کشاورزی هسته ای

مقدمه

انرژي هسته اي ازجمله انرژي هايي است كه كاربرد زيادي درسطح جهان دارد. درحال حاضر، ظرفيت نيروگاههاي هسته اي جهان بيش از350هزارمگاوات است كه ژيش بيني مي شودتاسال 2020به 359هزارمگا وات برسد.انرژي هسته اي داراي مزايايي است كه كاربردآن راافزايش مي دهد.

تكنيكهاي هسته اي درجوارسايرروشهاي كلاسيك مي توانند به عنوان يك وسيله كمكي درحل مؤثروسريع بسياري ازمسائل كشاورزي مورد بهره برداري قرارگيرند.

از انرژي هسته اي درحوزه كشاورزي وصنايع غذايي استفاده هاي بسيارفراواني صورت مي گيرد.موارداستفاده دراين بخش عبارت است از: جلوگيري ازجوانه زدن محصولات غذايي – كنترل وازبين بردن حشرات – به تأخيرانداختن زمان رسيدن محصولات – افزايش زمان نگهداري – كاهش ميزان آلودگي ميكروبي – ازبين بردن ويروسهاي گياهي وغذايي – طرح باردهي وجهش گياهاني چون گندم ، برنج و پنبه. فناوري هسته اي براي پژوهشهاي كشاورزي به عنوان يك ابزار محسوب مي شود. ودرحال حاضر كشورهاي مختلف ازاين فناوري بهره مي برند. دراين كشورها ازطريق پرتودهي به موادغذايي وسالم سازي اصلاح ژنتيكي گياهان، عقيم سازي آفات گياهي ومواردمشابه مي پردازند.

درحال حاضربا افزايش جمعيت درجهان امنيت غذايي به يكي ازچالش هاي امروزه تبديل شده است كه هرچه بيشتر اهميت كشاورزي راآشكار مي كندواستقلال سياسي واقتصادي هركشورمتضمن دست يابي به خودكفايي درمورد موادغذايي آن كشوراست ، كشاورزي امروزه باحيات ملت هاسروكارداردوتوسعه كشاورزي ازاركان توسعه اقتصادي مي باشد كه سرمايه گذاري كشورهاي مختلف دراين حوزه بيانگر اين اهميت است.جايگاه كشاورزي دردنياي امروزيه جايگاه مشخص وبارزي است . كشوري كه ازلحاظ كشاورزي وتوليدات كشاورزي جايگاه مناسبي داشته باشد دربسياري ازجنبه ها مي تواندموفق باشد ويكي ازراه هاي استقلال هركشوري، استقلال دركشاورزي ومحصولات كشاورزي وامنيت غذايي است.

درحال حاضرجمعيت دنيا درحال افزايش است ودرمجموع بايدمنابع غذايي زيادتري توليدكرد كه بتواندبشرراتغذيه كند.هم اكنون دردنيا تلاش هاي بسيارومطالعات زيادي دربخش كشاورزي ودرجهت توسعه آن برداشته مي شود. استفاده ازعلوم وتكنولو‍ژي هاي مختلف دراين حوزه همواره باعث افزايش بهره بري وتوسعه آن شده است .بيوتكنولو‍ژي ،نانوتكنولوژي ،شيمي ومكانيك وبرخي ديگرازعلوم وفناوريها به كمك كشاورزي آمده ودرپيشرفت وتوسعه آن تأثيرگذاربوده اند. پيشرفت وتوسعه اي كه به رشد وتوسعه اقتصادي خواهدانجاميد .امروزه فناوري هسته اي نيزيكي ازتأثيرگذارترين تكنولوژي ها دراين بخش مي باشد. ازجمله مهم ترين مصارف صلح آميزهسته اي دربخش كشاورزي شامل كليه مراحل كاشت ، داشت وبرداشت محصولات كشاورزي است كه كارآمدي اين فناوري يادشده ، گاه مستقيم وگاه غيرمستقيم است كه ازآن بانام كشاورزي هسته اي نام مي برند.

ضرورت انرژي هسته اي

جمعيت درحال رشد جهان به مقادير متنابهي ازانرژي نيازداردتا:

- آب آشاميدني تهيه كند.

