آینده کشاورزی مدرن: بدون پلیمرها هرگز!
“این مطلب به مناسب روز جهاد کشاورزی ( 27 خرداد ماه) به کاربرد گسترده پلیمرها در صنعت کشاورزی می پردازد”
پلیمرها و آینده صنعت کشاورزی
صنایع و محصولات پلیمری در سده گذشته نقش بسیار قابل توجهی در پیش‌رفت زندگی بشر داشته است. مواد مختلف پلیمری به شکل‌های متنوع از ظروف یک‌بار مصرف تا مواد جای‌گزین اندام‌های انسانی به کار می‌روند که این موضوع بیان‌گر اهمیت این ترکیبات است.
علوم و تکنولوژی پلیمرها برای کاربردهای کشاورزی-مواد غذایی اغلب به عنوان “پلاستی‌کشاورزی” شناخته میشوند که هر روزه در حال رشد است. این علم به ویژه در جهت توسعه مواد جای‌گزینی می‌باشد تا از مصرف محصولات غیر زیست‌تخریب‌پذیر که از صنایع پتروشیمی حاصل شده است، جلوگیری کند. روشن است که صنعت كشاورزي یکی از عمده‌ترین مصرف‌كننده‌های پلیمرها مي‌باشد. پلیمرها راهحلهای مناسبی را برای مشکلات کشاورزی فراهم کردهاند؛ از جمله حداکثر بهرهوری از زمین و آب بدون تهدید محیط زیست و منابع طبیعی. موارد زیر به اهم کاربردهای پلیمرها در زمینه کشاورزی اشاره دارد.
فیلم‌های پلیمری (Polymeric Films) در کشاورزی
امروزه تلاش‌های گستره‌ای در راستای به کارگیری از روش‌های نوین در استفاده از آب و جلوگیری از خطر بحران کم آبی در تولیدات کشاورزی شده است. بهینه سازی در مصرف آب به ویژه در کشورهای خشک یکی از مهم‌ترین دلایل استفاده از پلاستیک‌ها در کشاورزی می‌باشد. با استفاده از لوله‌های پلی‌اتیلنی که در شکل‌ها و انواع مختلف تولید میشوند، انتقال آب بدون اتلاف انجام می‌گیرد و با استفاده از فیلم‌های پلی‌اتیلنی اتلاف آب در محل زمین به حداقل کاهش می‌یابد. استفاده از فیلم‌های پلی‌اتیلنی امکان تولید محصولات کشاورزی را در شرایط نامناسب آب و هوایی ازطریق سامانه‌های گلخانهای و روش‌های دیگر امکان‌پذیر ساخته است. روش‌های آبیاری تحت فشار (بارانی یا قطره‌ای)، نیازمند به بهره‌برداری از فیلم‌های پلیمری در صنعت کشاورزی و گلخانهای با اهداف زیر می‌باشد:
- صرفه‌جویی در مصرف آب
- بهبود کارایی آبیاری و افزایش تولیدات کشاورزی
- مراقبت از محصولات گیاهی
- حداقل مصرف انرژی در تولید و نگهداری محصولات کشاورزی
- حفظ محیط زیست
فیلم‌های پلیمری گلخانهای یکی از پرکاربردترین این نوع از فیلم‌ها می‌باشد و ساز و کار آن به گونه‌ایست که بر روی سطح گل‌خانه‌های کشت محصول، یک پوشش کامل از فیلم‌های پلیمری داده می‌شود که با توجه به نوع محصول، فصل، سطح تابش آفتاب و ویژگی‌های منطقه، نوع فیلم انتخاب می‌شود.
فیلم های پلیمری در صنعت کشاورزی
مثال هایی از کاربرد پلیمرها در صنعت کشاورزی
فیلم مالچ (خاک‌پوش) نیز کاربرد گسترده‌ای در کشاورزی دارد. برای استفاده از آن یک فیلم به طور کامل روی نشای گیاه کشیده می‌شود و فقط قسمت جوانه نشا بیرون از فیلم باقی می‌ماند. بنابراین علاوه بر جلوگیری از تبخیر آب، گیاه در برابر سرما و حشرات و آفت‌های مختلف حفاظت خواهد شد. برای مقابله با مشکلات زیست محیطی مربوط به فیلم پلیمری غیر تجزیه‌پذیر، تحقیقات برای جداسازی میکروارگانیسم‌های بالقوه برای تخریب پلاستیک از اهمیت زیادی برخوردار است. تجزیه بیولوژیکی فرآیندی است که از طریق آن موجودات زنده توسط مواد ارگانیک تجزیه میشوند.
فیلم مالچ پلیمری در صنعت کشاورزی
ورق ژئوممبران (Geomembrane) و ژئوتکستایل (Geotextile) در کشاورزی:
یکی از پوشش‌های عایق پلیمری جدید که دارای مزیت‌های بسیاری است و هر روزه بیش‌تر به کار می‌رود، ورق ژئوممبران می‌باشد. از ورق ژئوممبران برای پوشش انواع استخرهای خاکی و یا حتی سیمانی ذخیره آب کشاورزی و… استفاده می‌شود. ورق ژئوممبران از پلیمرهای مختلفی مانند پلی‌اتیلن یا پلی‌وینیل‌کلراید ساخته می‌شود. از مزایای احداث استخرهای کشاورزی با ورق ژئوممبران‌ها می‌توان به نصب سریع و آسان، عمر مفید 20-40 سال ژئوممبران‌ها با توجه به شرایط محیطی و پروژه، خنثی بودن پلی اتیلن‌ها در برابر آلودگی‌ها، مواد شیمیایی، مقاومت حرارتی بالا، مقاومت بالا در برابر فشار آب، ضربه، پارگی، اشعه ماوراء بنفش، تخریب‌های بیولوژیکی و… اشاره کرد.
ژئوتکستایل‌ها منسوجاتی نفوذپذیر هستند که در هنگام استفاده همراه با خاک توانایی جداسازی، فیلترکردن، تقویت، حفاظت یا تخلیه را دارند. ژئوتکستایل‌ها به دوشکل بافته و نبافته می‌باشند که بر پایه پلی‌‌استر و پلی‌پروپیلن و ترکیبی از سایر مواد پلیمری با ابعاد گوناگون تولید میشوند. ساختار متخلخل باعث وجود خواص مطلوبی نظیر جذب آب، گذر آب، تحمل فشار و ضربات، جذب قیر و از همه مهم‌تر امکان عبور انتخابی یعنی عبور سیالات و عبورناپذیری ذرات خاک را می‌دهد.
ممکن است در بعضی مواقع ژئوممبران‌ها دچار شکستگی شوند که این موضوع سبب نفوذ آب به خاک در سطح زیرین می‌گردد. بنابراین پیشنهاد می‌گردد که ابتدا سطح خاک از ژئوتکستایل پوشانده شود سپس ژئوممبران روی آن قرار گیرد.
ژئوممبران‌ها در کشاورزی
هیدروژلهای پلیمری ابرجاذب (Superabsorbent Polymer Hydrogels) در کشاورزی
سوپرجاذب ها، پلیمرهای بسیار آب‌‌دوست با شبکه سه بعدی (اتصالات عرضی) هستند که قادر به جذب و نگهداری مقادیر زیاد آب و محلول‌های فیزیولوژیکی صدها برابر وزن اولیه خود می‌باشند. خواص تورمی و استحکامی هیدروژلهای سوپرجاذب بدین معنی است که مقادیر زیادی آب و محلول‌های آبی را سریع جذب کنند و هر ذره پس از جذب آب باید قوام مکانیکی داشته باشد و شکل هندسی اولیه خود را از دست ندهد که این موضوع به شدت به نوع و غلظت شبکه ساز وابسته است. هیدروژلهای ابر جاذب به کار رفته در در حوزه کشاورزی عموماً از نوع پلی‌آکریل‌آمید می‌باشند. این ابرجاذب‌ها بی‌رنگ، بی‌بو و بدون خاصیت آلایندگی در خاک، آب‌های سطحی و زیرزمینی و همچنین بافت‌های گیاهی هستند. پلی‌آکریل‌آمیدها از نظر بار الکتریکی به صورت آنیونی، کاتیونی و بدون بارند که نوع آنیونی آن در کشاورزی به علت جذب کاتیون‌های سودمند جهت رشد گیاه و… دارای اهمیت ویژه‌ای است.
پلیمرهای سوپر جاذب مصنوعی به دلیل ظرفیت جذب بالای آنها، در دسترس بودن انواع وسیعی از مواد اولیه و پایداری بیش‌تر، جای‌گزین موارد طبیعی شده اند. آنها به دلیل خاصیت آب‌دوستی، غیر سمی، زیست تخریب پذیر و زیست سازگار بودن؛ مطلوب‌ترین محصولات برای انواع کاربردها از جمله کشاورزی هستند.
این دسته از محصولات پلیمری بهطور بالقوه بر تراوایی خاک (Soil Permeabili)، تراکم (Density)، ساختار (Structure)، بافت (Texture)، نرخ تبخیر (Evaporation) و نرخ نفوذ (Infiltration) آب از میان خاک تأثیر میگذارند.
این ژل‌های جامد به صورت منابع آبی در خاک عمل میکنند و زمانی که رطوبت خاک کم شود، به طور تدریجی آب را به خاک می دهند. آنها با فرآیند تورم و رهایش متوالی که انجام می دهند؛ باعث ایجاد تخلخل در ساختار خاک شده و وجود این تخلخل، امکان جریان آب و هوا را در خاک فراهم می‌سازند. استفاده از این مواد سبب می‌شود که اولاً فواصل آبیاری طولانی‌تر شده و ثانیاً میزان مصرف آب بسیار کم‌تر شود. ضمناً بسیاری از املاح مفید خاک هم هدر نمی‌رود. بر اساس تحقیقات انجام شده در زمینه تولید و مصرف این مواد، نتایج زیر حاصل شده است:
- سوپر جاذب‌ها هرگز به مواد اولیه سمی خود تبدیل نمی‌شوند و به طور کامل غیر سمی هستند.
- سوپر جاذب‌ها مواد خنثی و بی‌اثرند که مصرف آنها در کشاورزی، آلودگی خاک و محیط زیست را به دنبال نخواهد داشت و ایمنی استفاده آنها در خاک به وسیله مؤسسات تحقیقاتی معتبر جهانی تأیید شده است.
ابرجادب های پلیمری در صنعت کشاورزی
پلیمرهای عاملدار شده در کشاورزی
پلیمرهای عاملدار شده نیز برای افزایش اثربخشی آفتکشها (Pesticides) و علفکشها (Herbicides)، استفاده از مقادیر کم‌تر و محافظت غیر مستقیم از محیط زیست از طریق کاهش آلودگی و تمیز کردن آلایندههای موجود، استفاده میشوند. بسپارهای مصنوعی به عنوان مواد ساختاردار برای ایجاد مزیت جوی برای رشد گیاهان برای مثال مالچ، پناهگاهها یا گل‌خانهها، آبیاری، حمل و کنترل توزیع آب نقش مهمی در مصارف کشاورزی ایفا میکنند. به عنوان گروه فعال سموم دفع آفات، پنتاکلرو فنل (Pentachlorophenol)، ماده شیمیایی مهم صنعتی، یکی از پرکاربردترین آفتکشها در انواع مصارف کشاورزی می‌باشد.
