Muligheter for å bruke nanoteknologi i det agroindustrielle komplekset. Nanoteknologisk gjødsel "Bioplant Flora"
Landbruksdepartementet Den russiske føderasjonen
FGOU VPO Vyatka State Agricultural Academy
Økonomisk fakultet
Institutt for organisering av produksjon og entreprenørskap
ESSAY
disiplin: "Organisering av produksjon ved bedriften i industrien":
Bruk i planteproduksjon
Fullført av: Makhneva V.A., EE-422
Leder: Shabalina T.V.
Kirov 2010
1 Historie og grunnleggende begreper om vitenskap nanoteknologi 4
1.1 Konsepter og terminologi for vitenskapelig nanoteknologi 4
1.2 Nanopartikler 6
nåværende trend til miniatyrisering viste at et stoff kan få helt nye egenskaper, hvis du tar en veldig liten partikkel av dette stoffet. Partikler som varierer i størrelse fra 1 til 1000 (over 100 nanometer, nanopartikler kan kalles konvensjonelt) nanometer kalles vanligvis "nanopartikler". For eksempel viste det seg at nanopartikler av enkelte materialer har svært gode katalytiske og adsorpsjonsegenskaper. Andre materialer viser fantastiske optiske egenskaper, for eksempel ultratynne filmer av organiske materialer som brukes til å lage solceller. Det er mulig å oppnå interaksjonen av kunstige nanopartikler med naturlige objekter i nanostørrelse - proteiner, nukleinsyrer, etc. Grundig renset kan nanopartikler selvinnrette seg i visse strukturer. En slik struktur inneholder strengt ordnede nanopartikler og viser også ofte uvanlige egenskaper. 6
1.3 Nanomaterialer 7
2 Utsikter for bruk av nanoteknologi i jordbruk 10
3. Anvendelse av nanoteknologi i planteproduksjon 13
3.1 Anvendelse av nanoelektroteknologi i produksjon av avlinger 14
3.2 Anvendelse av nanoteknologi i grønnsaksproduksjon 16
3.3 Anvendelse av nanoteknologi i veksthusproduksjon 17
3.4 Påføring av nanopartikler under frøspiring 18
3.5 Bruk av nanoteknologi ved lagring av frukt og grønnsaker 19
3.6 Nanoteknologi i kampen mot nitrater 20
3.7 Nanoteknologi i fôrproduksjon 20
3.8 Nanorørgjødsel 21
4 Eksempler på bruk av legemidler basert på nanoteknologi i planteproduksjon 22
4.1 Nano-Gro 22 forberedelse
4.2 Nanoteknologisk gjødsel "Bioplanteflora" 25
Konklusjon 29
Referanser: 31
Introduksjon
I vår tid blir det mer og mer tydelig at de landene som utvikler elektronikk, nanoteknologi og bioteknologi vil ha overlegenhet. Utviklingen av teknologi i Russland står ikke stille. Nesten hver uke hører vi om nye funn fra ledende medias lepper. Nylig tilhører de fleste av dem feltet nanoteknologi som er så populære nå. Denne nye vitenskapen, som er i stand til å manipulere atomer, er raskt på vei inn menneskelig liv. Russland har betydelige muligheter, siden det er et betydelig vitenskapelig etterslep siden sovjettiden innen nanovitenskap. I vår tid er nanoteknologi suverene til å håndtere objekter i nanoskala og gjøre det mulig å fremstille såkalte supermolekyler fra store, selektivt bundne molekyler. Hva er vitenskapen om nanoteknologi?Nanoteknologi- et tverrfaglig felt av grunnleggende og anvendt vitenskap og teknologi, som omhandler et sett med teoretisk begrunnelse, praktiske metoder for forskning, analyse og syntese, samt metoder for produksjon og bruk av produkter med en gitt atomstruktur ved kontrollert manipulasjon av individuelle atomer og molekyler.
Store forhåpninger i anvendelsen av nanoteknologi finnes også i agroindustrielt kompleks. Å øke produksjonen og kvaliteten på behandlingen av landbruksråvarer, øke levetiden til spesialutstyr, øke holdbarheten, skaffe høykvalitets mat- og fôrprodukter - alle disse oppgavene til agribusiness kan løses med nanoteknologi.
^
1 Historie og grunnleggende begreper om vitenskap nanoteknologi
1.1 Konsepter og terminologi for vitenskapelig nanoteknologi
Den ofte brukte definisjonen av nanoteknologi som et sett med metoder for å arbeide med objekter mindre enn 100 nanometer i størrelse, beskriver ikke nøyaktig både objektet og forskjellen mellom nanoteknologi og tradisjonelle teknologier og vitenskapelige disipliner. Nanoteknologiobjekter, på den ene siden, kan ha karakteristiske dimensjoner for det angitte området:
nanopartikler, nanopowders (objekter med tre karakteristiske størrelser i området opptil 100 nm);
nanorør, nanofibre (objekter med to karakteristiske størrelser i området opptil 100 nm);
nanofilmer (objekter med en karakteristisk størrelse i området opptil 100 nm).
Nanoteknologi er kvalitativt forskjellig fra tradisjonelle disipliner, siden på slike skalaer er de vanlige, makroskopiske teknologiene for å håndtere materie ofte uanvendelige, og mikroskopiske fenomener, ubetydelig svake på de vanlige skalaene, blir mye mer betydningsfulle: egenskapene og interaksjonene til individuelle atomer og molekyler eller aggregater av molekyler, kvanteeffekter.
I et praktisk aspekt er dette teknologier for produksjon av enheter og deres komponenter som er nødvendige for å lage, behandle og manipulere atomer, molekyler og partikler, hvis størrelse varierer fra 1 til 100 nanometer. Imidlertid er nanoteknologi nå på et tidlig stadium av utviklingen, siden de viktigste funnene som er forutsagt på dette området ennå ikke er gjort. Likevel gir pågående forskning allerede praktiske resultater. Bruken av avanserte vitenskapelige resultater innen nanoteknologi gjør det mulig å referere det til høyteknologi.
Når man jobber med så små dimensjoner, oppstår kvanteeffekter og intermolekylære interaksjonseffekter, som van der Waals-interaksjoner. Nanoteknologi og spesielt molekylær teknologi er nye områder som er svært lite utforsket.
Nanoteknologi er det neste logiske steget i utviklingen av elektronikk og andre vitenskapsintensive industrier.
Mange kilder, først og fremst på engelsk, forbinder den første omtalen av metoder som senere skulle bli kalt nanoteknologi med Richard Feynmans berømte tale "There's Plenty of Room at the Bottom", laget av ham i 1959 i California Institute of Technology på årsmøtet i American Physical Society. Richard Feynman antydet at det var mulig å mekanisk flytte enkeltatomer med en manipulator av passende størrelse, i det minste ville en slik prosess ikke motsi de fysiske lovene som er kjent i dag.
Han foreslo å gjøre denne manipulatoren på følgende måte. Det er nødvendig å bygge en mekanisme som vil lage sin egen kopi, bare en størrelsesorden mindre. Den skapte mindre mekanismen må igjen lage sin kopi, igjen en størrelsesorden mindre, og så videre inntil dimensjonene til mekanismen er i samsvar med dimensjonene til størrelsesordenen til ett atom. Samtidig vil det være nødvendig å gjøre endringer i strukturen til denne mekanismen, siden tyngdekreftene som virker i makrokosmos vil ha mindre og mindre innflytelse, og kreftene til intermolekylære interaksjoner og van der Waals-krefter vil i økende grad påvirke drift av mekanismen. Den siste fasen - den resulterende mekanismen vil sette sammen sin kopi fra individuelle atomer. I prinsippet er antallet slike eksemplarer ubegrenset, det vil være mulig for en kort tid lage et hvilket som helst antall slike maskiner. Disse maskinene vil kunne sette sammen makroting på samme måte, ved atom-for-atom-montering. Dette vil gjøre ting en størrelsesorden billigere - slike roboter (nanoroboter) må bare gis det nødvendige antallet molekyler og energi, og skrive et program for å sette sammen de nødvendige elementene. Til nå har ingen vært i stand til å tilbakevise denne muligheten, men ingen har ennå klart å lage slike mekanismer. Den grunnleggende ulempen med en slik robot er den grunnleggende umuligheten av å lage en mekanisme fra et enkelt atom.
Ideene som ble presentert av Feynman i foredraget om hvordan man kan lage og bruke slike manipulatorer, faller nesten tekstmessig sammen med den fantastiske historien til den berømte sovjetiske forfatteren Boris Zhitkov "Microhands", utgitt i 1931. Men ikke bare. I det velkjente verket til den russiske forfatteren N. Leskov "Lefty" er det et nysgjerrig fragment:
Hvis, - sier han, - det fantes et bedre smallscope, som forstørrer det til fem millioner, da ville du fortjene, - sier han, - for å se at på hver hestesko står mesterens navn: hvilken russisk mester har laget den hesteskoen.
