يشهد سكان العالم تزايدا مضطردا في العدد، مما يُمثل تحديا كبيرا في تلبية الاحتياجات الغذائية الحالية والمستقبلية عالميا. ولمواجهة هذا التحدي، ثمة حاجة مُلحة لتعزيز إنتاج المحاصيل، حيث تُشير التقديرات إلى زيادة الطلب على الغذاء بنسبة تصل إلى 70%. ويعتمد تقدم القطاع الزراعي على تحسين كفاءة استخدام الموارد وتبني التقنيات الحديثة بحكمة. ومن هنا تبرز اهمية استخدام التقنيات الحديثة في الزراعة ومنها تقنية النانو كمجال واعد لتعزيز استدامة الزراعة، لا سيما في الدول النامية.
لقد اكتسبت تقنية النانو مكانةً بارزة في البستنة لتأثيرها في إنتاج المحاصيل، وصحة النبات، وإدارة الموارد. وبفضل خصائصها الفريدة، تُقدم الجسيمات النانوية حلولاً مبتكرة لتحسين المحاصيل وتوفير الحماية لها. تحفز المواد النانوية، مثل الأسمدة النانوية، امتصاص العناصر الغذائية بكفاءة، مما يزيد من فائدتها ويُقلل من الأثر البيئي الضار لها. وبالمثل، تُظهر مبيدات الآفات النانوية فعاليةً متزايدة في مكافحة الآفات والأمراض، مما يُقلل من الحاجة إلى المعالجات الكيميائية التقليدية. كما تلعب تقنية النانو دورا محوريا في اليات تنظيم نمو النبات. وتُمكّن أنظمة التوصيل النانوية من إطلاق مُتحكم لمنظمات النمو، مما يُسهل تنظيم نمو النبات خضريا وزهريا.
وعلى الرغم من أن الأسمدة التقليدية تلعب دورا محوريا في دعم الانتاج الزراعي، إلا أن استخدامها المكثف يُؤثر سلبا على جودة التربة ويُشكل مخاطر على صحة الإنسان والبيئة. لذلك استخدمت الاسمدة النانوية التي اصبحت تُعرف بأسماء مختلفة، مثل الناقلات النانوية، الأسمدة النانوية، الأسمدة النانوية الحيوية، الأسمدة النانوية المُتحكم في إطلاقها، المغذيات القائمة على الجسيمات النانوية، وأنظمة توصيل المغذيات الدقيقة القائمة على النانو. وتضمن هذه التركيبات توصيلا دقيقا للمغذيات في الأوقات والمواقع المثلى. تُستخدم الأسمدة النانوية، وهي ناقلات مغذيات بأبعاد نانوية تتراوح بين 1 و100 نانومتر (النانومتر جزءًا من مليار من المتر) آليات للوصول للهدف من حيث الإطلاق البطيء/المُتحكم به، مُستجيبة بذلك للمتطلبات البيولوجية للنبات. وقد تُحدث الاسمدة النانوية تحولاً جذرياً في النظم الزراعية، فهي تُعزز توافر العناصر الغذائية، تُحسن العمليات الأيضية، وتُحفز الأنشطة في المناطق المرستيمية للنبات، مما يؤدي في النهاية إلى زيادة النمو القمي وتوسيع مناطق البناء الضوئي. وكما ان الاسمدة النانوية تؤدي إلى زيادة كفاءة استخدام العناصر الغذائية وتُحسن قدرة النبات على امتصاصها، فهي تعالج مشكلة التحديات الناجمة عن تثبيت بعض العناصر في التربة مثل الزنك والنحاس والحديد، وتُحسن كفاءة التمثيل الضوئي. كذلك فأن الأسمدة النانوية تحافظ على إطلاق متوازن للنيتروجين والفوسفور والعناصر الغذائية الكبرى الأخرى، مما يمنع فقدان العناصر الغذائية والتفاعلات غير المرغوب فيها مع الماء والهواء والكائنات الدقيقة. ايضا، تشير الدراسات إلى أن استخدام الأسمدة النانوية يُخفف من سمية التربة الناجمة عن تراكم العناصر المغذية، ويُقلل من الآثار السلبية للجرعات الزائدة من الاسمدة، كما ويُقلل من وتيرة المعالجات او المعاملات المطلوبة. كما ويمكن تصميم الأسمدة النانوية لمعالجة نقص العناصر الغذائية الشائعة في المحاصيل البستانية. وبالاضافة الى خصائصها النانوية المتمثلة باختراقا أكثر فعالية لأنسجة النبات وتحسين امتصاص العناصر الغذائية فان استخدامها لا يُقلل فقط من هدر الأسمدة، بل يُسهم أيضا في ممارسات زراعية مستدامة من خلال تقليل انسياب العناصر المغذية وتلوث المياه الجوفية.
