Наноматериалы при эффективном использовании в пестицидах
Каждый год под посевы вносится почти 4 миллиона тонн пестицидов. Лишь небольшое количество — от 1% до 25% — достигает целевых организмов, в результате чего значительная часть выбрасывается в окружающую среду в качестве потенциальной опасности. Это происходит из-за многих факторов, таких как дрейф брызг, испарение, скатывание, дрейф пыли, выщелачивание и многое другое.
Cельскохозяйственные животные, пчелы, птицы, насекомые-опылители, также подвергаются негативному воздействию.
Неэффективная борьба с вредителями и болезнями растений из-за низкой эффективности использования обычных пестицидов может составлять от 20% до 40% глобальных потерь урожая, нанося экономический ущерб примерно в 220 миллиардов долларов в год. Эти потери в сочетании с глобальными изменениями климата, опустыниванием и усиливающейся деградацией земель — наряду с другими стрессами, вызванными глобальными изменениями, — вероятно, усугубят эти потери в ближайшие годы.
Решением этих проблем может стать материал, его толщина в 10 000 раз меньше, чем ширина одного человеческого волоса, — наноматериал.
«Наноматериалы обладают исключительной способностью инкапсулировать и доставлять пестицидные активные ингредиенты (ИИ) точно в цель, что позволяет повысить эффективность агрохимикатов», - сказал Денджун (Кевин) Ван, доцент кафедры водной химии в Школе рыболовства Колледжа сельского хозяйства.
Джендун Ван является автором статьи, опубликованной недавно в журнале Nature Nanotechnology, «Пестициды с наноактивными элементами для устойчивого сельского хозяйства и глобальной продовольственной безопасности».
«Благодаря своим небольшим размерам, большой площади поверхности наноматериалы могут выступать в качестве ноносителей для инкапсуляции пестицидных активных ингредиентов или ИИ», - сказал Ван. – «Инкапсулированные нанопестициды могут доставлять ИИ в зависимости от потребностей сельскохозяйственных культур и абиотических стрессов контролируемым, целенаправленным и синхронизированным образом. Это не только повысит эффективность использования нанопестицидов, но и сведет к минимуму потенциальные опасности, связанные с потерей ИИ для окружающей среды».
Анализ Вана и его соавторов показывает, что по сравнению с обычными пестицидами общая эффективность нанопестицидов против организмов-мишеней на 31,5% выше (314 исследований), включая повышение эффективности на 18,9% в полевых испытаниях (47 исследований). Токсичность нанопестицидов по отношению к нецелевым организмам на 43,1% ниже (59 исследований), что свидетельствует о снижении сопутствующего ущерба окружающей среде.
Преждевременная потеря ИИ до достижения целевых организмов (например, распыление и испарение) снижается на 41,4% в сочетании с уменьшением потенциала вымывания ИИ в почвах на 22,1%.
«Нанопестициды также дают другие преимущества, в том числе улучшенную адгезию к листьям, повышение урожайности, а также контролируемое высвобождение ИИ в быстро меняющемся климате», - сказал Ван. – «Эти преимущества, если их использовать, могут способствовать повышению урожайности сельскохозяйственных культур и, таким образом, способствовать устойчивому сельскому хозяйству и обеспечивать глобальную продовольственную безопасность».
Исследователи планируют провести полевые испытания нанопестицидов и запатентовать технологию их внесения.