En økning på 5 000 000 ganger leveres av moderne elektron- og atomkraftmikroskoper, som regnes som nanoteknologiens viktigste verktøy, så den litterære helten Levsha kan betraktes som den første nanoteknologen i historien.
Begrepet "nanoteknologi" ble først brukt av Norio Taniguchi i 1974. Han kalte dette begrepet produksjon av produkter med en størrelse på flere nanometer. På 1980-tallet ble begrepet brukt av Eric K. Drexler i bøkene Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology and Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation. Sentralt i forskningen hans var matematiske beregninger, som det var mulig å analysere driften av en enhet med dimensjoner på flere nanometer med.
1.2 Nanopartikler
Den moderne trenden mot miniatyrisering har vist at et stoff kan få helt nye egenskaper hvis man tar en veldig liten partikkel av dette stoffet. Partikler som varierer i størrelse fra 1 til 1000 (over 100 nanometer, nanopartikler kan kalles konvensjonelt) nanometer kalles vanligvis "nanopartikler". For eksempel viste det seg at nanopartikler av enkelte materialer har svært gode katalytiske og adsorpsjonsegenskaper. Andre materialer viser fantastiske optiske egenskaper, for eksempel ultratynne filmer av organiske materialer som brukes til å lage solceller. Det er mulig å oppnå interaksjonen av kunstige nanopartikler med naturlige objekter i nanostørrelse - proteiner, nukleinsyrer, etc. Grundig renset kan nanopartikler selvinnrette seg i visse strukturer. En slik struktur inneholder strengt ordnede nanopartikler og viser også ofte uvanlige egenskaper.
Nanoobjekter er delt inn i 3 hovedklasser:
1) tredimensjonale partikler oppnådd ved eksplosjon av ledere, plasmasyntese, restaurering av tynne filmer, etc.,
2) todimensjonale objekter - filmer oppnådd ved molekylær avsetning, CVD, ALD, ioneavsetning, etc.,
endimensjonale objekter - værhår, disse objektene oppnås ved metoden for molekylær lagdeling, innføring av stoffer i sylindriske mikroporer, etc.
1.3 Nanomaterialer
Materialer utviklet på grunnlag av nanopartikler med unike egenskaper som oppstår fra de mikroskopiske dimensjonene til deres bestanddeler.
Ris. 1 - Nanorør under et elektronmikroskop
Fullerener er molekylære forbindelser som tilhører klassen av allotropiske former av karbon (andre er diamant, karbyn og grafitt) og er konvekse lukkede polyedre sammensatt av et jevnt antall tre-koordinerte karbonatomer.
Ris. 2 - Fulleren C-60 
4) Nanobatterier - tidlig i 2005 kunngjorde Altair Nanotechnologies (USA) etableringen av et innovativt nanoteknologisk materiale for elektroder av litium-ion-batterier, hvis energitetthet vil være 
flere ganger mer enn i tradisjonelle batterier av denne typen. I praksis betyr dette muligheten for å lage mindre batterier og samtidig beholde sin opprinnelige kapasitet.
Ris. 4 - nanoakkumulatorer
^
2 Utsikter for bruk av nanoteknologi i landbruket
En viktig funksjon av metalliske nanomaterialer, som spiller nøkkelrolle når det brukes i det agroindustrielle komplekset, er den lave toksisiteten til disse nanomaterialene, oppdaget av russiske forskere.
Tabell 1 - Giftighet for metallnanopartikler
| Doser mg/kg | Fe° | FeSO4 7H2O | Zn° | ZnSO4 7H2О | Cu° | CuSO4 7H2O |
| TIR | 1100 | 20 | 450 | 10 | 25 | 3 |
| LD50 | 2200 | 60 | 700 | 25 | 45 | 6 |
| LD100 | 3200 | 90 | 1200 | 45 | 60 | 10 |
Det viste seg at toksisiteten til metallnanopartikler er mange ganger mindre enn toksisiteten til metallioner: kobber - 7 ganger, sink - 30 ganger og jern - 40 ganger. Dette har blitt bekreftet i en rekke eksperimenter i samsvar med alle standarder.
Metallnanomaterialer oppnådd ved kjemiske metoder har nesten alltid ikke den beste "arven" av de opprinnelige kjemiske forbindelsene, noe som gjør bruken av dem i industrier med strenge krav til renheten til materialene som brukes, inkludert det agroindustrielle komplekset, et problem.
Det mest akseptable for slike industrier er bruken av metallnanopartikler oppnådd ved bruk av teknologier basert på bruk av fysiske fenomener. Bare en liten del av selskapene som produserer nanomaterialer, hovedsakelig lokalisert i USA, Storbritannia, Tyskland, Russland og Ukraina, eier de fysiske metodene for å skaffe metalliske nanomaterialer. Spesielt ved hjelp av erosjonseksplosive teknologier har følgende nye nanomaterialer blitt oppnådd:
1) ikke-ioniske kolloidale løsninger av metallnanopartikler;
2) anionlignende svært koordinerende akvachelater av nanometaller;
3) graderte nanopartikler av biogene metaller;
4) elektrisk ladede kolloidale metallnanopartikler;
5) elektrisk nøytrale og elektrisk ladede metallnanopartikler i amorf tilstand, etc.
Til dags dato, i forhold til en større gruppe nanomaterialer basert på metallene Ag, Cu, Co, Mn, Mg, Zn, Mo, spesifikasjoner(TU U 24.6-35291116-001:2007) og deres produksjon ble etablert av den innenlandske produsenten - selskapet "Nanomaterials and Nanotechnologies".
Av spesiell interesse blant nye nanomaterialer syntetisert ved hjelp av erosjonseksplosjonsteknologier er svært koordinerende anionlignende nanometallakvachelater for APC, som er de mest lovende for bruk i biosystemer på grunn av ikke-toksisitet, god biokompatibilitet med levende celler og deres antioksidantegenskaper.
I dag brukes nanomaterialer og nanoteknologi i nesten alle områder av landbruket: planteproduksjon, husdyrhold, fjørfeoppdrett, fiskeoppdrett, veterinærmedisin, prosessindustri.
I planteproduksjon gir bruk av nanopreparater som mikrogjødsel en økning i motstand mot ugunstige værforhold og en økning i avling (med gjennomsnittlig 1,5-2 ganger) av nesten all mat (poteter, frokostblandinger, grønnsaker, frukt og bær) og tekniske (bomull, lin) kulturer. Effekten her oppnås på grunn av en mer aktiv penetrasjon av mikroelementer inn i planten på grunn av nanopartikkelstørrelsen og deres nøytrale (i elektrokjemisk forstand) status.
En positiv effekt av nanomagnesium på akselerasjonen (eller rettere sagt, en økning i produktiviteten) av fotosyntese i planter forventes også.
Nanoteknologi brukes i etterhøstingsbehandling av solsikke, tobakk og poteter, lagring av epler i kontrollerte miljøer, luftozonering.
Ifølge forskere er bruken av nanoteknologi i landbruket (ved dyrking av korn, grønnsaker, planter og dyr) og matproduksjon(når behandlet og pakket) vil føre til fødselen av en helt ny klasse matvarer- "nanoprodukter", som til slutt vil tvinge genmodifiserte produkter ut av markedet. For eksempel uttrykkes en slik mening av eksperter fra den internasjonale forskningsorganisasjonen ETC Group.
I følge vanlig vitenskapelig terminologi kan et produkt betraktes som et «nanoprodukt» dersom nanopartikler, nanoteknologisk utvikling og verktøy har blitt brukt i dets dyrking, produksjon, bearbeiding eller pakking. Utviklere av nanomat lover forbedret matproduksjon og -emballasje, forbedret smak og nye ernæringsmessige egenskaper. Det forventes også produksjon funksjonelle produkter(produktet vil inneholde medisinske eller tilleggsnæringsstoffer). Det forventes også å øke produktiviteten og redusere matvareprisene. I løpet av et par tiår vil bruken av nanoprodukter være allestedsnærværende, ifølge en rapport utarbeidet for Royal Society of Great Britain (Royal Society).
Omfanget av nanoproduktforskning er like slående som mengden investeringer i den. I løpet av de siste årene de største produsentene matvarer, som Kraft, Nestle, Heinz, Altria, Unilever, har investert betydelige beløp i utviklingen av nanoteknologi. Ifølge de siste estimatene er verdien av nanoproduktmarkedet allerede 410 millioner dollar, og innen 2010 forventes det å vokse til 5,8 milliarder dollar. en
^
3. Anvendelse av nanoteknologi i planteproduksjon
I Russland ble det statlige selskapet "Rosnanotech" opprettet, "Program for utvikling av nanoindustrien i den russiske føderasjonen til 2015" ble utviklet. Programmet vil bli implementert i 2 trinn: den første fasen er designet for 2007-2010, den andre for 2010-2015. Det totale beløpet for utgifter for gjennomføringen av programmet vil beløpe seg til 138 milliarder rubler.