تُحدث المستشعرات النانوية تطوراتٍ كبيرة في مجال البستنة، مُحدثةً نقلةً نوعيةً في رصد وإدارة المحاصيل البستنية. تُستخدم هذه المستشعرات الدقيقة، المُكونة من مواد نانوية، في البيئات الزراعية لجمع بيانات آنية حول العوامل الحاسمة في سلامة المحاصيل وإنتاجيتها. وفي البستنة، تلعب المستشعرات النانوية دورا محوربا في رصد حالة التربة، بما في ذلك مستويات الرطوبة، ومحتوى العناصر الغذائية، ودرجة الحموضة (pH)، بدقةٍ فائقة. وتُمكن هذه البيانات البستانيين من تحسين الجداول الزمنية للري، وضمان إمداد النباتات بالعناصر الغذائية في الوقت المناسب، والحفاظ على ظروف تربة مثالية لنمو مثالي للمحاصيل. علاوة على ذلك، تُثبت أجهزة الاستشعار النانوية قيمتها في مكافحة الأمراض والآفات. إذ يُمكنها تحديد العلامات المبكرة للإصابة بمسببات الأمراض أو هجمات الآفات من خلال رصد التغيرات في فسيولوجيا النبات أو وجود مؤشرات حيوية مُحددة. مما يُمكن هذا الكشف المُبكر المزارعين من تنفيذ التداخلات في الوقت المناسب، ويُقلل من خسائر المحاصيل ومن الاعتماد على المُعالجات الكيميائية.
تُقدم المبيدات النانوية بديلاً لمعالجة القيود المرتبطة بالمبيدات الحشرية التقليدية. ان الهدف الرئيسي من إنتاج المبيدات النانوية هو الحد من المخاطر البيئية المرتبطة بالمكونات النشطة للمبيدات من خلال تعزيز فعاليتها الكيميائية. وتكمن الميزة في صغر حجم الجسيمات في انها توفر مساحة سطحية كبيرة، مما يُتيح اتصالًا أوسع بالآفات. وكما هو الحال في تركيبات المبيدات الحشرية الأخرى، تتكون تركيبات المبيدات النانوية من المادة الفعالة، والجزيء الحامل، والمواد الخافضة للتوتر السطحي. وتشمل المزايا الرئيسية للجسيمات النانوية في تحسين قابلية ذوبان المكونات الفعالة، وتعزيز استقرار التركيبة، والإطلاق التدريجي للمكون الفعال، وزيادة قابلية الحركة بفضل صغر حجم الجسيمات وكبر مساحة السطح. وبرزت المبيدات النانوية كأداة رائدة في البستنة المعاصرة، إذ تلبي الطلب على أساليب أكثر كفاءةً واستدامةً وصديقةً للبيئة في مكافحة الآفات. وتستفيد هذه التركيبات المبتكرة من الجسيمات النانوية لإيصال المبيدات بدقة وفعالية. كما ان من الميزات الاخرى للمبيدات النانوية هي قدرتها على مكافحة الآفات بشكل مُستهدف. وتُعزز هذه الاستراتيجية المُستهدفة فعالية مكافحة الآفات مع تقليل كمية المبيدات اللازمة، مما يُقلل من التأثير البيئي والضرر المُحتمل للكائنات غير المُستهدفة. علاوة على ذلك، يمكن تصميم مبيدات النانو لإطلاق مكوناتها الفعالة تدريجيا، مما يوفر حماية طويلة الأمد ضد الآفات والأمراض. هذا الإطلاق المُتحكم به لا يُحسّن إنتاجية وجودة المحاصيل فحسب، بل يُقلل أيضا من الحاجة إلى الاستخدام المتكرر للمبيدات، مما يُحقق وفورات في التكاليف للمزارعين ويُقلل من الاثار البيئية. وفي مجال البستنة، حيث تُعد جمالية وجودة المنتجات أمرا بالغ الأهمية، تُمثل مبيدات النانو أداة تحويلية. يُقلل تطبيقها الدقيق من خطر بقايا المبيدات على الفواكه أو الخضراوات أو نباتات الزينة المحصودة، مما يضمن سلامة المستهلك ويُلبي معايير الجودة الصارمة.
