Nanoteknoloji atom-atom manipülasyon ile ilgilenir, dolayısıyla geliştirilen stratejiler ve ürünler oldukça hassastır. Nanoteknolojiden enerji, çevre ve sağlık konularında gözle görülür şekilde yararlanılmasına rağmen, tarım bilimlerinde nanoteknolojinin potansiyelleri hala araştırma aşamasındadır. Uygulamalar arasında, nano gübreler teknolojisi çok devrim niteliğindedir ve gelişmiş ürünler ekonomik olarak uygulanabilir ve sosyal olarak sürdürülebilir ise ekonomik avantaj sağladığı bilinmektedir. Bu nano gübrelerin, toprak mikroorganizmaları tarafından sızıntı, emisyonlar ve uzun vadeli katılım nedeniyle besin kaybını azalttığı söylenir.
Nanofertilizer atom-atom manipülasyon ile ilgilenir ve geliştirilen süreçler ve ürünler oldukça hassastır. Nanoteknolojinin enerji, çevre ve sağlık alanında büyük ölçüde istismar edilmesine rağmen, araştırma, tarım bilimlerinin sadece yüzeye çıktığı yönünde. Tersine, nanofertilizatör teknolojisi çok yaratıcıdır ve geliştirilen ürünler ekonomik olarak uygun ve sosyal olarak sürdürülebilir ise ekonomik fayda sağladığı bilinmektedir. Bu özelleştirilmiş nano gübrelerin toprak ekosistemindeki sızıntı, emisyonlar nedeniyle besin kaybını azalttığı bildirilmektedir.
Nano bazlı kapsüllenmiş ve yavaş salınan gübreler, besin maddelerinin alımını arttırır, toprağın verimliliğini artırır ve aşırı gübre uygulamasından kaynaklanan toksik etkileri azaltır. Tamil Nadu Ziraat Üniversitesi, Coimbatore’da, Azot, fosfor, potasyum, kükürt ile yapılan çeşitli nano-zeolit bazlı gübre araştırmaları çeşitli alanlarda sentezlenmiş, karakterize edilmiş ve incelenmiştir.
Yukarıda atıfta bulunulan araştırmalar göz önüne alındığında, akıllı nano gübrelerin kimyasal maddeleri sürekli olarak tam odaklanmış yerlere bırakmasını ve besin yetersizliğini etkili bir şekilde kontrol edebilmesini artırmak için çok önemli bir gereksinim vardır. Nano tabanlı akıllı dağıtım sistemi, ekinlere yavaş salınımı düzenlenmiş, hedef odaklı ve ihtiyaca dayalıdır. Çevre ekosisteminde herhangi bir zararlı etki yaratmadan mahsulün büyümesini ve verimini etkin bir şekilde artıran önemli mahsul bazlı nano gübre veya nano formülasyon üretilmiştir. Nano gübre daha küçük boyut, daha fazla yüzey alanı, yüksek emme ve desorpsiyon kabiliyeti, uzun süre besin maddesinin yavaş salınımıdır. Tersine, nanoteknoloji, ekin için nano gübre kullanırken güvenlik önlemlerini çevreye uydurmak zorunda olduğumuz yeni ortaya çıkan bilimdir.
Nano Gübre Teknolojisi
Nano gübre, bitkiye besin sağlamak için nano ölçekte aralığı belirtir ve ayrıca geleneksel gübreyi ikame eden mevcut buluş, nano gübre salınımının ve toprak ve mahsuldeki besinlerin alımının yüksek olduğunu göstermektedir. Nano gübre besin emilimini artıracak, potansiyel olarak fotosentezi artıracak, mahsul üretimini artıracaktır. Kapsülleme tekniği, besini taşıyıcı içinde polimerle tutmak ve besleyiciyi ürüne sürekli olarak salmak için kullanılır. Nano teknoloji alanındaki genç araştırmacılar arasında zeolit bazlı nano gözenekli gübre kullanımı ve ilgisi artacaktır. Nano gübre, rizosfer bölgesine besin taşınmasını sağlayabilir ve besin kaybını en aza indirebilir ve uygulanan gübrenin kullanım verimliliğini daha da artırabilir.
