كتبت سامية الفقى
اكد ا.د. عمرو محمود عبد الجواد رئس قسم خصوبة وميكروبيولوجيا الاراضى عن أهميه النانوتوكنولجى في خدمة الاراضى الصحراوية المتوفرة بغرض التوسع فى الزراعة
موضحا ان الاراضى الصحراوية تكون فقيرة فى محتواها من المادة العضوية والعناصر الغذائية وبالتالى فان الزراعة فى الاراضى الصحراوية تحتاج الى تحسين الخواص الطبيعية والخصوبيه والحيوية لهذه الاراضى حتى تستطيع النباتات المنزرعة ان تنمو بصورة جيدة وتعطى محصولا اقتصاديا وفيرا.
وقديما كان يتم تحسين صفات هذه الاراضى باستخدام مواد كيماوية عالية التكلفة بكميات كبيرة خاصة الازوتية بهدف زيادة الانتاجية , وهذه الكميات من التسميد الازوتى تنتج نباتات غضة سهلة الاصابة بالمن والذبابة البيضاء وانواع اخرى هذا الى جانب تأثيرها التراكمى الضار على النبات والبيئة المحيطة به.
وحديثا تم الاتجاه الى تطبيق تكنولوجيا الزراعة العضوية الحيوية فى تحسين خواص التربة, عن طريق استخدام بعض الكائنات الدقيقة الفعالة بهدف تحسين الخواص الطبيعية والكيماوية والبيولوجية للتربة.وهذه المجموعات لها تأثير فى احداث التوازن الميكروبى فى منطقة الشعيرات الجذرية للنباتات النامية وخفض رقم حموضة التربة وزيادة تيسر العناصر الغذائية فى التربة وتحسين الحالة الغذائية للنبات مما يؤدى الى تحقيق اعلى انتاجية لها والوصول الى تحقيق الزراعة النظيفة.
ونوه د عمرو عن النانو تكنولوجي على أنها “العلم الذي يهتم بدراسة ومعالجة المواد على المستوى الذري والجزيئي”.
“تقنية النانو” مشتق من اللغة اليونانية وتعني عالم الأقزام الخرافي المتناهي في الصغر، و تقنية النانو معناها التقنيات التي تصنع علي مقياس النانومتر.
أصغر وحدة قياس مترية وتعادل واحد من ألف مليون من المتر ، أي واحد من مليار من المتر ، ويمثل ذلك أدق وحدة قياس مترية معروفة حتى الآن ، والنانومتر يعادل عشرة أضعاف وحدة القياس الذري المعروفة بالأنجستروم ، و حجم النانو أصغر بحوالي 80.000 مرة من قطر شعرة الرأس ، فهى حقاً تقنية المنمنمات.
وقال د عبد الجواد ان هناك تصنيفا للمواد النانوية:
نسبة إلى عدد أبعادها الغير موجودة في نطاق النانومتر. وبذلك فهى تنقسم إلى:
مواد أحادية الأبعاد: وهي تلك المواد التى تحتوى على بعد واحد فقط أكبر من 100 نانومتر، مثل الأنابيب والخيوط النانوية والتى سوف تلعب دوراً مهماً فى تصنيع الإلكترونيات، وتستخدم حالياً في طلاء الأسطح مثل طلاء أسطح المنتجات الفلزية لحمايتها من التأكل والصدأ، وتستخدم أيضاً لتغليف المنتجات الغذائية بهدف حفظها nano film, nanowire, nanofibersمن التلوث والتلف.
مواد ثُنائية الأبعاد: تحتوى هذه المواد على بعدين ونجد بعض الأمثلة على تلك المواد مثل الطبقات النانوية والتى تدخل فى صناعة المستشعرات.
carbon nanotube( single walled, multi-walled)
Good conductor of heat and electericity- stronger than steel – biological sensor
مواد ثلاثية الأبعاد: هى مواد جميع أبعادها تكون أكبر من 100 نانومتر، وتكون ذات تركيب بلوري نانوي أو تحتوى على مواد أخرى تكون صفرية أو أحادية أو ثنائية الأبعاد، مما يعطيها بعض خصائص نطاق النانو ويتم تصنيفها كأحد أنواع المواد النانوية، من أمثلتها الحبيبات النانوية وكذلك مساحيق الفلزات والمواد السيراميكية فائقة النعومة، ويجب أن نشير هنا إلى أن هذه الفئة من المواد النانوية ثلاثية الأبعاد تتصدر قائمة
الإنتاج العالمي من المواد النانوية بوجه عام وذلك لاستخداماتها المتنوعة في التطبيقات التكنولوجية.