- انرژي كارخانه ها،منازل وحمل ونقل راتأمين نمايد.

- اززيرساخت هاي لازم براي تأمين تغذيه ، آموزش وبهداشت حمايت كند.

برآورده كردن اين نيازها مستلزم تأمين انرژي ازتمام منابع آن است . اما«تركيب»انرژي جهان بايدبه دور ازاستفاده عنان گسيخته ازسوخت هاي فسيلي، به سرعت توسعه يابد.

كاهش مصرف سوخت هاي فسيلي ، محيط زيست ومنابع غيرقابل جايگزين رابراي نسل هاي آينده حفظ مي كند.

بنابراين نيروي هسته اي ازآن نظر يك فناوري «توسعه پايدار» است كه:

- سوخت آن تاقرن هادردسترس خواهدبود.

- سابقه بي خطربودن آن برترازسايرمنابع عمده انرژي است.

- مصرف آن هيچ آلودگي واقعي ايجادنمي كند.

- استفاده ازآن ، منابع با ارزش سوخت هاي فسيلي رابراي نسل هاي ديگرحفظ مي كند.

- هزينه هاي مربوط به آن قابل رقابت وهمچنان درحال كاهش اشت.

- پسماندهاي آن رامي توان براي مدت زيادي بدون خطركنترل كرد.

طبق آمارسازمان ملل درآينده نزديك ونه چندان دور اكثركشورهاي درحال توسعه باكمبود آب روبه روخواهند بود. افزايش جمعيت انسانها ، افزايش دماي زمين ، آلودگي منابع آبي وبسياري ازديگرعوامل همه وهمه باعث كمبودمنابع آبي شده كه دراين ميان بخش كشاورزي صدمات جبران ناپذيري خواهدبود.

به عنوان مثال آب زمين هاي كشاورزي تبخيرشده وموادمعدني رابه جاي مي گذارد.به طوري پيش بيني مي شود تاسال 2020ميلادي 20درصد زمين هاي كشاورزي جهان شور خواهند بودو تا سال2050اين رقم به 50 درصد خواهدرسيد.باتوجه به اينكه ايران درشرايط طبيعت نيمه خشك باتوزيع نامناسب زماني ومكاني ريزش هاي جوي ومحدودبودن منابع طبيعي آب درجغرافياي گسترده اش قراردارد، براي جلوگيري ازصدمات جبران ناپذيربه بخش كشاورزي بايدبه سمت وسوي فناوري هاي مدرن دراين حوزه رفت.

براساس آمارهاي ارائه شده توسط فائو تنها11درصدازكل زمين هاي موجود دردنيا براي كشاورزي مناسب است .گزارش هاي يونسكوحكايت ازآن دارد كه ايران با داشتن 24ميليون هكتاراراضي شور درميان كشورهاي آسيا وآفريقا مقام سوم ودركل دنيا مقام پنجم راداراست . ازجمله مهمترين عوامل محدود كننده كشاورزي در مناطق كويري ايران مي توان به كمبودآب ، پراكندگي نامناسب بارندگي ، وجودخاك هاي شوروسطوح بالاي آبهاي زيرزميني شور، خاكهاي شوروقليايي شده ، كمبودموادآلي وموادغذايي درخاك اشاره كرد. باتوجه به اين كه تقريباً 90درصد سرزمين ايران خشك ونيمه خشك است ، ميزان ذخايرآبهاي شيرين كشورمحدودكننده مي باشد. بادرنظرگرفتن رشد روزافزون جمعيت ونيازبه توليد موادغذايي وبهره برداري ازاراضي ومنابع شورگامي مهم دربهبود وضعيت توليد واقتصادي ، اجتماعي درمناطق كوير به شمار مي رود . تكنيك هاي هسته اي امروزه تاجايي پيشرفته است كه مي تواند نقش قابل ملاحظه اي دراين حوزه ايفاكند.

كاربرد انرژي هسته اي دركشاورزي

تكنيك هاي هسته اي دركنارسايرروش هاي شيميايي كه دركشاورزي استفاده مي شود ابزاري براي بهبود سطح كشاورزي است، امروزه ازعلوم وفنون هسته اي دركشاورزي به عنوان يك وسيله كمكي دركنارساير روش هاي كلاسيك استفاده مي شود .اولين پايه هاي تحقيقات كشاورزي هسته اي درايران درسال1356گذاشته شد.وبه تدريج وبا جذب نيروهاي متخصص اين رشته توسعه يافت وازكشورهايي كه كاربرد راديوايزوتوپها رابراي اولين باردركشاورزي تجربه كردند،ژاپن وآلمان بودكه درحال حاضردراين بخش پيشروهستند،كشورهايي مثل هند، پاكستان وچين درآسياخيلي زودترازمافعاليت هايشان رادراين خصوص شروع كردند.ايران به خاطرمواجه شدن با انقلاب اسلامي وسپس جنگ نتوانست فعاليت هاي خودرادرمقطعي توسعه دهد. ايران درزمينه فعاليت هاي كشاورزي درمقايسه باكشورهاي هندوپاكستان ، هماننددونده اي است كه باموانع بيشتري براي رسيدن به جايگاه مطلوب مواجه بود.،لذادرمقطعي حركت اش بسياركندشد. درحال حاضرسه مركزمجزادرپاكستان به كشاورزي هسته اي مي پردازند درحالي كه درايران درطي سي سال گذشته ، فقط يك مركز(كرج) وجوددارد. به كارگيري موادهسته اي درتحقيقات كشاورزي امكان رديابي دقيقتررشدونمويا(تغذيه وفيزيولوژي گياهان) رابه ما مي دهد. مشاهده گرديده است كه بااستفاده ازانرژي هسته اي ،پاكستان وهندبرروي پنبه كاركرده اند ورقمي رابه نام (نياب78) توليدكرده اند كه درحال حاضرپاكستان دراين زمينه به مرز صادرات رسيده است. همچنين برنج رقم(زفو) بيش ازيك ميليون هكتاراززمين هاي زيركشت برنج درچين رابه خوداختصاص داده است..سال گذشته ايران توانست به دورقم برنج به نامهاي «پويا وتابش» براي اولين باردركشوركه ازروش موتانت (جهش يافته ) بدست آمده اند، دست پيداكند، اين ارقام ازگروه طارم وموسي طارم ودرگروه برنج صدري هستند كه درمقايسه بانمونه هاي شاهد(قبلي ) ديگرمشكل بلندي قامت وعدم مقاومت دربرابرآفات راندارند.

كشاورزي هسته اي هيچ ارتباط خاصي بانقولات اورانيوم ، غني سازي ، سانتريفوژ، بازفرآوري وغيره ندارد، بلكه هرنوع فعاليت كشاورزي كه درآن به نوعي ازايزوتوپ وراديوايزوتوپ ، مستقيم ياغيرمستقيم استفاده كند، زيرمجموعه كشاورزي هسته اي محسوب مي شود.

دانستن اين كه بسياري ازمردم كشورمان درنواحي كويري نه تنها ازدستاوردهاي اين رشته ازفناوري هسته اي درمزارعشان استفاده مي كنند ، بلكه ازاين محصول برداشت وتوليد مي نمايندمايه بسي خرسندي است. گندم طبسي ياهمان گندم اتمي يكي ازبهترين گندم ها4براي مناطق خشك وشورايران است ، اين گندم كه درابتدا مشكل بلندي قدداشت ، بذرآن درمركز تحقيقات كشاورزي هسته اي موردبررسي واصلاح قرارگرفت. به كارگيري بذراين گندم دربعضي ازنقاط كشور، مثل طبس تا70درصدافزايش توليد به همراه داشت.