I mai 2006 godkjente presidenten for den russiske føderasjonen prioriterte områder for utvikling av vitenskap, teknologi og ingeniørvitenskap og en liste over kritiske teknologier, inkludert nanoteknologi og nanomaterialer. For utvikling av nanoteknologi i Russland, er nanoindustrien og 16 regionale sentre for nanoteknologi etablert i Nizhny Novgorod, Saratov, Ivanov, Astrakhan, Kaluga-regionen, Petrozavodsk, Krasnodar-territoriet og andre regioner i Russland. I det agroindustrielle komplekset er det utført det største antallet studier på bruk av nanoelektroteknologi. Slik forskning utføres ved Moscow State Agrarian University. V. P. Goryachkina, VIESSH, Michurinsk State Agricultural Academy, ACHGAU, GOSNITI og andre vitenskapelige organisasjoner og universiteter.
Nanoteknologi i landbruket innebærer bruk av legemidler til plantevern nyeste generasjon, som er preget av maksimal penetrasjon i bladene, stilkene og røttene til aktive aktive stoffer på grunn av deres uvanlig lille størrelse. Prosjekter utvikles ved bruk av nanomaterialer for mer nøyaktig og sikker levering av plantevernmidler til biologiske mål, næringsstoffer til planter. Følgende teknologier brukes i disse prosjektene: transportprosesser, bioselektive overflater, bioseparasjon og mikroelektromekaniske systemer, nanobioprosessering, nukleinsyrebioteknologi, substansadressering. Partikkelstørrelsen til disse stoffene er titalls og til og med hundrevis av ganger mindre enn mikron (10 -9). Bruken av dem gjør det mulig å oppnå mye større effekter med minimale doser medikamenter og spare penger.
Bruken av nanoelektroteknologi i planteproduksjon har koblet molekylær- og cellebiologi ved hjelp av eksterne elektromagnetiske felt og biofelt av levende celler i en felles nanoprosess, noe som skal føre til introduksjon av fundamentalt nye teknologier for produksjon av landbruksråvarer, materialer, mat og fôr inn i praksisen til det agroindustrielle komplekset.
I landbruksvitenskapelige organisasjoner i Russland, inkludert Moscow State Agroengineering University. V. P. Goryachkina (MGAU), ble resultatene av bruken av nanoelektroteknologier i produksjonen av avlingsprodukter oppnådd.
^
3.1 Anvendelse av nanoelektroteknologi i produksjon av korn
Biologisk aktive jernnanopartikler kan bidra til å øke utbyttet av enkelte avlinger med 10 til 40 %.
Nye nanoteknologier for behandling av frø før såing i mikrobølger og skadedyrbekjempelse ble implementert som et alternativ til kjemiske metoder. For desinfestering av korn og frø ble det brukt en pulserende mikrobølgebehandlingsmodus, som på grunn av den ultrahøye intensiteten til EMF i pulsen sikrer død av skadedyr og insekter. Det er fastslått at for en 100 % effekt av mikrobølgedesineksjon, kreves en dose på ikke mer enn 75 MJ per 1 tonn frø.
Den nye nanoelektroteknologien for kombinert tørking av korn utføres syklisk: konvektiv oppvarming av kornet til 50 °C, og deretter dets kortsiktige mikrobølgebehandling, hvor det dannes overflødig fuktighetstrykk i det oppvarmede kornet ved en temperatur under kokepunktet av vann. Som et resultat akselereres filtreringsoverføringen av fuktighet fra kornet til overflaten i en dråpevæsketilstand. Fuktighet fjernes fra overflaten med en oppvarmet luftkjølevæske. Spesifikt forbruk energi for tørking av korn sammenlignet med tradisjonell konvektiv reduseres med 1,3 ganger eller mer, mikroskader av frø reduseres til 6%, såkvaliteten deres forbedres med 5%. For lavtemperatur slutttørking og desinfeksjon av korn ble det i tillegg brukt ozon, noe som økte desinfeksjonseffektiviteten med 24 ganger og reduserte energikostnadene med 1,5 ganger.
Nanoelektroteknologi for mikrobølgemikronisering av korn er basert på effekten av dekstrinisering av stivelseskorn - nedbrytningen av stivelsespolysakkarider og deres overgang til fordøyelige næringsstoffer. Graden av dekstrinisering øker fra 12% til 80%, energiinnholdet i fôret - 2 ganger fra 7,7 til 15,7 MJ/kg. Sammenlignet med IR-mikronisering, som er mye brukt i utlandet, reduseres de spesifikke energikostnadene med mer enn 2 ganger fra 250300 til 130150 kWh per 1 tonn korn.
Ifølge regjeringen akseptprøver, zootekniske indikatorer for slaktegris med mikrobølgemikronisert byggblandingsingrediens økte med 36 % i gjennomsnittlig daglig vektøkning, og med 2 ganger i løpet av en måned.
I følge landbrukskjemikere avhenger opptil femti prosent av utbyttet av alle avlinger av effektiviteten til plantevern. Nanoemulsjoner er designet for bruk i dyrking av ulike avlinger, inkludert korn, sukkerroer. Eksperter presenterer noen av de siste utviklingene. For eksempel førsåbehandling med Tebu 60, Scarlett mikroemulsjoner, som viste høy effektivitet ved bruk på 700 hektar egen base "Schelkovo Agrokhim". Disse stoffene eksfolierer ikke under påvirkning av varme og lys; den tilberedte arbeidsløsningen kan lagres ikke i timer eller dager, men i årevis, mens den forblir aktiv. Men det viktigste er at nanoprodukter, i motsetning til tradisjonelle plantevernmidler, gir fullstendig fukting av plantens overflate, blir fullstendig absorbert av planter og ikke vaskes av med regn.
Produsenter legger ikke skjul på at nanoemulsjoner ikke er billige, men til slutt gir de mye større effekt. For eksempel kan behandlingen av vinterhvete med stoffet "Titul Duo, KRR", som ikke har noen analoger, gi opptil 400% lønnsomhet og et tilleggsutbytte på opptil 17 centners per hektar. Men selv fattige landbruksbedrifter kan allerede dra nytte av nanoteknologiprodukter takket være varelån gitt av produsenter.
^
3.2 Anvendelse av nanoteknologi i grønnsaksproduksjon
Overvåking av de utviklede nanoteknologiske prosessene og nanomaterialene bekrefter at bruk av nanopreparater i grønnsaksdyrking gir en økning i motstand mot ugunstige værforhold og en økning i utbyttet av ferdige produkter. For nesten alle industri- og matvekster - poteter, grønnsaker, frukt og bær, bomull og lin, økte avkastningsindikatorene med 1,5-2 ganger. Nanoteknologier blir allerede aktivt introdusert i behandling av solsikke, tobakk og poteter etter høsting, lagring av epler i kontrollerte miljøer og ozonisering av luften.
I lys av nyere funn innen nanoteknologi, ble den biologiske rollen til silisium i levende organismer studert og den biologiske aktiviteten til organiske silisiumforbindelser - silatraner ble studert. Silatrans, som er celleformasjoner og inneholder silisium, har en fysiologisk effekt på levende organismer i alle stadier av evolusjonær utvikling fra mikroorganismer til mennesker. Bruk av biostimulerende organiske silisiummidler i grønnsaksdyrking gjør det mulig å øke kuldemotstanden, tåle varme og tørke, bidrar til å komme seg trygt ut av stressende værsituasjoner (frost tilbake, plutselige temperaturendringer osv.), forbedrer plantens beskyttende funksjoner mot sykdommer og skadedyr. Preparater fjerner den deprimerende, beroligende effekten av kjemiske reagenser for plantevern under komplekse behandlinger.
Den ultramoderne retningen for nanobioteknologi (nanoteknologi i biologi) i grønnsaksdyrking er skapelsen kulturplanter spesielt motstandsdyktig mot skadedyr.
^
3.3 Anvendelse av nanoteknologi i veksthusproduksjon
Ultrafiolett stråling (UVR) i avlingsproduksjon er den minst studerte delen av spektralområdet til optisk stråling. For å øke utbyttet og kvaliteten på drivhusprodukter er det reserver som ennå ikke har blitt utbredt, men som kan brukes til å løse hovedproblemene ved produksjon av drivhusavlinger. UVR brukes til avlsformål og i frøbehandling før såing. Når den eksponeres direkte for planter, kan stråling tjene som en effektiv regulator av de viktigste metabolske prosessene i levende biologiske objekter. Som et resultat av utviklingen og anvendelsen av UVR-metoder ble det oppnådd positive data om kontroll av skadedyr på landbruksplanter, samt hypotetiske forutsetninger for jorddenitratisering. Frøbehandling før såing UVR har nådd nivået av industrielle metoder for å tilberede frø for såing, og som studier har vist, er de dobbelt så effektive som solvarme eller luftoppvarmet oppvarming. Bestråling av frø i optimale doser stimulerer den generelle utviklingen av planter, øker produktiviteten. Virkningen av UV-stråling på frø er basert på desinfeksjon, desinseksjon og evnen til å stimulere fotokjemiske transformasjoner i det bestrålte frøet.