Bucky ball C60 and nano shell
خواص المواد النانوية
تكتسب المواد عند المستوى النانوي صفات فيزيائية وكيميائية وبيولوجية جديدة لم تكن موجودة حتى في المادة الام التي تكونت منها
الخواص الميكانيكية
ترتفع قيم الصلادة( (Hardnessللمواد الفلزية وسبائكها وكذلك تزيد مقاومتها(Strength) لمواجهة اجهادات الاحمال المختلفة الواقعة عليها وذلك من خلال تصغير مقاييس حبيبات المادة والتحكم في ترتيب ذراتها .
درجة الانصهار
تتاثر قيم درجات حرارة انصهار المادة بتصغير ابعاد مقاييس حبيباتها ويبرر العلماء سبب تناقص قيم درجة انصهار المادة مع تناقص مقاييس حبيباتها الى الزيادة الطارئة على مساحات اسطحها الخارجية واختلاف مواضع وترتيب الذرات عما كانت عليه .
الخواص البصرية
تختلف الخواص البصرية للمواد النانوية عن مثيلاتها من المواد غير النانوية الكبيرة اذ يمتد تاثير حجم الحبيبات على التشتت او الانكسار الضوئي لسطح المادة ،فعلى سبيل المثال اللون المعروف لحبيبات الذهب النقي الذي تزيد اقطارها عن 200 نانومتر هوا للون الاصفر الذهبي الذي نعرفة ولكن اذ ماتم تصغير هذه الحبيبات الى اقل من 20 نانومتر فانها تكون عديمة اللون شفافة ومع زيادة تصغير الحبيبات تظهر الحبيبات بألوان مختلفة من الاخضر الى البرتقالي ثم الاحمر وذلك وفقا لمقاييس ابعاد اقطارها
الخواص الكهربائية
يؤدي تصغير حجم المواد الى مستوى النانو الى زيادة خواصها الكهربائية متمثلة بقدرتها الفائقة على توصيل التيار الكهربائي ،كما ان المواد غير الموصلة تصبح مواد موصلة للكهرباء عند تحولها الى مواد نانوية .
5- الخواص البيولوجية
تزداد الخواص البيولوجية للمواد عندما تتحول الى جسيمات نانوية فجسيمات الذهب والفضة و النحاس و الزنك النانوية تتميز بموصفات بيولوجية فريدة في التأثير على العديد من المسببات الممرضة والحشرات و الفيروسات و النيماتودا فضلا عن اهميتها في الجانب الطبي .
6- الخصائـص الكيميائيـة للمـواد النانويـة تختلـف عـن الخصائـص الكيميائيـة لألحجـام الكبيـرة، حيـث أن أحجـام النانـو للمـادة ً … يمكـن أن تسـتخدم كمحفـز للعمليـات الكيميائيـة، وتعمـل علـى تسـريع التفاعلات الكيميائيـة بصـورة سـريعة جـدا
تصنيع المواد النانوية
مشيرا الى ان هناك طرق عديدة لتصنيع المواد النانوية تم تقسيمها إلى قسمين رئيسيين، أحدهما من أعلى إلى أدنى (top-down) حيث يتم تكسير المادة الأصلية (الكبيرة) شيئاً فشيئاً حتى الوصول إلى الحجم النانوى.
وتستخدم عدة طرق لذلك منها الحفر الضوئى ، القطع ، الكحت والطحن. واستخدمت هذه التقنيات فى الحصول على مركبات إلكترونية مجهريه كشرائح الحاسب وغيرها اما فى التطبيقات الزراعية فان هذة الطريقة تتنج كم من الجزيئات الصغيرة اقل من 20 نانوميتر ولها مخاطرها على الخلايا النباتية و جزيئات اكبر من 100 نانو متر وتعتبر معادن وليست جزيئات نانو كما ان اختبارات جودة المنتج تعتبر اقل.