كما حظي استخدام المواد النانوية في طلاء البذور باهتمام كبير في مجال البستنة، إذ يتيح إمكانية تحسين نمو النباتات، وزيادة إنتاجية المحاصيل، والاستفادة المثلى من الموارد. تُشكل هذه الطلاءات، المصممة على نطاق النانو، طبقة واقية للبذور، مما يضمن إنباتا آمنا ونموا مبكرا. ومن أهم فوائدها قدرتها على حماية البذور من العوامل البيئية الضارة، بما في ذلك الآفات والأمراض والظروف الجوية السيئة. وحيث ان عمل المواد النانوية كحاجز، فهي تحمي البذور خلال مراحل الإنبات المبكرة، مما يُحسن معدلات الإنبات ويعزز إنتاج نباتات أكثر صحةً ومرونة. علاوةً على ذلك، يمكن للمواد النانوية في أغلفة البذور تغليف العناصر الغذائية الأساسية، والمواد المُعززة للنمو، أو الكائنات الدقيقة النافعة، مما يسمح بتوصيلها بدقة وضبط إلى الشتلات الناشئة وهذا يضمن حصول النباتات على الموارد اللازمة لنمو وتطور قويين.
تتمتع تقنية النانو بإمكانيات هائلة لتحسين تربة الحاصلات البستنية، إذ تُعالج الجوانب الحاسمة لصحة التربة وجودة المحاصيل. وفي الإدارة الدقيقة لظروف التربة ضمن الممارسات البستانية، تُقدم تقنية النانو حلولا مبتكرة مُصممة خصيصاً لتحديات مُحددة. ويُثبت استخدام الجسيمات النانوية والمواد النانوية فائدته في تحسين خصوبة التربة وإدارة المغذيات. تستطيع هذه الناقلات النانوية تغليف المغذيات الأساسية، بما في ذلك النيتروجين والفوسفور والمغذيات الصغرى، مما يُسهل إطلاقها المُتحكم به والمُستهدف مباشرة إلى منطقة جذور النبات. علاوة على ذلك، تُسهم تقنية النانو في تحسين بنية التربة وإدارة رطوبتها. كما تلعب الجسيمات النانوية دورا في تحسين تجمع حبيبات التربة، والاحتفاظ بالماء، والتهوية، مما يُعزز نمو الجذور، ويزيد من مقاومتها للجفاف، ويُحسن صحة النبات بشكل عام. وتُعد هذه الخصائص مفيدة بشكل خاص للمحاصيل التي تتطلب تحكما دقيقا في الرطوبة وتربة جيدة البنية لتحقيق نمو أمثل. بالإضافة إلى هذه الفوائد، تُقدم تقنية النانو حلولا لمعالجة التربة الملوثة حيث تتمتع الجسيمات النانوية بالقدرة على الارتباط بالملوثات والمعادن الثقيلة، وتثبيتها وتقليل توافرها الحيوي للنباتات. ويُساعد هذا الإجراء المُجدد على إنعاش صحة التربة ويضمن زراعة محاصيل بستنية آمنة وعالية الجودة.


جامعة المستقبل الأولى على الجامعات الأهلية