Yürütülen nano gübreler çalışması, üreyi kapsüllemek ve nano azot yavaş salınımlı gübre üretmek için silika nano mezogözenekli partikülün kullanılmasının, apatitin bir nano fosfatik gübre kaynağı olarak su ekosistemindeki tehlikeyi ve ötrofikasyon problemini azaltacağını bulduğunu bildirilmektdir. Gübrenin yapısındaki nano boyut, bitki hücresine herhangi bir kötü etki yaratmadan çok kolaydır Yapılan araştırmalar, kitosan biyobozunur polimerik molekülün azot, fosfor ve potasyum bazlı nano gübre üretiminde kaynak olarak kullanıldığını bildirmiştir.
Nanofilizatörlerin Önemli Faydaları
Nanofertilizer, gübre endüstrisi için yenilikçi ihtiyaç duyulan ürünler ve daha yüksek yüzey alanına ve tüketim için yetiştirilen bitki ve tohumların kalitesini ve miktarını iyileştirmek, üretim maliyetini en aza indirmek ve sürdürülebilir gıda üretimine çevre dostu olmak için daha yüksek bir yüzey alanına sahiptir. Nano gübrelerin boyutu, şekli ve partikül yükü daha küçüktür ve bu, ürüne özel ve talebe göre sentezlenir. Gümüş, titanyum, zeolit, bakır, silika, alüminyum, karbon, çinko ve nitrojen bazlı nano gübre gibi bol miktarda partikül mevcuttur.
Genel olarak nano gübreler yavaş salınır: belirli bir süre boyunca besin tüm yaşam döngüsü boyunca mahsul için hazır olacaktır. Hızlı salım: nano parçacığın en dıştaki kabuğu kolayca kırılır ve toprağa hızlı bir şekilde besin salımı sağlar. Spesifik salınım: bazı spesifik kimyasal moleküller, nano parçacığın kabuğunu kırmayı içerir. Nem salınımı: Nanofilizatörde su molekülleri varlığında besin maddesini kolay bir şekilde serbest bırakır. Isı salınımı: belirli bir sıcaklıkta nano parçacık açığa çıkar. pH salınımı: spesifik alkali veya asidik koşul, nano gübrenin yavaş salınmasını destekler. Nano kompozit ve gübreler çevreden besin kaybını verimli bir şekilde azaltır ve besin kullanım verimliliğini artırır. Nano gübrelerin, kronik sorunu etkili bir şekilde azaltmak için tarımsal üretimde% 35-40’a kadar önemli bir rol oynadığını, ötrofikasyonun ve nano gübrenin geleneksel gübreye alternatif olduğunu bulunmuştur.
Nano Gübre Bulundurmanın Faydaları![Yavaş Salımlı Nanokompozit Gübreler]()
• Yüzey alanı: Nano gübreler, yüzey alanının artmasına neden olan küçük parçacık boyutuna sahiptir. Artan yüzey alanı, diğer bileşiklerle nano gübre reaktivitesini yükseltir ve böylece besin kullanım verimini ve besin alımını artırır.
• Çözünürlük: Su olarak çözücüler içeren nano gübre, artan çözünürlüğe sahiptir. Nano gübrelerin aşırı çözünürlüğü, çözünmeyen besinin toprakta çözünmesi ve yayılmasıyla topraktaki besin biyoyararlanımını artırır.
• Partikül boyutu: Nanofertilizer’ın partikül boyutu <100 nm’dir. Azaltılmış partikül boyutu nedeniyle nanofertilizörler bitkilere yayılır ve besin maddelerinin alımını artırır.
• Nano gübrelerin kapsüllenmesi: Kapsüllenmiş nano gübre, bitkiler tarafından mevcut ve besin alımını artırır. Zeolit bazlı kapsüllenmiş nano gübreler, topraktaki denitrifikasyon, buharlaşma ve besin maddesinin sızmasını önlemek için çinko ve nitrojenin kullanılabilirliğini artırır.
• Kontrollü gübre salınımı: Kontrollü gübre salınımı, gübrenin toksisitesini azaltır. Yer fıstığı tohumlarında Çinko oksit nano gübre, kontrollü salım özelliği nedeniyle dökme çinko sülfata göre daha fazla kök büyümesi ve çimlenme yüzdesi üretir.