. أما الطريقة الثانية فهى تبدأ من أسفل لأعلى(bottom –up) ، بعكس الطريقة الأولى ، حيث يتم بناء المادة النانوية انطلاقاً من ذرات وجزيئات يتم ترتيبها حتى نصل إلى الشكل والحجم النانوى المطلوب. وهذه الطريقة غالباً ما تكون طرق كيميائية ، وتتميز بصغر حجم المواد الناتجة ، وقلة الفاقد والحصول على روابط قوية للمادة النانوية الناتجة.وهذة الطريقة التى يوصى باستخدامها فى الزراعة بكفاءة عالية ودقة.
استخدام النانوتكنولوجي في الزراعة
له مزايا عدة منها
انه يعتبر من أهم اليات التوصل الى اساليب الزراعة الحديثة التى تتلخص في:
انخفاض التكلفة الاقتصادية نتيجة لانعدام الامراض التى تصيب المحاصيل الاستراتيجية مثل الحبوب
قلة تكلفة الاسمدة المصنعة وزيادة كفاءتها
مقاومة المحصول للظروف البيئية الغير ملائمة
الزراعة الدقيقة
تهدف الزراعة الدقيقة الى زيادة المخرجات (كمية المحصول) وتقليل المدخلات (الاسمدة والمبيدات وغيرها) من خلال مراقبة التغيرات المناخية واتخاذ بعض الاجراءات المستهدفة.
ويتحقق ذلك عن طريق استخدام اجهزة الاحساس النانوية لمراقبة حالة التربة والاسمدة والافات والمبيدات والملوثات والمياه
قياس حالة التغيرات المناخية لتحقيق اكبر كفاءة لنمو المحاصيل
تصنيع و استخدام الاسمدة النانومترية
تلعب الأسمدة النانوية أدوارا مهمة فى تغذية النبات سواءا تم رشها على المجموع الخضرى أو تم اضافتها من خلال المعاملات الارضية مثل:
- زيادة نشاط عمليات التخليق الضوئى (من خلال زيادة محتوى الاوراق من الكلوروفيل.
- زيادة قدرة المحاصيل على تحمل ظروف الإجهاد المختلفة.
- زيادة مقاومة المحاصيل للأمراض.
- المحافظة على الصفات الجينية المطلوبة للمحاصيل الزراعية المختلفة.
- زيادة المواد الفعالة فى النبات .
المبيدات الزراعية النانوية
تصنيع هذة المبيدات في كبسولات نانومترية يستطيع الانسان التحكم الدقيق في معدل إفراز المبيدات من الكبسولة
أو عن طريق تصنيع المبيدات الحشرية في الحجم النانومتري والأستفادة من زيادة كفاءتها بأقل التركيزات الممكنة .
أو عن طريق تطوير جيل جديد من المبيدات عالية التخصص لحشرات معينة دون غيرها يمكن التحكم في عملها عن بعد في الوقت والمكان المناسبين
الكبسولات النانوية nanoencapsulation
يمكن ان تعرف الكبسولات النانوية بانها مواد فعالة تكون داخل كبسولات نانوية وهذه الكبسولات مصنوعة من بوليمرات طبيعية مثل الكيتوسان والجيلاتين او بوليمرات مصنعة مثل البولي اثلين جليكول
Nanopesticides وهى عبارة عن مستحضر يتكون من مكونات بحجم النانومتر حيث ان خواص هذاالمستحضر مرتبطة بهذا المدى من الحجوم ، وتتكون المبيدات النانوية من مواد فعالة عضوية مثل البوليمرات ومواد غير عضوية مثل اكاسيد المعادن في اشكال مختلفة من الجسيمات او الجزيئات
واشار د عمرو ان استعمال تطبيقات النانو فى المجال الزراعى بصورة جدية يساهم بفعالية فى زيادة انتاجية وحدة المساحة من المحاصيل المختلفة.
- زيادة جودة الثمار.
- زيادة قدرتها التنافسية من خلال تقليل متبقيات الأسمدة والمبيدات فيها.
- كما يحافظ على التربة ويقلل تلوث المياه الجوفية ببقايا الأسمدة المختلفة.
- التكلفة الكلية لوحدة المساحة سواء تسميد او مكافحة الافات سدس او عشر التكلفة بالاسمدة او المبيدات العادية.
مما ينعكس بصورة اقتصادية على المردود الاقتصادى للمزارع من خلال تقليل المصاريف, وبالتالى زيادة ربحيته من المحاصيل المختلفة, وزيادة الفرص التصديرية من خلال زيادة تنافسية المنتج