I spirende frø og planter spiller enzymer, vekststoffer og vitaminer rollen som regulatorer av hastigheten på biokjemiske prosesser. Være i små mengder, disse stoffene påvirker både veksthastigheten og synteseretningen til cellen og planten som helhet. Derfor kan selv små, ved første øyekast, kjemiske og biokjemiske endringer i frø assosiert med absorpsjon av UV-energi ha en betydelig innvirkning på utviklingen av en plante og dens produktivitet.
Den antimikrobielle virkningen av UV manifesteres i fotokjemisk skade på DNA i cellekjernen til mikroorganismer, noe som fører til død av mikrobielle celler i de første eller påfølgende generasjonene.
I drivhusgårder er problemet med å bekjempe virusinfeksjoner akutt. For praksis er det viktig å fastslå den dødelige dosen av UV-stråling for planter og å studere den relative motstanden forskjellige typer. Verdien av terskeldosen for planter under bestråling er nødvendig ved bruk av ugressmidler. Ved moderate strålingsdoser kan bakteriedrepende lamper brukes til å drepe plantemikroorganismer uten å skade plantene selv.
Et eksempel på landbruksnanoteknologi er bestråling av planter med sammenhengende lys. Planter behandles med høy og lav koherens kvasi-monokromatisk lys.
^
3.4 Påføring av nanopartikler under frøspiring
Nanopartikler, på grunn av deres lille størrelse, beregnet i nanometer, lett trenge inn i cellene til dyr og mennesker, litt vanskeligere - inn i cellene til planter på grunn av deres sterke, solide cellevegg. For ikke så lenge siden stilte forskere et annet spørsmål: kan nanopartikler trenge inn i frøene til planter, hvis skall er enda tykkere? Forskerne bemerker at frøene til noen plantearter er i stand til å samle seg tungmetaller som barium eller bly. Basert på dette er det en antagelse om at noen partikler i nanostørrelse også vil trenge inn i frøskallet og påvirke deres spiring. For å delta i eksperimentet (arbeidet til amerikanske forskere på effekten av nanopartikler på plantefrø), ble frø av den minste tomatsorten, Micro-Tom, brukt, og flervegget karbon nanorør. Sterile frø ble sådd på et fast næringsmedium som inneholdt 10, 20 og 40 μg/mL nanorør. I kontrollgruppen vokste frøene i samme medium, bare uten tilsetning av nanopartikler. Allerede den 3. dagen spiret mer enn 30 % av frøene på medier med nanorør. Her fikk frøplantene biomasse raskere og hadde lengre skudd, i motsetning til plantene i kontrollgruppen: der ble lignende indikatorer oppnådd først på den 12. dagen. Tilstedeværelsen av nanorør inne i frø har blitt vist ved hjelp av Raman-spektroskopi. Mikrografer av rotsystemet til frøplanter avslørte også nanorør i rotceller.
En av forklaringene på dette faktum var at nanorør, som penetrerer gjennom frøkappen, letter vannstrømmen til embryoet. For å sjekke dette ble frøene tørket ved t 250°C i 2 timer og deretter ble vektendringen bestemt. Som det viste seg: i tørre frø før såing på mediet, var fuktighetsinnholdet 18,4%, i alderen to dager i et næringsmedium - 38,9% av fuktigheten. I frøene plantet på mediet med nanorør ble det funnet 57,6 % av væsken. Dermed kunne forskere bevise at nanorør, vannakkumulering og frøspiring henger sammen. Det håper forskerne denne jobben(publisert i ACS Nano) er ikke bare grunnleggende, men vil også ha praktisk verdi for landbruket.
^
3.5 Bruk av nanoteknologi ved lagring av frukt og grønnsaker
Et eksempel på bruk av nyteknologi ved lagring av frukt og grønnsaker er bestråling av planter med sammenhengende lys.
Epler av to varianter - Antonovka ordinær og Sinap northern ble behandlet med kvasi-monokromatisk lys med høy og lav koherens. Svært koherent stråling med en spektral linjebredde på mindre enn 1 nm ble oppnådd ved bruk av en helium-neon-laser.
En glødelampe med et system av lysfiltre som kuttet ut et spektralbånd på 5080 nm bredt med et maksimum ved lasergenereringsbølgelengden (633 nm) fungerte som en kilde til lav koherensstråling. Det ble funnet at laserbestråling i 20 sekunder reduserte skadene på epler ved både råte og solbrenthet. Og i større grad manifesterte dette seg i en fysiologisk lidelse - solbrenthet.
Etter 190 dagers lagring var denne patologien 3 ganger mindre vanlig enn blant ikke-bestrålte fostre. Studier utført under veiledning av akademiker ved det russiske landbruksakademiet I. F. Borodin lar oss konkludere med at lysets sammenheng er en viktig parameter for arbeidskroppen til laserlandbruksteknologiutstyr. For å oppnå størst biologisk effekt bør bredden på spektrallinjen ikke overstige 2030 nm. Denne tilstanden er nødvendig ikke bare ved behandling av frukt, men også andre planteorganismer, noe som gjør det mulig å tilskrive bestrålingsprosessene med svært koherent, spesielt laserlys, til kategorien nanoteknologi.
^
3.6 Nanoteknologi i kampen mot nitrater
Et av de akutte problemene i planteproduksjon er gjenoppretting av kvaliteten på jord som er forurenset med nitrater. Kjemiske metoder for å rense jorda fra nitratforbindelser gir ikke ønskede resultater på grunn av deres kompleksitet og store materialkostnader.
Bemerkelsesverdig er de teoretiske forutsetningene for å utvikle en metode for å rense jord fra nitratforbindelser, basert på effekten av UV-energi på et biologisk objekt - en plante og jord. For fullstendig reduksjon av nitrater til en assimilerbar form for nitrogen kreves energikostnader på 575,6 kJ / mol.
Det er kjent at langvarig eksponering for kortbølget UV-stråling har en skadelig effekt på planten. Kortvarig eksponering for stråling har en positiv effekt. Nitratene som trekkes ut av planten fra jorda, omdannes av planten til brukbare former ved hjelp av UV-stråling.
^
3.7 Nanoteknologi i fôrproduksjon
Karotenstabiliserende mikrobølgebehandling av vitamin urtemel reduserer tapet av karoten under tørking med 2,5 ganger fra 10 til 4 %, og i løpet av den seks-sju måneder lange lagringsperioden konserveres karoten i mel opp til 9 %, som er 2,3- 2,8 ganger høyere enn uten mikrobølgebehandling. Spesifikt energiforbruk reduseres med 1,52 ganger.
Mange gårder hvis hovedvirksomhet er produksjon av kjøtt og melkeproduksjon, uavhengig engasjert i dyrking av fôrkorn. Kursk Research Institute of Agro-Industrial Production har vist at frøbearbeiding og behandling av avlinger i jordingsperioden med et polymert biocid (BIOPAG) øker utbyttet av vårbygg, vårhvete og erter. Dette gjør det mulig å redusere kostnadene for fôr, og følgelig løse oppgaven med å utvikle melke- og kjøttfeavl.
^
3.8 Nanorørgjødsel
Forskere ved University of Arkansas Little Rock Nanotechnology Center fant at å utsette tomatfrø for en næringsløsning som inneholder karbon-nanorør, resulterte i raskere og kraftigere spiring. Forskere tror at nanorør av karbon kan være en oppdagelse for hele landbruket, og åpner æraen for en ny type gjødsel.
Virkningsprinsippet for nanorør av karbon er som følger. På grunn av deres mikroskopiske størrelse trenger nanorør lett inn i frøhuden, noe som letter bedre penetrasjon av vann og næringsstoffer inn i frøene. Dette påvirker frøspiringshastigheten.
Mange forskere mener imidlertid at bruken av slik «nano-gjødsel» kan føre til uforutsigbare konsekvenser. Så noen eksperimenter med "gjødsel" av tomater med karbon nanorør viste at fruktene viste seg å være "giftige" for Drosophila fruktfluer. I tillegg, ifølge noen studier, er karbon nanorør kreftfremkallende for dyr.
^
4 Eksempler på bruk av legemidler basert på nanoteknologi i planteproduksjon
4.1 Nano-Gro forberedelse
Nano-Gro er en organisk plantevekstregulator basert på en ny revolusjonerende tilnærming for å øke planteavlingen, forbedre avlingskvaliteten og styrke avlingenes immunitet. Produsenten og skaperen av dette produktet er Agro Nanotechnology, Corp.Opprettelsen av Nano-Gro ble innledet av 10 års forskning på effekten av ulike bioaktive forbindelser på planter og deres frø. Resultatene gjorde det mulig å trekke en konklusjon om graden av påvirkning av stoffer i nanomolekylære konsentrasjoner på biologiske organismer. Teknologien i hjertet av Nano-Gro ble utviklet som en naturlig, enkel og rimelig metode for å forbedre landbrukets effektivitet. produksjon uten bruk av syntetiske kjemikalier.
