د علي شعيب يكتب: النانوتكنولوجى وتطوير مبيدات الآفات

باحث مساعد بمعهد بحوث وقاية النباتات – مركز البحوث الزراعية

دكتوراه من جامعة تشجيانغ 2018 – الصين

تعتبر مبيدات الآفات أحد الاسباب الرئيسية لزيادة الانتاج الزراعى حول العالم خاصة مع بداية الثورة الخضراء منذ عام 1960 .تستخدم المبيدات الكيميائية فى مكافحة الافات الزراعية سواء مسببات الامراض النباتية مثل الفطريات والبكتريا او الآفات الحشرية والحيوانية وايضاً الحشائش الضارة التى تؤدى الى تدهور الإنتاج الزراعى فى الحقل، حيث أظهرت الاحصائيات ان الخسائر الناجمة عن الآفات تقدر بحوالى من 20 الى 40% من الإنتاج الزراعى على مستوى العالم.

وفقاً لقواعد بيانات منظمة الاغذية والزراعة FAOSTAT ارتفع الاستهلاك العالمى من مبيدات الآفات فى الفترة من 1996 الى 2016 بنسبة 46 % حيث أدى التزايد فى عدد السكان الى زيادة النشاط الزراعى وبالتالى زيادة الطلب على المبيدات هذا بالاضافة الى زيادة الطلب على مبيدات الصحة العامة ، وبالتالى وصل حجم استخدام مبيدات الآفات عام 2017 الى 4113591.25 طن مادة فعالة حسب احصائيات منظمة الاغذية والزراعة FAOSTAT.

على الرغم من أهمية المبيدات الكيميائية فى مكافحة الافات إلا أن الاستخدام المكثف والعشوائي للمبيدات أدى الى ظهور العديد من المشاكل البيئية مثل التأثيرات الضارة على صحة الانسان والحيوان ، القضاء على الحشرات النافعة ، مقاومة الحشرات للمبيدات ، تراكم المبيدات فى عناصر البيئة المختلفة سواء التربة اوالمنتجات الغذائية… الخ.

فى الأونة الاخيرة إكتسبت مبيدات الافات الطبيعية والنصف مصنعة إهتماماً كبيراً كبديل واعد للمبيدات التقليدية ولكن لسوء الحظ يوجد بعض العيوب فى هذه المبيدات تحد من استخدامها على نطاق واسع مثل عدم فاعليتها العالية وسرعة تحطمها تحت الظروف البيئية المختلفة.

بسبب هذه المخاوف البيئية والمشاكل المرتبطة بتطبيق مبيدات الافات الطبيعية والنصف مصنعة أصبح من الضروري البحث عن أنواع جديدة من تجهيزات المبيدات الحديثة تستطيع ان تلبى الاحتياجات المطلوبة من الكفاءة العالية فى مكافحة الافات لفترة طويلة والحد من تاثيراتها الضارة على البيئة خاصة ان معدل التطور فى الحصول على مواد فعالة جديدة يسير ببطئ شديد بسبب القيود المفروضة من المنظمات الدولية مثل وكالة حماية البيئة الامريكية ومنظمة الاغذية والزراعة والمنظات الاخرى.

فى الأونة الاخيرة تم استخدام النانوتكنولوجى للتغلب على المشاكل المرتبطة بتطبيق المبيدات من خلال تحضيرأنواع جديدة من تجهيزات المبيدات يطلق عليها  تجهيزات المبيدات  النانومترية Nanopesticide formulations   والتى تعتمد على استخدام  نظم النقل النانومترية لتحضيرتجهزات مبيدات متحكم في انفرادها. من أمثلة هذه التجهيزات الجديد polymeric nanocapsules, polymeric nanospheres, micelle, and nanogel….etc.

تستطتيع تجهيزات المبيدات النانومترية التغلب على المشاكل المرتبطة بتطبيق المبيدات على سبيل المثال:

1. تستطيع النانوكبسول Polymeric nanocapsules زيادة صمود المبيدات الطبيعية والنصف مصنعة ضد التحطم الضوئي فى البيئة وذلك من خلال عزل المادة الفعالة عن اشعة الشمس وخاصة اشعة UV مما يسمح ببقاء المبيد لفترة طويلة على سطح النباتات وبالتالى حمايتها لفترة اطول مما يقلل من تطبيق المبيدات.
2. تستطتيع تجهيزات النانوكبسول التقليل من التأثيرات الضارة للمبيدات على الحشرات النافعة لعدم تعرضها مباشرة للمادة الفعالة.
3. التغلب على مشكلة عدم ذوبان المواد الفعالة فى المحاليل المائية.
4. زيادة فاعلية المبيدات بصورة جوهرية مقارنة بتجهيزات المبيدات التقليدية مما يسمح بالتغلب على مقاومة الحشرات للمبيدات وتقليل كمية المبيدات المستخدمة عن طريق تقليل التركيز مما يؤدى فى النهاية الى تقليل التكلفة الاقتصادية وتقليل التلوث البيئي.
5. تقليل حجم تجهيزات المبيدات مما يساهم فى تقليل التلوث البيئي.