ولي براي يكسري ازمحصولات به ويژه محصولاتي كه ازجاهاي ديگرواردكشورما شدند،مانند محصولات مهمي مثل سيب زميني ، ذرت ،آفتابگردان ، گوجه فرنگي اين گونه نحصولات تنوع ژنتيكي زيادي درايران ندارند، ولي مابراي اينكه تركيب ژنتيكي مناسب باشرايط كشورخودمان رابوجودبياوريم وبه زارع بدهيم كه بكارد وافزايش توليد وافزايش محصول به دست بياورد براي اين كارنيازمند آن هستيم كه منابع ژنتيكي ياازجاهاي ديگرواردكنيم يااينكه بااستفاده ازتكنيك هاي غيرمعمول استفاده كنيم تابتوانيم تنوع ژنتيكي مناسبي ايجاد تا ازاين تنوع ، تركيبات مناسبي تهيه كنيم ازجمله اين تكنيك ها ، تكنيك هسته اي است كه بسياركاربرددارد. 

تحقيقات نشان داده است كه اين انرژي درايجادمقاومت نحصولات كشاورزي دربرابرحشرات مضر، افزايش نيتروژن وفسفات خاك توسط گياهان ، مديريت داشت كشاورزي درزمينهاي خاكي وافزايش كارايي چرخه هاي نيتروژن وكربن درزمين نتايج مثبتي داشته است.

به طوركلي تكنيك هاي هسته اي درعلوم مختلف كشاورزي وگياه شناسي را مي توان به سه گروه اصلي تقسيم كرد:

الف) تكنيك هاي پرتوتابي: پرتوهاي يون ساز، ازايزوتوپ هاي راديواكتيو، دستگاه اشعه ايكس، رآكتوروشتاب دهنده ها توليد مي شوند ودرتحقيقات كشاورزي ازآنها درزمينه هاي مختلف من جمله درايجاد موتاسيون (جهش) درگياهان ، كنترل حشرات ازطريق عقيم كردن آنها، مبارزه باآفات انباري ونگهداري فرآورده هاي كشاورزي ، توليد واكسن ازپارازيت هاي تضعيف شده توسط تشعشع ، تحريك ميزان رشد گياه وبسياري مواردديگراستفاده مي شود.

ب) تكنيك رديابي:مبناي تكنيك هاي رديابي براين اساس پايه گذاري شده است كه اكثرعناصرشيميايي داراي ايزوتوپ هاي مختلف مي باشند. اين ايزوتوپ ها ازلحاظ خواص شيميايي يكسان ولي ازلحاظ وزن هسته بايكديگر متفاوت هستند. به همين علت هسته بعضي ازاين ايزوتوپ هاناپايداربوده وسعي دارندتاازطريق برقراري تعادل درتعدادنوترون هسته ، به مرحله پايداري برسندودراين جريان ازخود پرتوهاي آلفا، بتا ياگاماساطع مي كنند.رديابي ايزوتوپهاي ساطع كننده پرتوويابه اصطلاح راديواكتيو مانند32- ويا رديابي ايزوتوپ هاي پايدارمانندنيتروژن15- ازطريق اندازه گيري نسبت ايزوتوپي باعنصرمعمولي به راحتي وبادقت بسياربالا امكان پذيراست . چون دراين روش برخلاف روشهاي كلاسيك، امكان تفكيك بين منابع مختلف عنصرغذايي وجوددارد(خاك،كوديانيتروژن اتمسفري ) ، بنابراين مي توان ازطريق رديابي عنصرنشان دارشده تمام مسائل مربوط به حركت وتجمع كودمصرف شده رادرخاك وهمچنين جذب ، حركت وتجمع آن رادرگياه بادقت بررسي كرد.نشانداركردن سموم ونيزبررسي دقيق مسائلي مانند جذب ، تعيين زمان پايداري سم درگياه ، غلظت وتعداد دفعات سم پاشي لازم وپسماند آن درگياه وخاك نيزامكان پذيراست . علاوه براين تكنيك رديابي تنها روشي است كه به كمك آن مي توان مسائل بسايرديگري رادرشرايط طبيعي مزرعه ياآزمايشگاه موردبررسي قرارداد. مانند تعيين حوزه فعاليت ريشه ، تعيين شعاع فعاليت آفات ، تثبيت بيولوژيك نيتروژن هوا توسط گياهان ، مسائل مربوط به تغذيه گياه دررابطه بارطوبت خاك ، قابلت جذب عناصرمختلف توسط ريشه ، مسائل مربوط به متابوليسم موادغذايي دردام وطيوروسايرموارد.

