کاربرد پلیمر در کشاورزی

کاربرد پلیمر در کشاورزی

پلیمر کاربرد گسترده ای در کشاورزی، به ویژه در زمینه شیمی پلیمر دارد. این امر حداکثر بهره وری از خاک و آب بدون تهدید محیط زیست و منابع طبیعی را بعنوان یک راهکار برای حل مشکلات کشاورزی امروزی ارائه داده است. هیدروژل های پلیمری سوپرجاذب به طور بالقوه نفوذ پذیری خاک، چگالی، ساختار، بافت، تبخیر و نرخ نفوذ آب از طریق خاک را تحت تأثیر قرار می دهند. پلیمرهای عامل دار برای افزایش کارایی آفت کش ها و علف کش ها مورد استفاده قرار گرفته و امکان استفاده از دوزهای پایین تر و محافظت غیرمستقیم از محیط زیست با کاهش آلودگی و پاکسازی آلاینده های موجود را فراهم کردند. این مطالعه به بررسی کاربرد گستردۀ پلیمر در زمینه کشاورزی با اشاره به روند تحقیقات فعلی، تأثیر آن بر امنیت غذایی و چشم انداز آینده پرداخته است.

جمعیت جهان با سرعت نگران کننده ای رو به افزایش است و انتظار می رود تا پایان سال 2050 به هفت میلیارد برسد که تهدید بالقوه ایی برای پایداری زیست محیطی و امنیت غذایی به شمار می آید. از طرفی، منجر به گرم شدن زمین، تجمع آلاینده های شیمیایی و بیولوژیکی در سراسر بیوسفر، خاک و رسوبات نیز می شود. در قرن بیستم، توسعه کشاورزی در سراسر جهان بر افزایش بهره وری از زمین به منظور تولید محصولات کشاورزی متناسب با جمعیت روزافزون تأکید داشت. این امر به طور قابل ملاحظه ای از طریق بهره برداری بیش از حد از منابع طبیعی مانند منابع آبی و گیاهی، همچنین استفاده بیش از حد از کودها و آفت کش ها انجام شد. اگرچه این کار افزایش قابل توجهی در عملکرد محصول در کوتاه مدت را در پی داشت، اما در بلند مدت چنین نبود و ظرفیت تولیدی زمین های زراعی مختل شد. منابع آب طبیعی کاهش یافته و همچنین با آفت کش های خطرناک و کودهای شیمیایی آلوده شده است که بقاء تمام گونه های حیات روی کره خاکی را تهدید می کند. با این حال، تأکید بر توسعه کشاورزی در قرن حاضر به سمت استفاده پایدار از زمین، آب و منابع گیاهی در کشاورزی معطوف شده است. امروزه، هدف اصلی کشاورزی افزایش بهره وری زمین و آب بدون تهدید محیط زیست و منابع طبیعی است. کشاورزی نقش بسیار مهمی در تأمین مواد غذایی و امنیت غذایی دارد که بحث گسترده ای را می طلبد. با این حال، روندهای نوظهور بیانگر نقش فرایندۀ آن با توجه به مدیریت و حفاظت از آب و خاک هستند. با اشاره به ناهنجاری های اقلیمی جهانی می توان گفت که خشکسالی، بارش کم یا ضعیف در بسیاری از نقاط زمین در مقیاس های مختلف از شدت و مدت بارش در طول تاریخ بشر رخ داده است. بسیاری از کشورها به دلیل وقوع خشکسالی با مشکلا زیادی دست و پنجه نرم کردند؛ گرسنگی گسترده (حتی قحطی)، توقف فعالیت های اقتصادی به ویژه در کشورهای در حال توسعه که در آنها اقتصاد کاملآ به کشاورزی وابسته است. علم مطالعه پلیمر از طریق بررسی مواد درشت مولکولی طبیعی/ مصنوعی مانند پروتنئین ها، پلی اکریلات ها، پلی اکریل آمیدها و پلی ساکاریدها به تقویت ظهور پلیمرهای کشاورزی کمک شایانی کرده است. با تلاش های بی وقفۀ شیمی دانان پلیمر، مجموعه ای از پلیمرهای تجاری طبیعی/ مصنوعی با موفقیت در بسیاری از حوزه های کشاورزی به کار رفته است. بر همین اساس،این مطالعه به بررسی کاربرد گستردۀ پلیمر در زمینه کشاورزی با اشاره به روند تحقیقات فعلی، تأثیر آن بر امنیت غذایی و چشم انداز آینده پرداخته است.