فى الاونة الاخيرة ازداد اهتمام الباحثين بمعهد بحوث وقاية النباتات التابع لمركز البحوث الزراعية فى استخدام النانوتكنولوجى كأحد العلوم الحديثة فى حل المشاكل المرتبطة بمجال ميبدات الآفات، على سبيل المثال تناولت أحد الابحاث الدولية المنشورة لصاحب هذا المقال فى مجلة RSC Advanc  التابعة للجمعية الملكية للكيماء Royal Society of Chemistry تحت عنوان

Preparation and characterization of emamectin benzoate nanoformulations based on colloidal delivery systems and use in controlling Plutella xylostella (L.) (Lepidoptera: Plutellidae)

تحضير 3 تجهيزات نانومترية مختلفة لمبيد الايمامكتين بنزوات وهو مبيد حشري نصف مصنع تابع لمجموعة أفيرميكتن، حيث تم تحميل المادة الفعالة على نوعين مختلفين من النانوسلكا هم النانوسلكا العادية Silicon dioxide nanoparticles (SNPs) و النانوسلكا المسامية ثلاثية الابعادMesoporous nanosilica (MCM-48) والتجهيزة الاخيره تم تحضيرها بطريقة Polymeric nanocapsules (PNC) وذلك بهدف زيادة صمود المبيد ضد التحطم الضوئي ،التحكم فى عملية اطلاق المبيد من التجهيزات النانومترية وايضاً زيادة فاعليتها. أظهرت نتائج هذه الدراسة مدي فاعلية التجهيزات النانومترية فى زيادة فاعلية المبيد بصورة جوهرية مقارنة بالمادة الفعالة منفردة، هذا بالاضافة الى زيادة صمود المادة الفعالة ضد الاشعة فوق البنفسجية والتحكم فى معدل انفراد المادة الفعالة بصورة جوهرية.

من خلال هذا النوع من الدراسات يمكن القول أن تجهيزات المبيدات النانومترية يمكن أن تحسن من صمود مبيدات الافات الطبيعية والنصف مصنعة ضد التحطم الضوئي وبالتالى زيادة قدرتها على حماية المحاصيل الزراعية لفترة طويلة هذا بالاضافة الى زيادة فاعليتها وبالتالى التغلب على مقاومة الحشرات للمبيدات مما يؤدى فى النهاية الى تقليل الجرعة المستخدمة وتقليل عدد مرات الاستخدام مقارنة بتجهيزات المبيدات التقليدية.

على الرغم من النتائج المبشرة لتجهزيات المبيدات النانومترية فى تحسين خواص المبيدات وزيادة فاعليتها الا انها تحتاج الى دراسات مستفيضة تحت الظروف المعملية والحقلية وذلك لفهم سلوكها فى البيئة ، مثل دراسة فترة ما قبل الحصاد  (PHI )Pre-harvest interval  على المحاصيل  تحت الظروف البيئية المختلفة ، دراسة وحساب الجرعة اليومية المقبولة acceptable daily intake ، maximum residue limits (MRL) والحدود القصوى المسموح بها على النبات فى الثمار…. الخ.

بسبب المحاذير والاشتراطات البيئية والقيود المفروضة على الاستخدام التجارى للمبيدات بصفة عامة من قبل المنظمات الدولية مثل وكالة حمايه البيئة الامريكية، منظمة الصحة العالمية ومنظمة الاغذية والزراعة ما زال الوقت مبكرا لاستخدادم هذا النوع من التجهيزات النانومترية على نطاق واسع قبل استيفاء الدراسات التكسوكولوجية والبيئية المطلوبة لضمان سلامتها على الانسان والبيئة.

من الجدير بالذكر أن إستخدام النانوتكنولوجى فى مجال الزراعة بصفة عامة وتطوير مبيدات الآفات بصفة خاصة ما زال فى مهده على مستوى العالم ولذلك هناك فرصة ذهبية للتوسع فى إجراء الابحاث فى هذا المجال حتى نلحق بركاب الدول المتقدمة وبناء التكنولوجيا الوطنية لتطوير الصناعة المحلية وسد الفجوة التكنولوجية.