I det øyeblikket en løsning av ingredienser i en nanomolekylær konsentrasjon faller på en plante eller frø, oppfatter planten deres tilstedeværelse som en viss stressfaktor. Dette stresset er bare imaginært, men planten begynner å forberede seg på kampen for tilværelsen, som kommer til uttrykk i en økning i massen og lengden på røttene, en økning i det absorberte atmosfæriske nitrogenet og følgelig stimulering av proteinsyntese ved hjelp av anlegget, en økning i biomasse og en økning i avling.
Fordeler med å bruke Nano-Gro:
øker produktiviteten med gjennomsnittlig 20 %;
øker plantens motstand mot ugunstige forhold eksternt miljø, reduserer avhengigheten av s.x. fra værforhold;
produktet er enkelt å bruke, derfor kan det brukes på alle gårder, både store og små;
reduserer mengden nitrogengjødsling.
For behandling av grønnsaker (agurker, tomater, løk, salat) kreves en løsning med en konsentrasjon på 1 granulat per 1 liter vann. Frø bløtlegges i 30 sekunder i Nano-Gro-løsning. Deretter tørkes frøene i skyggen, og etter at frøene har tørket, plantes de i kasser.
Ris. 5 - Resultatet av plantebehandling med Nano-Gro
Preplant frøbehandling med Nano-Gro ble testet i USA, Israel, Russland, Kina, EU-land, Ukraina på korn- og grønnsaksvekster. Dette forsøket viste gode resultater i hver av testene (15 % - 60 % avlingsøkning). Dessuten ble stoffet testet som plantevernmiddel mot sopp og virussykdommer som Fusarium råte, gråskimmel, bakterielle sykdommer på frukttrær osv. I disse testene viste Nano-Gro høy effekt av å stimulere immunsystemet.
Tabell 2 - Avlingsøkning ved bruk av Nano-Gro-preparat
Som et resultat av testen ble den største avlingsøkningen avdekket for vinterbygg fra 222 c/ha til 355 c/ha, eller med 59 %. Under 24 % avlingsøkning i havre og sukkerroer ble ikke observert i testen.
Tabell 2 - Endringer i noen tegn på vekst, utvikling og utbytte av hvete under påvirkning av vekstregulatorer i Pushkinskoye-gården i Nizhny Novgorod-regionen
| kultur | Alternativ | Plantehøyde før høsting, cm | Produktivitet, c/ha | Antall korn i øret, stk. | Vekt på 1000 korn, g | Natur, g/l | Innhold av rågluten, % | Glassstyrke, % |
| Vårhvete | Kontrollen | 102,1 | 41,7 | 31,2 | 37,1 | 744,4 | 20,3 | 69 |
| Raksil | 100,8 | 47,2 | 37,1 | 39,3 | 711,2 | 22,4 | 75 |
|
| Raxil + Nano-Gro | 97,1 | 48,9 | 32,6 | 38,6 | 729,6 | 24 | 81 |
|
| Nano Gro | 98,5 | 50,6 | 38,3 | 38,9 | 725,4 | 24,7 | 83 |
Som det fremgår av tabellen, økte behandlingen av hvete med Nano-Gro verdiene til de fleste av de analyserte egenskapene.
P 
Økningen i avling er summen av økningen i veksten av blader, biomasse, frukt og frø hver for seg. Tester viste også en økning, i gjennomsnitt på 10 %, i innholdet av proteiner og sukker i de behandlede plantene i de fleste forsøkene som ble utført.
Tester utført under laboratorieforhold var rettet mot å oppdage endringer i biomassen til røtter, stengler og bladverk. Tester har vist en økning i rotbiomasse på 9 % og blad- og stengelbiomasse på 40 %. 2
Ris. 6 - Effekt av Nano-Gro på økningen i biomassen til røtter, løvverk og stengler
^
4.2 Nanoteknologisk gjødsel "Bioplanteflora"
Den revolusjonerende formelen til Bioplant Flora-gjødsel gjør det mulig å øke avlingene med minst 40-50 prosent samtidig som produksjonskostnadene reduseres med to eller flere ganger.
De resulterende molekylære strukturene i nanoskala-tilstand absorberes mye bedre av planteceller, noe som øker alle biometriske indikatorer for s.x. planter. "Bioplant Flora" øker immunresistensen til planter under ulike miljøforhold. uheldige faktorer: plutselige endringer i temperatur, frost, tørke, vannlogging, mangel på summen av aktive temperaturer. Den har en kraftig vekststimulerende effekt - den stimulerer alle fysiologiske prosesser i planten: den øker energien til spiring og frøspiring (opptil 100%), stimulerer rotdannelse, fremmer blomstring og dannelse av eggstokker og frukt, aktiverer vitale prosesser av planter.
Tallrike tester av "Bioplant Flora" på forskjellige avlinger i forskjellige klimatiske soner i den russiske føderasjonen, bekreftet av en rekke vitenskapelige institusjoner. BioplantFlora-gjødsel ble høyt verdsatt av den statlige vitenskapelige institusjonen TatNIISKh ved det russiske landbruksakademiet (Kazan) for bruken på hvete, bygg, raps; GNUVNIPTIOU fra det russiske landbruksakademiet (Vladimir) for bruk på grønne avlinger; GNUAFI fra det russiske jordbruksakademiet (St. Petersburg) for bruk på tomater; State Scientific Research Institute of Agriculture of the South-East (Saratov) for bruk på hvete og kikerter.
Fordeler med "Biolant flora":
Økning i utbytte med 20-50%, i noen tilfeller med 2-3 ganger;
Forbedre kvaliteten på avlingen (redusere nivået av nitrater, øke innholdet av vitaminer);
Beskyttelse av planter mot sykdommer (biologisk effektivitet i gjennomsnitt 40-80%);
Økt tørkeresistens hos planter (med 10-60%);
Øker utholdenhet til ekstreme værforhold, gjenoppretter plantinger etter frostskader;
Øke effektiviteten til mineralgjødsel (med en mulig reduksjon i forbruket med 30-50%);
Reduksjon av aldringstiden med opptil 30 %;
Den vekststimulerende effekten av de behandlede plantene vedvarer i 2-3 måneder.
Humilsyre nanopartikler 
Ris. 7 - Virkningsmekanismen til gjødsel "Bioplant Flora"
Takket være bruken av "Bioplant Flora" blir fruktbarhet forstyrret av kjemikalier gjenopprettet. Et viktig faktum er den nesten fullstendige behandlingen av plantevernmidler i jorda, på grunn av aktiveringen av biocenose av rotsystemet til planter, forbedres de fysiske, kjemiske og biologiske egenskapene til jorda, fruktbarheten opprettholdes, mikro- og makroelementer av jorda overføres til lett fordøyelige former, dannelsen av humus øker, og utviklingen av jordpatogener undertrykkes mikroorganismer. Dette fører til gjenoppretting av fruktbarheten til jordbruksland.
Landbruksteknologi og bruk:
Gjødselen produseres i konsentrert form og fortynnes med vann før bruk; forbruk fra 0,25 til 6 liter per 1 ha (avhengig av den dyrkede avlingen), pakket i beholdere fra 5 ml til 1, 4,5, 8, 200 og 1000 liter;
Bruken av BIOPLANT FLORA-gjødselen krever ikke endringer i eksisterende landbrukspraksis;
Plantebehandling utføres ved sprøyting (pollinering) av planter og bløtlegging av frø vandig løsning gjødsel "Bioplant Flora" avhengig av plantetype og gjødslingsperioden;
Gjødsel "Bioplant Flora" har fareklasse 4 (lavt farlig stoff);
Produsert av organisk substrat behandlet av bakterier. Inneholder vann, nanohumater, naturlige organiske syrer, mikronæringsstoffer i nanostørrelse Mg, Mn, Mo, Fe, Co, Zn, Si og naturlige biologisk aktive stoffer.
Ris. 8 – Kontroll av høsthvete til venstre, behandlet med Biolant Flora til høyre (agrofarm Niva Tatarstana)
Nedenfor er diagrammene økonomisk effektivitet påføring av gjødsel "Bioplant flora" i landbruket "Niva Tatarstan":
Ris. 9 - Effektiviteten av bruken av "Bioplant flora"
Ris. 10 - Kostnadsstruktur i produksjon av landbruksprodukter. produkter (på eksemplet med korn) 3
Konklusjon
Så langt kan ikke alle forklare hva nanoteknologi er, men det er klart for alle at fremgang i landbrukssektoren er umulig uten dem.
Professor Vyacheslav Fedorenko, direktør for Federal State Scientific Institution (FGNU) Rosinformagrotech, mener: «Forskning utført av våre forskere viser gode resultater. De gir oss muligheten til å si at nanoteknologi kan brukes bokstavelig talt i alle sektorer av landbruket, fra husdyrhold til produksjon av landbruksmaskiner."
