Исследования показали, что наночастицы являются новаторским инструментом для решения многих возникающих глобальных проблем, и сельскохозяйственная отрасль не является исключением. В общем, наночастица определяется как любая частица, один из характерных размеров которой составляет 100 нм или меньше. [1] Из-за своего уникального размера эти частицы начинают проявлять свойства, которых не могут иметь их более крупные аналоги. Из-за своего масштаба квантово-механические взаимодействия становятся более важными, чем классические механические силы, что позволяет преобладать уникальным физическим и химическим свойствам из-за их чрезвычайно высокого отношения поверхности к телу. Такие свойства, как емкость катионного обмена , улучшенная диффузия, адсорбция ионов и комплексообразование усиливаются при работе в наномасштабе. [2]
Это в первую очередь является следствием того, что на поверхности присутствует большая доля атомов с увеличенной долей центров, работающих с более высокой реакционной способностью по отношению к таким процессам, как процессы адсорбции и электрохимические взаимодействия. Наночастицы являются перспективными кандидатами для применения в сельском хозяйстве. Поскольку многие органические функции, такие как ионный обмен и экспрессия генов растений , выполняются в небольших масштабах, наноматериалы предлагают набор инструментов, который работает именно в том масштабе, который обеспечивает эффективную адресную доставку в живые клетки. [3]Текущие области развития нанотехнологий в сельском хозяйстве включают разработку экологически чистых наноудобрений для обеспечения эффективной доставки ионов, питательных веществ в клетки растений и трансформацию генов растений для получения растений с желаемыми генами, такими как засухоустойчивость и ускоренные циклы роста. [4] В связи с ростом населения мира необходимо добиться прогресса в устойчивых методах ведения сельского хозяйства, которые обеспечивают более высокие урожаи, чтобы удовлетворить растущий спрос на продукты питания. Однако это должно быть сделано без долгосрочных последствий, таких как истощение пахотных земель или источников воды, токсичный сток или биоаккумуляция.токсичность. Чтобы удовлетворить эти требования, проводятся исследования по внедрению нанотехнологий в сельское хозяйство.
Одним из направлений активных исследований в этой области является использование наноудобрений. Из-за вышеупомянутых особых свойств наночастиц наноудобрения можно настроить так, чтобы они доставлялись к растениям особым образом. Обычные удобрения могут быть опасны для окружающей среды из-за огромного количества стоков, возникающих в результате их использования. [5] Имея пагубное влияние на все, от качества воды до твердых частиц в воздухе, способность сводить на нет сельскохозяйственные стоки чрезвычайно важна для улучшения качества жизни миллионов людей во всем мире. Например, сток с сахарных плантаций во Флориде вызвал печально известное цветение водорослей .называется «красным приливом» в притоках по всему штату, создавая проблемы с дыханием у людей и убивая жизненно важные экосистемы на долгие годы. [6]
Исследования показали, что в большинстве случаев в окружающую среду теряется более 50 % количества удобрений, вносимых в почву, а в некоторых случаях до 90 %. [7] Как упоминалось ранее, это создает крайне негативные последствия для окружающей среды, а также демонстрирует высокий уровень отходов, связанных с обычными удобрениями. С другой стороны, наноудобрения могут решить эту проблему из-за их высокой эффективности поглощения целевым растением, что связано с их удивительно высоким отношением площади поверхности к объему. В исследовании, проведенном при использовании фосфорных наноудобрений, была достигнута эффективность поглощения до 90,6%, что делает их очень желательным удобрением. [8]Еще одним полезным аспектом использования наноудобрений является способность обеспечивать медленное высвобождение питательных веществ в растение в течение 40-50 дней, а не 4-10 дней, как обычные удобрения. [9] Это снова оказывается экономически выгодным, поскольку требует меньше ресурсов для транспортировки удобрений и меньшего количества необходимых удобрений.