ثورة زراعية باستخدام الأسمدة النانوية

لقد تم إنشاء الثورة الزراعية في الستينات والسبعينات بهدف إطعام البلايين من الناس حول العالم، باستخدام الأسمدة كونها أحد أهم العوامل الدافعة الرئيسية لازدهار الزراعة. لكن في البلدان النامية، لازالت تكلفة الأسمدة عالية نسبيًا وقد تحد من الإنتاج الغذائي. حاليًا قام الباحثون بنشر تقرير في مجلة ACS Nano عن طريقة سهلة لجعل الأسمدة الموجودة أكثر فعالية والتي من شأنها أن تُسهم في بداية ثورة غذائية ثانية.

يقوم المزارعون عادةً باستخدام اليوريا -مصدر غني بالنيتروجين- كسماد. ويتمثل عيبها في أنها تتحطم سريعًا في التربة الرطبة وتُكون الأمونيا. تُجرف الأمونيا بعيدًا، مما يخلق قضايا بيئية ضخمة، حيث أنها تقود إلى إغناء المجاري المائية بالعناصر المتحللة وتدخل في نهاية المطاف الغلاف الجوي في صورة ثاني أكسيد النيتروجين، وهو أحد الغازات الدفيئة الرئيسية المرتبط وجودها بالزراعة. هذا التحلل السريع من شأنه أن يحد أيضًا من كمية النيتروجين التي تمتصها جذور المحاصيل مما يدفع المزارعين إلى وضع المزيد من الأسمدة لزيادة الإنتاج. على الرغم من أن المناطق ذات الدخل المنخفض حيث التلوث يكون مستمرًا في الزيادة والإمداد الغذائي غير مستقر، فإنّ تكلفة الأسمدة يمكن أن تكون عائق لتطبيق الأسمدة مرات إضافية وأن تسبب شلل في إنتاج المحاصيل. أراد كلًا من (نلوالا كوتجودا) Nilwala Kottegoda،(فرناجا كارونارتن) Veranja Karunaratne و(جيهان أمارتنجا) Gehan Amaratunga إيجاد طريقة لجعل عملية تكسير اليوريا أبطأ وجعل مرة واحدة من تطبيق السماد تبقى مدة أطول.

لفعل بذلك، قام الباحثون بتطوير طريقة بسيطة وقابلة للتدرج لطلاء جسيمات الهيدروكسي أباتيت (HA) النانوية بجزيئات من اليوريا. هيدروكسي أباتيت هو معدن موجود في أنسجة الانسان والحيوان ويعتبر صديق للبيئة. تؤدي عملية التهجين، في الماء، لكل من  جسيمات الهيدروكسي أباتيت واليوريا إلى تحرير النيتروجين ببطء، حيث تكون سرعة التسريب هذه 12 مرة أبطأ من تحرير اليوريا نفسها لغاز النيتروجين. أظهرت تجارب ميدانية مبدئية على مزارع الأرز أنّ جسيمات الهيدروكسي أباتيت واليوريا المهجنة نانويًا قامت بتقليل الحاجة للأسمدة بمقدار النصف. يقول الباحثون إنّ هذه الدراسة قد تساهم في ثورة زراعية جديدة توفر الغذاء للعالم المتزايد السكان بصورة مستمرة، بالإضافة إلى تحسين الاستدامة البيئية للزراعة.

المصادر:

Kottegoda, N. & et al. Urea-Hydroxyapatite Nanohybrids for Slow Release of Nitrogen. ACS Nano, 2017, 11 (2), pp 1214–1221 DOI: 10.1021/acsnano.6b07781

Nanoparticle fertilizer could contribute to new ‘green revolution’. American Chemical Society. Retrieved January 31, 2018, from https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/presspacs/2017/acs-presspac-february-8-2017/nanoparticle-fertilizer-could-contribute-to-new-green-revolution.html