I utlandet brukes nanoteknologi for å forbedre kvaliteten på pakkede matvarer. Spredning av nanopartikler i den nummererte matrisen av modifiserte leirelag øker holdbarheten til emballerte produkter.
En analyse av de utviklede nanoteknologiske prosessene og nanomaterialene viste at hovedområdene for deres anvendelse i planteproduksjon er bruken av nanopreparater kombinert med bacteriorhodopsin, som gir en økning i motstand mot ugunstige værforhold og en økning i avling (1,5-2 ganger på gjennomsnitt) av nesten alle matvarer (poteter), korn, grønnsaker, frukt og bær) og tekniske (bomull, lin) avlinger. Nanoteknologi brukes i etterhøstingsbehandling av solsikke, tobakk og poteter, lagring av epler i kontrollerte miljøer og ozonisering av luften.
Gitt den spesielle betydningen av nanoteknologisk forskning, deres innvirkning på utviklingen av nåværende og fremtidig landbruk i Russland, behovet for å øke investeringene i prioriterte områder for modernisering av landbruksproduksjonen, er det nødvendig:
1) Utvikle en avdelingsstrategi for organisering av forskningsarbeid, primært fokusert på de viktigste vitenskapelige og tekniske målene, som muliggjør rasjonell fordeling av ressurser og raskt oppnå målene for utvikling av landbruksproduksjonen.
2) Organisere samhandling og samarbeid med en rekke sentre og laboratorier, ulike organisasjoner og institusjoner, og fremfor alt med organisasjonen "Nanoindustri" og dens regionale sentre.
3) Opprette et spesialisert forskningssenter i landbrukssektoren for koordinering og informasjonsstøtte forskning på nanoteknologi, nanomaterialer brukt i landbruket.
4) Revurdere personellopplæringssystemet, under hensyntagen til implementering av prioriterte områder for utvikling av vitenskap og teknologi, inkludert nanoteknologi og nanomaterialer.
Forskere snakker ikke bare om de mulige fordelene ved å bruke nanoteknologi, men også om de mulige risikoene. Tross alt trenger nanopartikler lett gjennom huden, luftveiene, mage-tarmkanalen, interagerer med hverandre, og får dermed ukjente egenskaper. Derfor krever overgangen fra mikroteknologi til nanoteknologi spesiell grunnforskning.
^
Bibliografi:
V.G. Kaplunenko, N.V. Kosinov, A.N. Bovsunovsky "Planter og stoffer" // "Korn"// nr. 4 (april), 2008
I OG. Glazko "Retningslinjer for bruk av nanoteknologi i landbruket" // "Vegetables of Russia"// nr. 1-2, 2008
http://nanogro.ru/Dominanta_site/o_Nano-Gro
Vitamininnholdet øker i kumelk, smågrisene vokser raskere, og slaktekyllingen blir fetere. Denne effekten kommer av det siste fôrtilsetningsstoffet laget av Belgorod-forskere ved bruk av nanoteknologi.
Belgorod-forskere statlig universitet(BelSU) har utviklet et nanoteknologisk fôrtilsetningsstoff for husdyr. Som en av utviklerne, leder for Institutt for generell kjemi ved det hviterussiske statsuniversitetet, professor Alexander Vezentsev, sa, inkluderer det nanosorbenter basert på montmorillonittleire i Belgorod-regionen. Sorpsjonskapasiteten til disse sorbentene er 30-33 ganger høyere enn naturlig montmorillonitt, sier han. Dette forklares med at mineralet har blitt overført til en aktiv nanocluster-tilstand.
Hovedformålet med fôrtilsetningen er å absorbere og fjerne tunge og radioaktive metaller, nitrater, nitritter, plantevernmiddelrester, samt ulike mikroorganismer og deres giftstoffer fra dyrekroppen, lister Vezentsev.
Som forsøk på laboratoriedyr har vist, absorberer tilsetningsstoffet kobber, bly og andre tungmetallkationer 10-100 ganger mer effektivt enn aktivert karbon og fransk legemiddel"Smekta". Når innholdet i mage-tarmkanalen til dyret er 10 mg/l nikkel, skjer rensing med 100%, krom, bly, kvikksølv, kadmium - med 80-95%, og radioaktivt cesium - med 95-98%. I tillegg nøytraliserer tilsetningen patogener av dysenteri, Staphylococcus aureus og poliomyelittvirus med 98-99,99%, og absorberer patogene bakterier i tarmgruppen - salmonella, streptokokker, E. coli. Når man fôrer tilsetningsstoffet til dyr, reduseres også tiden for å fjerne andre patogene virus og bakterieceller fra kroppen.
I følge tester i gårdene i Belgorod-regionen forbedrer innføringen av et tilsetningsstoff i kostholdet til diegivende kyr kvaliteten på melk - det øker innholdet av laktose med 5%, karoten med 17% og vitamin A med 27%, mens surheten i melk synker med 6-8 %.
Ved fôring av tilsetningsstoffet til kyr er det også en reduksjon i konsentrasjonen av tungmetaller, nitrater og rester av organoklorplantemidler i melk - med 4-35%, og konsentrasjonen av radioaktive elementer - med 3-3,8 ganger, bemerker dekanen ved fakultetet for veterinærmedisin ved Belgorod State Agricultural Academy, professor Nikolai Musienko.
Hos purker som får stoffet under drektighet, avtar manifestasjonen av toksikose og antall friske nyfødte smågriser øker med 18 %, viste tester på den kollektive gården oppkalt etter. Frunze (Belgorod-regionen). Sikkerheten til smågris øker med 8-11%, og deres levende vekt er 20-25% høyere enn vekten til sine kolleger fra purker som ikke mottok tillegget. Ved ytterligere oppfetting med bruk av nano-tilsetningsstoffer øker økningen i levendevekt hos smågriser med 13-44 %, fôrkostnadene reduseres med 36-38 %, og oppfedingens varighet reduseres med 1,5 måneder.
Som eksperimenter har vist på fjørfefarmene til Belgorod-landbruksbedriften "BEZRK-Belgrankorm", bidrar bruken av tilsetningsstoffet til å øke den levende vekten til fjørfe med 15-18% og øker sikkerheten med 7-11%.
Hos eggbedrifter, under påvirkning av nano-tilsetningsstoffer, øker innholdet av kalsium og fosfor i eggeskallet med 5-7 %, noe som gjør skallet mer holdbart.
Den økonomiske effekten av bruken av tilsetningsstoffet på grunn av økningen i sikkerhet, vektøkning, produktkvalitet, reduksjon av dødelighet, veksttid, fôrkostnader når 4-11 rubler. per 1 rubel av kostnader, sier Vezentsev. Nano-additivet har ikke giftige egenskaper, har ingen negativ effekt på blod og organer til dyr, legger han til. Fôringen endrer ikke syre-basebalansen i miljøet, og normaliserer tarmfunksjonen, og forhindrer forstyrrelser i mage-tarmkanalen hos husdyr. I tillegg forbedrer tilsetningsstoffet kvaliteten på granulert fôr ved å holde granulatene sammen og forhindre at de smuldrer og kaker.
Hovedområdene for bruk av nanoteknologi og nanomaterialer i landbruket er bioteknologi, først og fremst refererer det til genteknologi, produksjon og prosessering av landbruksprodukter, vannrensing, samt problemer med produktkvalitet og beskyttelse. miljø.
I motsetning til industri- og motortransportutslipp som forurenser atmosfæren, sprer utslippene fra mobile landbruksmaskiner seg, men ujevnt, til alle dyrkede områder. Samtidig kommer forurensninger inn i atmosfæren i en høyde på opptil 4 m fra jordnivået, noe som øker deres miljøfare.
Når det gjelder kvantitativt innhold og graden av negativ påvirkning på mennesker, flora og fauna, er gassutslipp fra mobilt utstyr i første rekke. De farligste er sot, benzapyren, nitrogenoksider, aldehyder, karbonmonoksid (II) og hydrokarboner. Graden av deres innvirkning på menneskekroppen avhenger av konsentrasjonen av skadelige forbindelser i atmosfæren, personens tilstand og hans individuelle egenskaper.
En av de første stedene i det totale toksisitetsnivået er okkupert av sot, siden for det første er utslippene betydelige (bestem økt røyk) og når 1% av drivstofforbruket etter vekt, og for det andre fungerer det som et reservoar av polysykliske aromatiske stoffer. hydrokarboner (PAH). ). Tilstedeværelsen av sot i avgassene (EG) fører til ubehagelige opplevelser, luftforurensning og dårlig sikt. Sotpartikler er svært spredt (diameter - 50 - 180 nm, vekt - ikke mer enn 10 ~ 10 mg), slik at de forblir i luften i lang tid, trenger inn i luftveiene og menneskelig spiserør. Beregninger viser at sotpartikler opp til 150 nm store kan være suspendert i luften i rundt åtte dager. Hvis relativt store sotpartikler på 2-10 mikron i størrelse lett skilles ut fra kroppen, blir små (50-200 nm store) liggende i lungene og forårsaker allergi.