• Besin alım verimliliği: Nanofertilizörler, artan alım verimliliği ve uygulanan gübrelerin sınırlı sızıntı kaybı olarak tanımlanmasıdır.
Zeolit esas alınarak hazırlanan nanofertilizer
Zeolit mezogözenekli partikül potansiyel olarak nano gübrelerin sentezi için kullanılır ve zeolitin daha yüksek yüzey alanına sahip olması zeolitin olağanüstü etkili bir iyon değişimi olmasını sağlar. Nano boyutlu zeolit mineralinde, istenen fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olması nedeniyle yüzey alanı, aşırı besin emme yeteneği, su tutma kapasitesi ve iç mikro gözenek sayıları yüksektir.
Zeolit, azot, fosfor, potasyum ve mikro besin gübrelerinin bir taşıyıcısı olarak işlev görür ve mahsulün üretkenliğini artırır. Buna göre, zeolit bazlı hazırlanan nano gübreler, üre gibi geleneksel gübrelerin 10-12 gün sona ermesi durumunda 50 güne kadar besin sağlamada başarılıdır. Amonyum ve potasyumun klinoptilolit ile kapsüllenmesinin çözünürlüğünü artıracağını ifade etmiştir. ürüne besin maddesi, zeolit ve nitrojen taşıyan montmorillonit gibi nano kilin, geleneksel gübrelerden (<500 saat) daha uzun süre (> 1000 saat) verebildiğini bildirilmiştir.
Nano zeolitlerin adsorbanını kullanarak nitrojen kullanım verimliliğini artırılabilir. Geleneksel ürenin nitrojen kullanım etkinliği nadiren % 30-35’i aşar ve nano zeolitler, nitrojen deşarjını normalleştirmek için büyük ölçüde uygulanabilirdir ve nano zeolit kapsüllenmiş üre, daha yüksek zeolit mezogözenekli yapıda nitrojenin adsorpsiyonunu destekler. Zeourea ve nano-zeourea’nın nitrojen içeriği sırasıyla % 18,5 ve % 28’i, üre durumunda 34-48 gün azot salımı 4 gün içinde nitrojen salınımının durdurulması ürenin zeolit ve sago atık su ile karıştırılmasının son derece iyi olduğunu kanıtlamıştır. Kombinasyon amonyum ve mevcut nitrat iyonlarını artırdığından tek başına üreye göre avantajlıdır.
Zeoponik, substrat olarak zeolit ile büyütülmüş bir bitkidir ve talebe dayalı besin dağıtım sistemini serbest bırakır. Zeolit yüklü modifiye edilmemiş gübreden fosfor salınımı ve güçlü potasyum dihidrojen fosfattan yüzeyi modifiye edilmiş zeolit, bir kez sabit akışlı süzme reaktörünün kullanılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Eskiden yüzeyi modifiye edilmiş zeolitten gelen fosfor kaynağı, 1080 saatlik sürekli perkolasyondan sonra bile mevcutken, potasyum dihidrojen fosfattan gelen fosfor bir kez 264 saat içinde tükenmiştir.
Nanopartiküller, nano-zeolitin bu özelliğinden dolayı daha yüksek yüzey alanı olarak gübre ve anyonik sülfatı yavaş ve sabit bir şekilde salgılarlar. Saf amonyum sülfat ve yüzeyi modifiye edilmiş sülfür nano-zeolit, perkolasyon reaktörleri kullanılarak test besin salım modeline maruz bırakılmıştır. Araştırma verileri, saf amonyum sülfat içindeki mevcut tüm sülfatın 384 saat sonra tükendiğini, sülfat yüklü yüzeyi modifiye edilmiş nano-zeolitten SO 42 ‘nin başlatılmasının 912 saat sonra bile devam ettiğini ve konsantrasyonların 47,56 ile 8,27 arasında değiştiğini açıkça göstermektedir. Yüzey modifiye edilmiş nano kükürt, geleneksel kükürt ile karşılaştırıldığında etkili kükürt nano gübresidir.
Kaynakça:
https://www.intechopen.com/ nanotechnology-and-the-environment
https://www.nature.com/articles/srep46032
https://www.researchgate.net/publication/275255968_Novel_Slow-Release_Nanocomposite_Nitrogen_Fertilizers_The_Impact_of_Polymers_on_Nanocomposite_Properties_and_Function
Yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu