Nghiên cứu và xu hướng ứng dụng công nghệ nano trong nông nghiệp
Công nghệ nano là một trong những công cụ quan trọng bậc nhất của khoa học nông nghiệp hiện đại, trong đó công nghệ nano trong lĩnh vực nông nghiệp thực phẩm được dự đoán trở thành một lực lượng dẫn dắt nền kinh tế toàn cầu trong một tương lai gần. Trong những năm gần đây, công nghệ nano được ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp ở nước ta mang lại nhiều hiệu quả tích cực, góp phần hướng đến một nền nông nghiệp sạch, tiết kiệm chi phí, tăng năng suất, chất lượng cây trồng và vật nuôi.
Theo các chuyên gia, các hạt nano có tiềm năng ứng dụng to lớn trong việc xử lý các hạt giống cải thiện tốc độ nảy mầm và sinh trưởng, chất lượng và năng suất thu hoạch sản phẩm; làm phân bón lá bao gồm các nguyên tố vi lượng cần thiết trong từng giai đoạn phát triển của cây trồng; nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón NPK bằng cách ứng dụng phân bón nhả chậm có kiểm soát; nâng cao hiệu quả sử dụng và giảm chi phí thuốc bảo vệ thực vật bằng cách phát triển phương pháp vận chuyển tới đích đối với dưỡng chất và thuốc; phát hiện và chẩn đoán nhanh các bệnh do vi sinh vật gây ra cho cây; nâng cao thời gian bảo quản rau quả.
Trong chăn nuôi gia súc gia cầm, nâng cao khả năng miễn dịch cho vật nuôi và khả năng chống oxi hóa, giảm sử dụng thuốc kháng sinh, giảm mùi hôi; làm thuốc phòng chống bệnh cho thủy sản; khử trùng các nguồn nước, nâng cao chất lượng nước và hiệu quả nuôi trồng thủy sản; xây dựng các hệ thống quan trắc trên cơ sở các bộ cảm biến cho phép quan trắc thời gian thực các chỉ số môi trường trên thực địa. Tuy nhiên, công nghệ nano cũng có thể gây ra những tác dụng không mong muốn đối với cây trồng cũng như vật nuôi mà hiện tại chưa được xác minh một cách rõ ràng.
Ở nước ta, nhiều kết quả nghiên cứu đã cho ra những sản phẩm nano phục vụ trong lĩnh vực nông nghiệp mang lại hiệu quả kinh tế cao. Có thể kể đến một số công trình nghiên cứu trong những năm gần đây như:
Nghiên cứu ứng dụng và chuyển giao công nghệ xử lý hạt ngô giống bằng một số nano kim loại để tăng năng suất thu hoạch của cây ngô tại một số địa phương vùng Tây Bắc của Viện khoa học vật liệu thực hiện năm 2019 đã thiết kế hệ thống thiết bị và qui trình công nghệ chế tạo các hạt nano kim loại sắt, đồng và côban qui mô đủ cung cấp cho 100 ha/mẻ. Qui trình xử lý hạt giống ngô bằng nano kim loại Fe0, Cu0 và Co0, đánh giá ảnh hưởng của việc xử lý hạt ngô giống bằng các nano kim loại đến khả năng sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây ngô trong thí nghiệm qui mô nhà ươm và trên thực tế đồng ruộng. Xây dựng mô hình canh tác thông minh kết hợp hợp lý các giải pháp ứng dụng công nghệ nano với kỹ thuật canh tác tiên tiến.
Công trình nghiên cứu sản xuất chế phẩm nano bạc/chitosan tan trong nước bằng phương pháp chiếu xạ gamma để phòng và trị bệnh cho cây trồng của Viện Nghiên cứu Hạt nhân thực hiện năm 2018 đã điều chế nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng phương phương pháp chiếu xạ gamma từ nguồn Co-60 sử dụng chitosan làm chất ổn định đã được thực hiện. Phổ hấp thụ UV-Vis cho thấy đỉnh hấp thụ cực đại λmax = 405 nm. Liều chuyển hoá bão hoà được xác định là 8 kGy. Ảnh TEM cho thấy các hạt nano bạc có dạng hình cầu và đường kính trung bình khoảng 10 nm. Dung dịch nano bạc bền theo trong thời gian 24 tháng. Qui trình sản xuất nano bạc bằng phương pháp chiếu xạ gamma bao gồm các bước sau đây: Hoà tan chitosan trong nước cất; thêm AgNO3 vào dung dịch chitosan; chiếu xạ ở liều xạ 8 kGy; Sản phẩm nano bạc. Từ những kiến thức trên nhóm nghiên cứu đã tiến hành điều chế chitosan tan trong nước, nghiên cứu hoàn thiện các thông số công nghệ để chế tạo chế phẩm nano bạc bằng phương pháp chiếu xạ gamma (liều xạ, suất liều, liều chuyển hóa bão hòa, pH). Đánh giá đặc trưng sản phẩm (bước sóng hấp thụ cực đại λmax, kích thước hạt nano bạc, hàm lượng bạc) và hoàn thiện qui trình sản xuất chế phẩm nano bạc/chitosan bằng phương pháp chiếu xạ gamma Co-60 để phòng và trị bệnh cho cây trồng.
Nghiên cứu xây dựng quy trình sản xuất phân bón lá ứng dụng công nghệ vật liệu nano phục vụ trong sản xuất nông nghiệp của Trung tâm Nghiên cứu và phát triển nông nghiệp công nghệ nano thực hiện vào năm 2014. Nghiên cứu này xây dựng quy trình điều chế vật liệu nano làm nguyên liệu sản xuất phân bón. Xây dựng quy trình sản xuất phân bón lá ứng dụng vật liệu nano.
Công trình Tổng hợp vật liệu nano kẽm - bạc ứng dụng chế tạo thuốc bảo vệ thực vật diệt nấm hồng cho cây cao su của Trung tâm Phát triển khoa học và công nghệ trẻ thực hiện năm 2013 đã chế tạo thành công dung dịch Zn-Ag với kích thước dưới 50 mm với độ đồng đều cao và ứng dụng làm thuốc bảo vệ thực vật xử lý nấm hồng trên đối tượng cây cao su.
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ Nano trong phòng trừ bệnh hại cây trồng nông nghiệp nhằm hạn chế sử dụng thuốc hóa học của Trung tâm Công nghệ sinh học thành phố Hồ Chí Minh thực hiện năm 2012, đã đánh giá được hiệu lực của một số nano đơn và công thức phối trộn có hiệu quả các loại nano trong phòng và trên đồng ruộng của các chế phẩm Nano phòng trừ bệnh hại cây trồng nông nghiệp.
Công trình Nghiên cứu ứng dụng dầu vỏ hạt điều hấp thu trên vật liệu Nano LDH trong phòng chống sâu bệnh của Viện Sinh học Nhiệt đới thực hiện năm 2012, đã tạo chế phẩm thuốc trừ sâu sinh học nano trong việc phát triển nền nông nghiệp sinh thái bền vững. Nghiên cứu khả năng phòng trừ sâu hại của chế phẩm hạt nanoMg/Al LDHanacardic acid.
Nghiên cứu chế tạo vật liệu Nanochitosan ứng dụng trong dược phẩm và trong nông nghiệp của Viện hóa học Hà Nội thực hiện năm 2010, xây dựng được quy trình chế tạo sản phẩm từ Nanochitosan ứng dụng trong nông nghiệp, thử nghiệm tác dụng kích thích sinh trưởng cho cây lúa…
Có thể nói, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này. Bên cạnh đó, sự phát triển của công nghệ nano kết hợp với công nghệ sinh học mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của vật liệu nano trong các lĩnh vực khác nhau. Trong tương lai, công nghệ nano sẽ có tiềm năng cải thiện nông nghiệp về cải thiện sự nảy mầm và tăng trưởng; nâng cao năng suất và chất lượng; trừ sâu, côn trùng và bảo vệ thực vật; phát hiện và chữa bệnh cây trồng.
Ánh Nguyệt