در کشاورزی دقیق با استفاده از رایانه‌ها، سیستم‌های ماهواره‌ای مکان‌یاب جهانی (GPS) و دستگاه‌های حسگر کنترل از راه دور، می‌توان در مورد کیفیت رشد محصولات کشاورزی، تشخیص دقیق طبیعت منطقه و مشکلات آن، تصمیم صحیح گرفت. همچنین می‌توان به گونه‌ای عمل کرد که این کار علاوه بر کاهش هزینه، به کاهش ضایعات کشاورزی کمک کرده و آلودگی محیط زیست را به حداقل برساند. کاهش ضایعات و افزایش ماندگاری محصولات کشاورزی و غذایی باعث می‌شود تا در زمان بروز حوادث، امنیت غذایی تا حد قابل قبولی حفظ شود. حسگرهای کوچک و سیستم‌های کنترل و پایش که با کمک فناوری نانو ساخته شده‌اند، می‌توانند تأثیر مهمی بر این شیوه جدید کشاورزی داشته باشند.
در کشورهای در حال توسعه تلاش می‌شود تا فراورده‌هایی مقاوم در برابر آفات و خشک‌سالی پرورش داده شود تا برداشت محصول به بالاترین میزان خود برسد و صنایع غذایی در راستای ارائه مواد خوراکی تازه‌تر و سالم‌تر حرکت کنند. در این مقاله به برخی از کاربردهای فناوری نانو در علوم کشاورزی و کشاورزی دقیق اشاره شده است. ورود نسل اول فناوری‌ها به عرصه کشاورزی، در چند دهه گذشته منجر به وقوع انقلاب سبز و گذر از کشاورزی سنتی به کشاورزی صنعتی گردیده است. در این دوره افزایش چشمگیری در کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی صورت گرفت که البته در کنار آن استفاده بی‌رویه از منابع مشکلاتی را نیز در پی داشت. اکنون با گذشت سال‌ها از وقوع انقلاب سبز و کاهش مجدد نسبت رشد تولیدات کشاورزی به جمعیت جهان، لزوم به‌کارگیری فناوری‌های جدید در صنعت کشاورزی بیش از هر زمان دیگری آشکار است.
کشاورزی دقیق
کشاورزی دقیق، چشم اندازی از کشاورزی آینده است که ماهواره‌ها، حسگرها (sensors)، نقشه‌ها و داده‌های حاصل از دور سنجی(Remote sensing) را به کمک کشاورز آورده و دقت عمل او را بالاتر می‌برد، البته ایده اصلی کشاورزی دقیق در سال ۱۹۲۰ قوت گرفت، ولی در حدود سال ۱۹۹۰ جنبه واقعی بیش‌تری پیدا کرد. کشاورزی دقیق به روشی از مدیریت محصول اطلاق می‌گردد که به‌وسیله آن، واحدهای مختلف از یک زمین زراعی با سطوح مختلفی از نهاده‌ها مدیریت می‌شود که این مدیریت بستگی به پتانسیل عملکرد محصول در منطقه مورد نظر دارد. فواید انجام این روش از کشاورزی عبارت است از:
۱- هزینه تولید محصول در منطقه مورد نظر کاهش می‌یابد.
۲- خطر آلودگی زیست‌محیطی به واسطه استفاده بهینه از کودها و مواد شیمیایی به حداقل می‌رسد.
کشاورزی دقیق یک سیستم مدیریت کشاورزی تکامل یافته است که شامل تعداد زیادی تکنولوژی است. این ابزارهای تکنولوژی، اغلب شامل سیستم موقعیت یاب جهانی، سیستم اطلاعات جغرافیایی، سیستم سنجش و کنترل بازده، تکنولوژی پخش متغیر و سنجش از راه دور (دورسنجی) است. کشاورزی دقیق ایده‌ای در سیستم زراعی است که شامل توسعه سیستم فنی مدیریت با محوریت دانش و با هدف اصلی بهینه‌سازی سود است. سیستم مدیریتی مذکور همان ایده مدیریت جزء به جزء مزرعه بوده و به بیان دیگر توانایی لازم جهت مدیریت هر یک از عملیات زراعی در مکان خاص خود در سطح مزرعه است، به شرطی که از نظر فنی و اقتصادی سودمند و باصرفه باشد. این سیستم شامل توانایی تغییر یا تعدیل در میزان به‌کاربردن نهاده‌ها و ورودی‌ها و عملیاتی چون عملیات شخم، مقدار بذر، مبارزه با علف هرز، کنترل آفات و بیماری‌ها، عملیات کاشت و آبیاری است.