پلیمرهای عامل دار در کشاورزی

پلیمرهای مصنوعی بعنوان مواد ساختاری با هدف بهبود شرایط اقلیمی برای رشد گیاهان، آبیاری، حمل و نقل، و کنترل توزیع آب نقش مهمی در کشاورزی دارند. با این حال، نیاز اصلی در پلیمرهای مورد استفاده با خواص فیزیکی آنها من جمله انتقال، پایداری، نفوذپذیری یا هواپذیری، بعنوان مواد بی اثر مرتبط است؛ نه بعنوان مولکول های فعال. در چند سال گذشته، علم و فناوری پلیمرهای عامل دار واکنشی بعنوان یکی از هیجان انگیزترین حوزه های شیمی پلیمر با هدف تولید مواد بهبود یافته مورد توجه قرار گرفته است. آنها براساس مزایای بالقوۀ گروه های عامل فعال و خواص مشخصۀ مولکول های پلیمری، بعنوان مواد واکنش پذیر کاربرد گسترده ای در زمینه های سنتز فاز جامد، سیستم های فعال بیولوژیکی و سایر کاربردهای مختلف تکنولوژیکی دارند.

بیوسیدهای پلیمری و آفت کش ها

اخیرآ، تکنیک جدیدی برای فرمولاسیون های رهش کنترل شده ارائه شده است که برای جلوگیری یا کاهش عوارض جانبی احتمالی، علاوه بر استفاده از عوامل بیولوژیکی فعال طراحی شده است. هدف از این تکنیک را میتوان محافظت از عامل، رهاسازی خودکار عامل به هدف با نرخ های کنترل شده، حفظ غلظت آن در محدوده بهینه در یک دوره زمانی مشخص و افزایش ماندگاری دانست. دو رویکرد متفاوت در ترکیب عوامل بیولوژیکی با مواد پلیمری وجود دارد؛ یا با ترکیب فیزیکی (کپسولاسیون یا پراکندگی ناهمگن) بعنوان ابزار کنترل سرعت عمل می کند، یا با ترکیب شیمیایی بعنوان حامل عامل عمل می کند. بیوسید پلیمری از مزایای زیادی برخوردار است: اجازه می دهد تا مقادیر کمتری از آن نسبت به بیوسیدهای معمولی استفاده شود زیرا میزان مورد نیاز عامل فعال را در مدت طولانی آزاد می کند؛ تعداد کاربردها به دلیل طولانی بودن فعالیت کاهش می یابد؛ زمان و هزینه تکرار بیش از حد را حذف می کند زیرا به مواد فعال کمتری نیاز دارد؛ سمیّت را کاهش می دهد؛ ضرورتِ توزیع گستردۀ مقادیر بالای بیوسیدها در محیط اطراف، تبخیر و اتلاف محیطی را کاهش می دهد؛ مدت زمان فعالیت بیوسیدهای کمتر یا ناپایدار در محیط آبی را با محافظت از آنها در برابر تخریب محیطی افزایش می دهد؛ کاربرد عملی آنها را افزایش می دهد؛ در نتیجه، سمیّت گیاهی را با کاهش تحرک بالای بیوسیدها در خاک و همچنین کاهش پسماندهای آنها در شبکه غذایی کاهش می دهد.

در طول تاریخ، کشاورزی بعنوان منبع غذایی، سوخت و فیبر مطرح بوده است. فرصت های توسعه از طریق رویدادها و راهکارها به وجود آمده اند تا الگوهای تولید و کاربرد آنها را تحت تأثیر قرار دهند. مطالعات بسیاری به افزایش عملکرد گیاهان مختلف به دلیل شرایط بهتر خاک اشاره کردند. SAP ها یک محیط بسیار جالب برای شیمی و طراحی انواع کاربردهای نهایی ایجاد کرده اند. در این محیط، همیشه با آب، سیستم های آبی و سیستم های زیست محیطی سروکار داریم. بنابراین، به طور فزاینده ای در یک محیط سبز قرار داریم که از طریق جایگزینی مواد مصنوعی با مواد زیستی مانند پلی ساکاریدها و پلی پپتیدها سبزتر می شود. با توجه به افزایش قیمت نفت خام و دیگر هزینه های جانبی، ضرورت تهیه SAP های طبیعی محسوس تر است که مسیر را برای پیشرفت های بیشتر در آینده هموار می کند. فرصت های بی شماری برای تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر از منابع تجدیدپذیر و پسماندهای صنعتی کشاورزی وجود دارد. تولید مونومر و پلیمرها با آنزیم ها، میکروب ها یا گیاهان یک روش پاک تر و ایمن تر برای انجام شیمی محسوب می شود. با این حال، پلیمرها راهکاری را در پاسخ به ضرورت توسعۀ تکنیک های مقرون به صرفه ارائه کرده اند که به تثبیت گیاهی در خاک های شدیدآ آلوده به فلز کمک می کند.