Bytte ut karbon med elementer med en høyere spesifikk varme forbrenning lar deg få drivstoff med bedre energiegenskaper. Et spesielt sted er okkupert av arbeid innen utvikling av metallisk drivstoff, som er mye brukt i rakettmotorer.
USSR-forskeren S. Labinov foreslår konseptet med en ny forbrenningsmotor som kjører på fast metallbrensel. I denne motoren er strømforsyningssystemet kombinert med eksosanlegget. Drivstofftanken, utstyrt med en spesiell bevegelig ledeplate, er fylt med drivstoff basert på jernnanopulver. Forbrenning (oksidasjon) av drivstoffet skjer i forbrenningskamrene med dannelse av nesten rent nitrogen i avgassene, uten karbon og nitrogenoksider, hydrokarboner og sot, og de brente pulverpartiklene fanges opp ved hjelp av spesielle filtre eller magneter. Når pulveret brukes, beveger skilleveggen seg, og det brukte oksidpulveret mates inn i det resulterende volumet. Etter at alt pulveret er brukt opp, fjernes drivstofftanken enkelt fra bilen og sendes til regenerering, hvor under påvirkning høy temperatur oksider brytes ned til metall og oksygen. For å redusere oksider er det også mulig å blåse det brente pulveret med rent hydrogen.
Ifølge David Beach, leder for materialkjemigruppen ved Oak Ridge National Laboratory i Tennessee (USA), er metallisk brensel, som hydrogen, en kilde til ren energi. Men i motsetning til hydrogen, har metallisk brensel som jern eller aluminium en høyere spesifikk forbrenningsvarme. Slikt drivstoff kan lagres og transporteres ved omgivelsestemperatur og trykk og brukes effektivt i en motor uten de betydelige utgiftene til hydrogenbrenselceller.
Laboratorieteamet laget et drivstoffpulver med en metallpartikkeldiameter på omtrent 50 nm, som gir en forbrenningsprosess som ligner på bensin, men med frigjøring av nesten tre ganger mer energi enn i en moderne bensinmotor
Gasser fra metallbrensel, brukt i en gassturbinmotor eller Stirling-motor, er miljøvennlig: oksygen tas fra luften, og resultatet er nesten rent nitrogen. Mer den beste kilden av energi kan være bor, hvis nanopartikler kan skaffes til en rimelig pris.
Hovedproblemet med en metalldrevet motor er den ganske store vekten til drivstoffet, selv med tanke på dens større energikapasitet. En 33-liters drivstofftank fylt med jernpulver gir en bil tilsvarende 50 liter diesel eller bensin, men veier nesten tre ganger så mye. Samtidig forblir totalvekten til kjøretøyet og drivstoffet uendret, siden det brukte metallbrenselet ikke slippes ut i atmosfæren.
Bor og karbon er naboer i det periodiske systemet, begge grunnstoffene er ikke-metaller, forskjellene i størrelsen på deres atomer og ioner er små. Hovedkonsekvensen av denne likheten er den raske utviklingen av kjemien til borhydrider, som ifølge mange forskere til slutt kan bli en "ny organisk." Husk at ganske enkelt "organisk", organisk kjemi er i hovedsak kjemien til hydrokarboner og deres derivater.
Nanoteknologier i landbruket kan med hell brukes til optisk tolkning av protein-lipid-vitamin-klorofyllkomplekset i planteproduksjon, samt for å lage biokompatible materialer; restrukturering, raffinering og restaurering av vev; opprettelse av kunstig vev og sensorer (molekylær-cellulær organisasjon) som ikke blir avvist av kroppen i dyrehold og for å redusere skadelige effekter traktorflåte for naturlige omgivelser. I dyrehold er nanotilsetningsstoffer mye brukt i tilberedning av fôr, der de gir en økning i dyreproduktiviteten med 1,5–3 ganger, og bidrar også til å øke deres motstandsdyktighet mot smittsomme sykdommer og stress. De nanostore partiklene av fôrtilsetningsstoffer gjør det ikke bare mulig å redusere forbruket betydelig, men også å sikre en mer fullstendig og effektiv assimilering av dyr.
Bruk av nanoteknologi for vannrensing og desinfeksjon er av stor betydning. Innføringen av membranrensesystemer, samt spesielle biocidbelegg og materialer basert på sølv, bidrar til å forenkle og forbedre kvaliteten på husdyrhold, og gi dem drikkevann av høy kvalitet.
Ikke mindre presserende er problemet med å gi menneskeheten en tilstrekkelig mengde drikker vann. Reserver av ferskvann egnet for bruk er bare 3%, hvorav bare 1% forbrukes av verdens befolkning. For tiden har 1,1 milliarder mennesker ikke mulighet til å bruke rent ferskvann. Tatt i betraktning dagens vannforbruk, befolkningsvekst og industriell utvikling vil to tredjedeler av verdens befolkning innen 2050 mangle brukbart ferskvann.
Det bør forventes at nanoteknologi vil gi en løsning på dette problemet gjennom bruk av blant annet et rimelig desentralisert vannrensing og avsaltingssystem, molekylært nivå og neste generasjons filtreringssystemer.
nanoteknologi konstruksjon medisin membran
Sereda Alina
Arbeidet er viet nanoteknologi i landbruket.
Nedlasting:
Forhåndsvisning:
For å bruke forhåndsvisningen av presentasjoner, opprett en Google-konto (konto) og logg på: https://accounts.google.com
Bildetekster:
Nanoteknologi i landbruket Arbeidet ble utarbeidet av en elev i klasse 11 "D" MBOU Buturlinovskaya ungdomsskole Sereda Alina Veileder: Abramova Tamara Ivanovna
Hvert år skjer det flere og flere endringer i verden. Temperaturen øker, den økologiske situasjonen forverres - alt dette og mye mer har en negativ innvirkning på utviklingen av landbruket. En alvorlig trussel er mykotoksiner som infiserer avlinger. Nanoteknologi kommer til unnsetning, hvis muligheter forbløffer og inspirerer til håp om en skyfri fremtid. Med bruk av nanoteknologi ble det mulig å løse problemer i landbruket og spesielt med mykotoksiner.
Nanoteknologi er et nytt område innen vitenskap og teknologi som har vært aktivt i utvikling de siste tiårene. Nanoteknologi innebærer opprettelse og bruk av materialer, enheter og tekniske systemer, hvis funksjon bestemmes av nanostrukturen, det vil si dens ordnede fragmenter som varierer i størrelse fra 1 til 100 nanometer
Problemet med spredning av mykotoksiner dukker opp med jevne mellomrom i mange land i verden. Mykotoksiner i seg selv er en type sopp som truer livet til levende organismer. Dyr infisert med en slik sopp er mer utsatt for ulike sykdommer og infeksjoner enn andre, deres reproduktive funksjon reduseres, ernæring forstyrres. Planter mister næringsverdien, holdbarheten reduseres, og mange infiserte avlinger blir uegnet til konsum. Dette er langt fra alle problemene, hvis løsning er svært viktig og viktig for alle land.
Landbruk produserer mer enn 12% av brutto samfunnsprodukt og mer enn 15% av Russlands nasjonalinntekt, og konsentrerer 15,7% av produksjonsanleggsmidler. Prestasjoner innen vitenskap og teknologi gjør det mulig å øke effektiviteten av landbruksproduksjonen kraftig, utvide produksjonsområdene og så videre. Derfor hovedretningen videre utvikling landbruk - dens allsidige intensivering.
I dag brukes nanomaterialer og nanoteknologi i nesten alle områder av landbruket: planteproduksjon, husdyrhold, fjørfeoppdrett, fiskeoppdrett, veterinærmedisin, prosessindustri, produksjon av landbruksmaskiner osv. ugunstige værforhold og en økning i avlingen på nesten all mat (poteter, frokostblandinger, grønnsaker, frukt og bær) og industrielle (bomull, lin) avlinger. Effekten her oppnås på grunn av en mer aktiv penetrasjon av mikroelementer i planten på grunn av nanopartikkelstørrelsen og deres nøytrale status.
Ifølge forskere vil bruken av nanoteknologi i landbruket (ved dyrking av korn, grønnsaker, planter og dyr) og i matproduksjon (under prosessering og pakking) føre til fødselen av en helt ny klasse matprodukter - "nanoprodukter", som vil til slutt tvinge genmodifiserte produkter ut av markedet
Anvendelse av nanoelektroteknologi i avlingsproduksjon Biologisk aktive jernnanopartikler kan bidra til å øke utbyttet av enkelte avlinger med 10 til 40 %.