ج)تكنيك تجزيه به روش اكتيوكردن: دراين روش نمونه گياهي ياحيواني دررآكتوردرمعرض تشعشع نوترون هاي حرارتي قرار مي گيرد وعناصر موجود درآن ، نوترون جذب كرده وراديواكتيومي شوند. دراين صورت تشخيص واندازه گيرير كمي عناصرموجود درنمونه ميسرمي گردد. ازآنجايي كه حساسيت اين تكنيك درمقايسه باسايرروش ها بسيارزياد است ،‌بنابراين عمدتاً ازاين روش براي تعيين مقادير بسيارجزئي ازعناصرموجوددربافت هاي گياهي وحيواني استفاده مي شود.

پرتودهي موادغذايي ، عبارت است ازقراردادن ماده غذايي درمقابل مقدارمشخصي ژرتوگاما، به منظورجلوگيري ازجوانه زني بعضي محصولات غذايي مانند پياز وسيب زميني و همچنين كنترل آفات انباري ، كاهش بارميكروبي وقارچي بعضي ازمحصولات مانند زعفران وادويه وتأخيردررسيدن بعضي ميوه ها به منظورافزايش زمان نگهداري آنها.... دربخش كودها مطالعات مربوط به تغذيه گياهي نيزازاين روش استفاده مي شود مانند نحوه جذب كودها وعناصر بااستفاده ازتكنيك پرتوتابي هسته اي مي توان تغييرات ژنتيكي موردنظر رابراي اصلاح محصول درتوده هاي گياهي به كاربرد. براي نمونه كشورپاكستان كه بيابان هاي وسيع وزمين هاي بايرفراواني دارد ، ازراه كشاورزي هسته اي ، ارقام پرمحصولي ازگياهان رادرهمين مناطق ژرورش داده است.

تكنيك هاي هسته اي درپيشگيري ، كنترل وتشخيص بيماريهاي دامي ، درتوليدمثل دام، درتغذيه دام، دراصلاح نژاددام ، دربهداشت وايمني محصولات دامي وخوراك دام نيزمؤثراست .

كاربردتكنيك هاي هسته اي درمديريت منابع آب يابهبود دسترسي به منابع آب جهان ، يكي اززمينه هاي بسيارمهم توسعه شناخته شده است. بيش ازيك ششم جمعيت جهان درمناطقي زندگي مي كنند كه دسترسي مناسب به آب آشاميدني بهداشتي ندارند.تكنيك هاي هسته اي براي شناسايي حوزه هاي آبخيز زيرزميني، هدايت آبهاي سطحي وزيرزميني ، كشف وكنترل آلودگي وكنترل نشت وايمني سدها به كار مي رود. ازاين تكنيك ها براي شيرين كردن آب شوروآب دريانيزاستفاده مي شود.

بررسي استفاده ازموتاژن فيزيكي پرتوي گاما درايجاد تنوع ژنتيكي درگياه برنج ، بررسي مقدماتي موتانتهاي خلص سويا، القاي موتاسيون درنارنگي به منظورتنوع ژنتيكي ، استفاده ازآب وخاك شوردركشاورزي پايدار، بررسي امكان ايجاد موتاسيون يابه كارگيري پرتوي گاما براي توليد لاينهاي زودرس ومقاوم به ريزش دركنجد، استفاده ازروش پرتودهي به منظورجلوگيري ازضايعات محصولات كشاورزي نيزازجمله اين روشها است.

پيش بيني شده است كه تاپايان برنامه چهارم توسعه 50درصدازحجم آلاينده هاي بخش كشاورزي ازطريق كاربرد انرژي هسته اي كاهش يابد.

كارآمدي فناوري هسته اي درحوزه كشاورزي گاه مستقيم وگاه غيرمستقيم است . استفاده ازفناوري هسته اي دربخش كشاورزي كاهش هزينه ها وافزايش توليد مي شود وارزش اقتصادي بالايي دارد.حتي بارونق اين روش روستائيان كمتر به سمت شهرها هجوم خواهند آورد، زيرادرآمدناشي ازاين روش درروستا نيازهاي زيستي آنان راتأمين خواهدكرد.