هدف کشاورزی دقیق، جمع‌آوری و پردازش داده‌های مرتبط با تنوع ویژگی‌های خاک و شرایط متغیر تولید محصول، جهت افزایش بهره‌وری از نهاده‌های مصرفی در واحدهای کوچکی از زمین زراعی است. یکی از نقش‌های اصلی ابزارهای مبتنی بر فناوری‌نانو، افزایش استفاده از حسگرهای خودکاری است که برای کنترل بلادرنگ به دستگاه‌های GPS متصل می‌شوند. این نانوحسگرها می‌توانند در سراسر کشتزار پخش شده و شرایط خاک و رویش محصول را کنترل و تنظیم کنند. در حال حاضر از حسگرهای بی‌سیم در بخش‌های خاصی از آمریکا و استرالیا استفاده می‌شود. استفاده از این نوع شبکه‌های بی‌سیم تنها به مزارع مربوط نمی‌شود؛ به عنوان مثال مجله Forbes گزارش داده است که شرکت Honeywell (شرکت تحقیق و توسعه فناوری) برای کنترل فروشگاه‌های مواد خوراکی در مینسوتا نانوحسگرهایی را به کار گرفته است. استفاده از این فناوری، مغازه‌داران را قادر به تشخیص مواد غذایی تاریخ گذشته می‌کند.
پیش‌بینی می‌شود بازار جهانی حسگرهای بی‌سیم در آینده نزدیک به بیش از ده میلیارد دلار برسد. اجتماع فناوری‌های نانو و بیو در حسگرها، ابزاری را خواهد ساخت که قادر به عکس‌العمل سریع در مقابل تغییرات محیطی باشند. به‌عنوان مثال، با به‌کارگیری نانولوله‌ها یا نانوحامل‌ها می‌توان نانوحسگرهایی ساخت که آن‌قدر کوچک هستند که می‌توانند اندازه یک پروتئین و یا حتی مولکول‌های کوچک‌تر را محاسبه کنند یا می‌توان نانو سطوح یا نانو ذره‌هایی ساخت که قادرند در مقابل آلوده‌کننده‌هایی مثل باکتری‌ها، سیگنال الکتریکی و شیمیایی تولید کنند. دیگر نانوحسگرها با واکنش‌های آنزیمی یا به کمک درخت‌سان‌هایی که به مواد شیمیایی و پروتئین‌های هدف متصل می‌شوند، کار می‌کنند. با به‌کارگیری حسگرهای هوشمند در این شیوه کشاورزی، می‌توان میزان تولید را بالا برد و به کشاورزان در تصمیم‌گیری بهتر کمک کرد.
فناوری نانو به عنوان یک فناوری بین رشته‌ای و پیشتاز در رفع مشکلات و کمبودها در بسیاری از عرصه‌های علمی و صنعتی، به خوبی جایگاه خود را در علوم کشاورزی و صنایع وابسته آن به اثبات رسانیده است. فناوری نانو کاربردهای وسیعی در همه مراحل تولید، فرآوری، نگهداری، بسته‌بندی و انتقال تولیدات کشاورزی دارد. فناوری‌نانو با کمک ابزارهای جدید، توانایی دگرگون سازی صنایع غذایی و کشاورزی را دارد و می‌تواند از این ابزارها برای تشخیص رفتارهای مولکولی بیماری‌ها، کشف سریع بیماری و افزایش توانایی گیاهان برای جذب مواد غذایی استفاده کند. همچنین در صنایع کشاورزی می‌توان از حسگرها و سیستم‌های رسانش هوشمند برای مبارزه با ویروس‌ها و پاتوژن‌های محصولات کشاورزی بهره جست. در آینده نزدیک با بهره‌گیری از کاتالیست‌های نانوساختار، افزایش کارایی آفت‌کش‌ها و علف‌کش‌ها، امکان کاهش حجم استفاده از این مواد را خواهیم داشت.