Anvendelse av nanoteknologi i grønnsaksdyrking Overvåking av de utviklede nanoteknologiske prosessene og nanomaterialene bekrefter at bruk av nanopreparater i grønnsaksdyrking gir økt motstand mot ugunstige værforhold og økt utbytte av ferdige produkter. For nesten alle industri- og matvekster - poteter, grønnsaker, frukt og bær, bomull og lin, økte avkastningsindikatorene med 1,5-2 ganger.
Ultrafiolett stråling (UVR) i avlingsproduksjon er den minst studerte delen av spektralområdet til optisk stråling. For å øke utbyttet og kvaliteten på drivhusprodukter er det reserver som ennå ikke har blitt utbredt, men som kan brukes til å løse hovedproblemene ved produksjon av drivhusavlinger. UVR brukes til avlsformål og i frøbehandling før såing. Anvendelse av nanoteknologi i drivhusvekstproduksjon
Nanopartikler, på grunn av sin lille størrelse, beregnet i nanometer, trenger lett inn i dyre- og menneskeceller, litt vanskeligere - inn i planteceller på grunn av deres sterke, solide cellevegg. Forskerne bemerker at frøene til enkelte plantearter er i stand til å samle tungmetaller som barium eller bly. Det er kjent at noen partikler i nanostørrelse også vil trenge inn i frøskallet og påvirke deres spiring. Bruk av nanopartikler i frøspiring
Bruk av nanoteknologi ved lagring av frukt og grønnsaker Et eksempel på bruk av nanoteknologi ved lagring av frukt og grønnsaker er bestråling av planter med sammenhengende lys. Epler av to varianter - Antonovka ordinær og Sinap northern ble behandlet med kvasi-monokromatisk lys med høy og lav koherens. Svært koherent stråling med en spektral linjebredde på mindre enn 1 nm ble oppnådd ved bruk av en helium-neon-laser.
Bemerkelsesverdig er de teoretiske forutsetningene for å utvikle en metode for å rense jord fra nitratforbindelser, basert på effekten av UV-energi på et biologisk objekt - en plante og jord. For fullstendig reduksjon av nitrater til en assimilerbar form for nitrogen, kreves energikostnader på 575,6 kJ / mol Nanoteknologi i kampen mot nitrater
Nanoteknologi i fôrproduksjon Kursk Research Institute of Agro-Industrial Production har vist at frøbearbeiding og behandling av avlinger i jordingsperioden med et polymert biocid (BIOPAG) øker utbyttet av vårbygg, vårhvete og erter. Dette gjør det mulig å redusere kostnadene for fôr, og følgelig løse oppgaven med å utvikle melke- og kjøttfeavl.
Nanorørgjødselforskere ved University of Arkansas Little Rock Nanotechnology Center fant at å eksponere tomatfrø for en næringsløsning som inneholder karbon-nanorør, resulterte i raskere og kraftigere spiring. Forskere tror at nanorør av karbon kan være en oppdagelse for hele landbruket, og åpner æraen for en ny type gjødsel.
I planteproduksjon gir bruken av nanopreparater som mikrogjødsel en økning i motstand mot ugunstige værforhold og en økning i utbyttet av nesten all mat og industrielle avlinger. Effekten her oppnås på grunn av en mer aktiv penetrasjon av mikroelementer i planten på grunn av nanopartikkelstørrelsen og deres nøytrale status.
Nanoteknologer jobber hardt til fordel for landbruksutvikling. I tillegg til ovennevnte lager utviklere nye typer planter og organismer, gjødsel og forbindelser. Nanoteknologi utvikler seg og vil over tid endre livene våre radikalt.
Begrep "nanoteknologi" Det har eksistert i et år nå. Det er imidlertid ikke alle som forstår det. Så det antas at dette er fremtidens vitenskap, og det brukes på høyt spesialiserte områder. Men dette er mildt sagt ikke helt sant. For eksempel er nanoteknologi allerede aktivt brukt i landbruket.
Landbruket er ikke komplett uten spesialutstyr, og resultatene av bøndenes arbeid avhenger i stor grad av arbeidet. Derfor var det spesialutstyr som ble en av de første lederne av nanoteknologi i landbruket. Så, takket være behandlingen av deler med nanopartikler, øker ressursen til komponenter og sammenstillinger med 7-8 ganger.
For eksempel i gårder I Omsk-regionen behandles den mest sårbare delen av skurtreskeren, lansettpotene, med gullnanopartikler. Som et resultat har ressursen deres vokst fra 18 til 120 hektar per pote.
Nanoteknologi i grønnsaksdyrking
Eksperter har bevist det bruk av nanopreparater i planteproduksjonøker deres motstand mot ugunstige værforhold. I tillegg øker nanoteknologien betydelig utbytte av avlinger - for poteter, frokostblandinger, grønnsaker, frukt og bær, bomull og lin med 1,5-2 ganger.
En interessant teknologi ble utviklet av St. Petersburg Agrarian University. Nanogjødsel er innelukket i mikrokapsler av lett løselig voks. Som et resultat frigjøres næringsstoffer gradvis og jevnt. Dette lar deg ikke bare få maksimal nytte av gjødsel, men også for å minimere den kjemiske belastningen på jorda.
I 10 år har Ryazan Agricultural Academy drevet forskning på behandling av frø med nanogjødsel bestående av forskjellige metallpulver. Og de oppnådde suksess. Frøbearbeiding med en viss konsentrasjon av jern, kobolt og kobber (kun 3-5 mg per 1 ha avlinger) lønner seg mange ganger ved å øke avlingen.
Nanoteknologi blir allerede aktivt implementert i foredling etter høsting solsikke, tobakk og poteter, ved oppbevaring av epler i kontrollerte omgivelser, ozoniserer luften. Og nylig ble det gjort en veldig viktig oppdagelse i studiet av den biologiske rollen til silisium for levende organismer. Bruken av organiske silisium-biostimulerende midler i planteproduksjon gjør det mulig å øke kuldemotstanden, tåle varme og tørke, bidrar til å komme seg trygt ut av stressende værsituasjoner (frost tilbake, plutselige temperaturendringer, etc.), forbedrer plantens beskyttende funksjoner mot sykdommer og skadedyr.
Nanoteknologi i dyrehold
For tiden er nanoteknologi mest brukt i landbruket i veterinærmedisin, husdyrhold og fjørfehold. Bruken av dem øker produktiviteten, forbedrer produktkvaliteten og dyrevelferden.
For eksempel i Kaluga regionsenter«Nanobioteknologi» forsker på bruk av spesielle tilsetningsstoffer i fôr. Sammensetningen utviklet av spesialister bryter ikke arvelighetens genom, mikrofloraen i fordøyelseskanalen. Tvert imot er det en forbedring i assimileringen av mat, produktiviteten til dyr. I tillegg har nanoadditiver høye bakteriedrepende egenskaper.
Og russiske forskere implementerer også den miljøvennlige teknologien for elektrokonservering av ensilasjefôr. Dette gjøres i stedet for dyre organiske syrer som krever overholdelse av strenge sikkerhetstiltak. Denne nanoteknologien øker fôrsikkerheten med opptil 95 %. I husdyr- og fjørfehold gir dette en økning i produktiviteten med 1,5-3 ganger, motstand mot stress, og dødeligheten reduseres med 2 ganger.
Ved dannelse av et mikroklima i rom hvor dyr og fugler holdes, gjør bruk av nanoteknologi det mulig å erstatte det energikrevende til- og avtrekksventilasjonssystemet med elektrokjemisk luftrensing. Også nanoenheter kan implanteres i dyr. Dette automatiserer mange prosesser og gjør det mulig å overføre nødvendige data i sanntid.
Nanoteknologi i bearbeiding av landbruksprodukter
Mye brukt i dag membranfiltreringsteknologi. Bruk av membraner basert på nanomaterialer gir mulighet for høy rensing av vann, juice, melk og andre væsker.
Det er laget nanoelektroteknologi for kombinert tørking av korn. Et overskudd av fuktighetstrykk skapes i det oppvarmede kornet ved en temperatur under kokepunktet for vann. Som et resultat akselereres filtreringsoverføringen av fuktighet fra kornet til overflaten i en dråpevæsketilstand. Fuktighet fordampes fra overflaten av varm luft. Energiforbruket til korntørking reduseres med 1,3 ganger eller mer sammenlignet med tradisjonell konvektiv tørking. Frømikroskader reduseres til 6 %, såingsegenskapene deres forbedres med 5 %. For lavtemperatur slutttørking og desinfeksjon av korn brukes i tillegg ozon, noe som reduserer antall bakterier med 24 ganger og reduserer energikostnadene med 1,5 ganger.
Lovende søknad nanoteknologi og i bakeindustrien. I dag produseres omtrent 60 % av melet av korn av lav kvalitet. Dette gjenspeiles selvfølgelig i brødets mikrobiologiske parametere. Forskere fra Sibir klarte å lage en nanokompositt. Hans mindre introduksjon til oppskriften bakeriprodukt gjør det mer nyttig for forbrukeren.
