش کلیدی دارند و به گیاه کمک میکنند تا نیتروژن و آمونیوم را کارآمدتر جذب نماید.
این رابطه همزیستی منجر به بهبود جذب نیتروژن در بافتهای گیاهی (افزایش NUE)، کاهش تلفات نیتروژن به آب و هوا و تغییر ساختار جوامع میکروبی خاک به سوی تنوع و کارکرد بالاتر میشود. اثرات آبشاری این تغییرات هم از لحاظ زراعی و هم از منظر زیستمحیطی سودمند است: کشاورزان هزینه کمتری برای کود پرداخت میکنند و در عین حال مزارع مقدار کمتری از گازهای گرمکننده جو را منتشر میکنند. همچنین تقویت سلامت ریشه و فعالیت میکروبی میتواند به بهبود ساختار خاک و ظرفیت نگهداری آب کمک کند که برای پایداری بلندمدت زراعی اهمیت دارد.
پیامدها برای کشاورزی پایدار و اهداف اقلیمی
برنج حدود 15 تا 20 درصد از کود نیتروژنی سنتتیک جهان را مصرف میکند. بنابراین فناوریای که بتواند تقاضای کود در سیستمهای برنجکاری را به اندازه 30 درصد کاهش دهد میتواند کاهشهای قابلتوجهی در انتشار گازهای حاصل از تولید کود و نیز انتشار گازهای میدانی ایجاد نماید. برای کشاورزان خرد، مزایای اقتصادی در آزمایشها ملموس بود: مطالعه گزارش داد که با احتساب صرفهجویی در ورودیها و حفظ عملکرد، سود اقتصادی به ازای هر تُن حدود 38.2 درصد بیشتر نسبت به روشهای مرسوم افزایش یافته است.
علاوه بر جنبههای اقتصادی، ابعاد سلامت عمومی نیز اهمیت دارند. سلنیوم یک ریزمغذی ضروری برای انسان است و غنیسازی زیستی دانه برنج با سطوح ایمن سلنیوم میتواند کمبودهای تغذیهای در برخی مناطق را کاهش دهد. با این حال هر برنامه کاربرد وسیع سلنیوم باید با دقت مدیریت شود تا از عرضه بیش از حد جلوگیری گردد؛ زیرا بازه بین نیاز غذایی و سمیت سلنیوم نسبتاً باریک است و مدیریت مقدار و فرکانس کاربرد حیاتی است.
دیدگاه کارشناسان
«این مطالعه قانعکننده است زیرا از آزمایشهای کنترلشده گلخانهای فراتر رفته و وارد شالیزارهای واقعی شده است»، دکتر آنا لوپز، اکولوژیست خاک با دو دهه تجربه در سامانههای برنجکاری، میگوید. «مشاهده بهبود فتوسنتز، رشد بهتر ریشه و کاهش قابلاندازهگیری نیتروز اکسید در آزمایشهای میدانی نشان میدهد که این روش میتواند بهعنوان یک ابزار عملی برای کشاورزان مفید باشد. گام بعدی انجام آزمایشهای چندساله در اقلیمهای مختلف و پایش دقیق غلظت سلنیوم در خاک و دانه است.»
چشماندازها، ریسکها و گامهای بعدی
اعتبارسنجی میدانی یکی از نقاط قوت مهم این کار است اما توسعه در مقیاس وسیع نیازمند توجه به چند عامل کلیدی است: هزینه و تدارکات تولید نانوذرات سلنیوم پایدار، پروتکلهای ایمن کاربرد (پهپادها دقت را افزایش میدهند اما نیازمند سرمایهگذاری هستند)، و چارچوبهای مقرراتی که استفاده از نانوذرات و غنیسازی ریزمغذیها را مدیریت میکنند. پایش بلندمدت جوامع میکروبی خاک و چرخه سلنیوم ضروری است تا از پیامدهای زیستمحیطی ناخواسته جلوگیری شود.
فناوریهای تکمیلی مانند اسپریهای برگی هدفمند، مدیریت دقیق کود (precision fertilizer management) و رویکردهای یکپارچه مدیریت آفات و عناصر غذایی میتوانند با تیمارهای نانو سلنیوم ترکیب شوند تا کشاورزی برنج را بهشکل پایدارتری ارتقا دهند. اگر این روشها بهطور گسترده آزموده و پذیرفته شوند، میتوانند به کاهش انتشار آلایندههای اقلیمی، کاهش هزینههای تولید برای کشاورزان و بهبود کیفیت تغذیهای یکی از محصولات اساسی میلیاردها نفر کمک کنند.
نتیجهگیری
تیمار برگی نانو سلنیوم یک راهبرد امیدوارکننده و آزمونشده در مزارع است برای کاهش وابستگی به کود نیتروژنی در کشت برنج در حالی که عملکرد حفظ شده، ارزش غذایی دانه افزایش یافته و انتشار گازهای گلخانهای کاهش مییابد. گذار از آزمونهای کنترلشده به پذیرش در مقیاس وسیع، نیازمند ارزیابی دقیق ایمنی زیستمحیطی بلندمدت، تدارکات تولید و شرایط زراعی محلی است اما شواهد فعلی مسیر عملی برای حرکت بهسوی تولید برنج پایدارتر را نشان میدهند. ادامه پژوهشهای میانرشتهای، توسعه دستورالعملهای کاربردی برای کشاورزان و تدوین استانداردهای نظارتی مناسب، از گامهای ضروری برای تحقق پتانسیل این فناوری در سطح جهانی است.
منبع: scitechdaily
نظرات
سفرلو
تو روستای خودمون کشاورزها دنبال کم کردن هزینهان، اگه این روش واقعی باشه خیلی کمک میکنه، ولی بدون آموزش و دسترسی به پهپاد و مقررات واضح عملاً نمیشه
بیونیکس
مطالعه قانعکنندهست و مکانیزم گیاه-ریزاندامگان منطقیه، اما باید چندساله و در اقلیمهای مختلف تکرار بشه. پایش طولانیمدت سلنیوم در خاک و دانه، ارزیابی جوامع میکروبی و تدوین پروتکلهای ایمن برای کاربرد لازمه، و حتما بازخورد کشاورزها رو هم ببینند.
توربو
خوبه ولی یه کم اغراق به نظر میاد، پهپاد و تولید نانوذرات گرون و پیچیدهست، برا کشاورز خرد عملاً قابل اجرا هست؟
کوینکس
این نتایج از چند شالیزار و اقلیم جمعآوری شده؟ یعنی تضمینی هست که غنیسازی سلنیوم باعث مسمومیت نشه؟ سوال جدی دارم
ردیکس
وااای، اگه واقعاً با نانو سلنیوم بشه کود رو ۳۰٪ کم کرد و باز عملکرد بمونه، فوقالعادس! فقط نگرانم تجمع سلنیوم تو خاک و دانه چی میشه، باید پایش بلندمدت باشه...
ارسال نظر