سیستم‌های رسانش هوشمند
در آینده می‌توان برای هوشمند کردن کشاورزی، از ابزارهای نانو مقیاس استفاده کرد. برای مثال این ابزارها می‌توانند در بحث سلامت گیاه و تشخیص زودهنگام بیماری حتی پیش از رؤیت کشاورز مورد استفاده قرار گیرند. شاید این ابزارها روزی قادر به واکنش صحیح در شرایط متفاوت بوده و عملکرد درمانی مناسبی ارائه دهند. این دسته از ابزارها می‌توانند در شرایطی کنترل شده، مواد شیمیایی را به بافت مورد نظر برسانند؛ درست به همان روشی که نانولوله‌ها در رسانش داروها در بدن انسان عمل می‌کنند. پیشرفت نانوداروها موجب می‌شود بتوانیم با دقتی بالا با انواع بیماری‌های حیوانات از قبیل سرطان مقابله کنیم و با رسانش هدفمند به بافت‌های مشخص، موفقیت را تا حدزیادی افزایش دهیم.
استفاده از فناوری نانو در بخش ماشین آلات کشاورزی با مقاومت ادوات در مقابل سائیدگی، خوردگی و گرد و غبار باعث افزایش عمر مفید آن‌ها می‌شود. صرف بی‌رویه آفت‌کش‌ها، محصولات کشاورزی را به منبع ذخیره سم تبدیل می‌کند. استفاده از داروهای هوشمند در ابعاد نانو، می‌تواند راه حل مناسبی باشد. این داروها که قابلیت حرکت در گیاه را دارند، در بسته‌هایی که حاوی نشانی خاص هستند، قرار می‌گیرند. مولکول‌های موجود در بسته‌ها باعث می‌شود که داروها فقط به میزان لازم و به بخشی از گیاه که مورد حمله عامل بیماری یا آفت قرار گرفته است، تحویل داده شود. دقت در ردیابی بافت هدف و میزان اندک اما موثر دارو باعث استفاده حداقل از سموم در کشاورزی و استفاده از نانو حسگرهای زیستی در سیستم‌های غذایی می‌شود که در صورت شروع فساد مواد غذایی می‌توانند هشدار دهند. استفاده از نانو فلزات برای انتقال ژن به گیاهان و جانوران، شناسایی و دفع حشرات، آفات و بیماری‌های گیاهی و دامی و افزایش راندمان تولید و… برخی از کاربردهای این فناوری است. همچنین بررسی مکانیسم مقاومت و افزایش مقاومت گیاه به بیماری‌های گیاهی و چگونگی خاموش شدن ژن‌ها و استفاده از نانو فناوری برای تنظیم روابط گیاه با میکروارگانیزم‌های محیطی و طولانی کردن عمر ادوات کشاورزی از سایر کاربردهای این فناوری است.
فناوری‌نانو در صنعت کشاورزی
تحقیقات دانشگاه Lehigh آمریکا نشان می‌دهد که نانو پودرها می‌توانند به عنوان ابزاری مناسب برای پاک‌سازی خاک‌های آلوده و آب‌های زیرزمینی مورد استفاده قرار گیرند. شاید مشکل هزار میلیارد دلاری آب‌های زیرزمینی آمریکا که دارای ۱۵۰ هزار مخزن زیرزمینی (این منابع در منطقه ممنوعه‌ای واقع شده‌اند که دارای ضایعات خطرناک است) و تعداد زیاد گورستان‌های زباله، معدن‌های ممنوعه و مناطق صنعتی هستند، با کمک این نانوذرات حل شود. نانوذرات آهن موجب اکسیده و درهم شکستگی ترکیبات آلوده‌کننده مانند تری‌کلرواتن، تتراکلرید کربن، دیوکسین‌ها و PCBها شده و آن‌ها را به ترکیبات کربنی با درجه سمیت بسیار پایین‌تر تبدیل می‌کند. تحقیقات دیگری در مرکز فناوری نانوبیولوژیکی و زیست محیطی (CBEN) نشان داده است که ذرات نانومقیاس اکسید آهن در پاک‌سازی آب‌های زیرزمینی از آرسنیک (چیزی که بر آب مصرفی بسیاری از کشورهای در حال توسعه تأثیر دارد و برای آن راه حلی کاراتر از این وجود ندارد) مؤثرتر هستند.