کاربرد تکنيک های هسته ای در علوم آب و خاک:

 

با گسترش فناوري هسته اي کاربرد ردياب هاي ايزوتوپي از جايگاه ويژه‌اي در علوم آب و خاک برخوردار گرديد. بايد توجه نمود که خواص فيزيکي هسته عناصر راديواکتيو تعيين کننده ارزش آنها به عنوان ردياب مي باشد.

استفاده از ردياب هاي شيميايي و ايزوتوپي در چهار دهه اخير به منظور منشاء يابي رسوبات، آب هاي زيرزميني، زير قشري، آب‌هاي سطحي، آلودگي‌ها و نيز ساير تحقيقات مديريتي در حوضه‌هاي آبخيز متداول گشته است. در اين طرح‌ها از مواد شيميايي و ايزوتوپي متعددي استفاده مي‌شود، ولي براي رديابي آبها عمدتاً از ايزوتوپ‌هاي مولكول آب استفاده مي‌شود. در سالهاي اخير از روش‌هاي رديابي براي مشخص كردن پارامترهاي فصلي و گذشته بيلان آب حوضه در مناطق اقليمي خشك و معتدل استفاده شده است.

براي بررسي مسير حرکت آب در محيطهاي متخلخل، ارزيابي سرعت جريان آب زيرزميني، تخمين ضريب نفوذپذيري لايه‌هاي آبدار، تعيين سن، منشاء و محل تغذيه آبهاي زيرزميني، ارتباط لايه‌هاي آبدار با يکديگر، ميزان اختلاط توده‌هاي مختلف آب زيرزميني، مطالعه حرکت آلوده کننده‌ها، تعبين آلوده کننده مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

روش استفاده از ايزوتوپ در تعيين ميزان فرسايش خاک گوياي اين واقعيت است که استفاده از تکنيک ايزوتوپي به سهولت و دقت قابل قبولي مي‌تواند ميزان فرسايش سطحي خاک را در يک شيب محاسبه نمايد. مطالعات انجام گرفته نشان داده است که سرعت و نحوه اندازه‌گيري فرسايش با استفاده از اين روش بسيار سريع و آسان مي‌باشد.

روش استفاده از اندازه‌گيريهاي سزيم¹³⁷ در برآورد فرسايش سطحي خاک روشي کمي و دقيق است که صرفنظر از ديدگاه‌هاي کيفي و تجربي از طريق اندازه‌گيري سزيم¹³⁷  در نمونه‌هاي خاک امکان برآورد شدت فرسايش خاک را در دوره‌هاي چندين ساله ميسر مي‌سازد.

براي بررسي مسير حرکت آب در محيطهاي متخلخل، ارزيابي سرعت جريان آب زيرزميني، تخمين ضريب نفوذپذيري لايه‌هاي آبدار، تعيين سن، منشاء و محل تغذيه آبهاي زيرزميني، ارتباط لايه‌هاي آبدار با يکديگر، ميزان اختلاط توده‌هاي مختلف آب زيرزميني، مطالعه حرکت آلوده کننده‌ها، تعبين آلوده کننده مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

روش استفاده از ايزوتوپ در تعيين ميزان فرسايش خاک گوياي اين واقعيت است که استفاده از تکنيک ايزوتوپي به سهولت و دقت قابل قبولي مي‌تواند ميزان فرسايش سطحي خاک را در يک شيب محاسبه نمايد. مطالعات انجام گرفته نشان داده است که سرعت و نحوه اندازه‌گيري فرسايش با استفاده از اين روش بسيار سريع و آسان مي‌باشد.

روش استفاده از اندازه‌گيريهاي سزيم¹³⁷ در برآورد فرسايش سطحي خاک روشي کمي و دقيق است که صرفنظر از ديدگاه‌هاي کيفي و تجربي از طريق اندازه‌گيري سزيم¹³⁷  در نمونه‌هاي خاک امکان برآورد شدت فرسايش خاک را در دوره‌هاي چندين ساله ميسر مي‌سازد.