حسگرهای هوشمند و سیستم‌های حمل هوشمند که توسط فناوری نانو به دست‌آمده‌اند، ابزارهای توانمندی برای ردیابی و مبارزه با عوامل بیمارگر دامی و گیاهی هستند. کریستال‌های ساخته‌شده به ابعاد نانو، از دیگر دستاوردهای فناوری نانو محسوب می‌شوند که کارایی آفت‌کش‌ها را افزایش داده و منجر به کاربرد مقادیر (دزهای) کمتر این ترکیبات خطرناک برای محیط زیست و کاهش مصرف آفت-کش‌ها می‌شوند. اخیراً حسگرهایی طراحی و ساخته شده‌اند که در نواحی مختلف ماشین‌آلات کشاورزی مستقر شده و اطلاعات مربوط به نحوه کارکرد قطعات مختلف ماشین را به یک سامانه مرکزی در داخل ماشین ارسال می‌نمایند. بدین ترتیب قبل از بروز و پیشرفت تخریب، می‌توان از آن پیشگیری نموده و با هزینه‌های کم، تنظیم‌ها و تعمیرات لازم را انجام داد.
در ماشین‌آلات و ادوات کشاورزی هوشمند نسل جدید، انجام عملیات سم‌پاشی و کنترل ردیف‌های تیمار شده و نشده، تعیین دقیق مسیر حرکت ماشین‌آلات سم‌پاش، هدایت و تنظیم ماشین‌آلات مربوط به تهیه و آماده‌سازی بستر کشت، تنظیم صحیح دستگاه‌های سم‌پاش، کود‌پاش، بذرکار و نشاکار و نیز هدایت و تنظیم دقیق ادوات برداشت محصول، همگی به کمک حسگرهایی که محصول فناوری نانو و مهندسی دقیق (precision engineering) هستند، انجام می‌شود. در علوم پرورش دام، طیور و آبزیان نیز پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شده است. بخش اعظم این کاربردها، مربوط به واکسن‌ها و داروهای نسل جدید برای پیشگیری و درمان بیماری‌های دامی می‌باشد. به‌کمک نانوذرات هوشمند می‌توان داروها و نیز مواد غذایی یا تنظیمی مورد نیاز دام را با دقت بالایی، فقط به بافت‌ها و اندام‌های مورد نظر هدایت نمود و بدون این‌که سلول‌ها و بافت‌های دیگر از اثرات سوء آن‌ها متأثر شوند، فقط بافت‌های هدف را در معرض این مواد قرار داد (انتقال هوشمند).
این فرآورده‌ها تحول زیادی را در افزایش کارایی و نوع بهره‌برداری از اکوسیستم‌ها و واحدهای کشاورزی ایجاد نموده و باعث تعدیل در هزینه‌های تمام شده محصولات کشاورزی خواهد شد. در چنین بازاری، تنها کشورهایی قادر به رقابت و ارائه محصول خواهند بود که بتوانند محصولات فناوری نانو را برای به‌کارگیری در سیستم تولیدات کشاورزی خود، به قیمت مناسب فراهم نمایند. در غیر این‌صورت به‌دلایل ناشی از بازار رقابتی، امکان صادرات محصولات کشاورزی فراهم نبوده و حتی تولیدات داخلی نیز تحت الشعاع قیمت‌های جهانی قرار خواهد گرفت.
در سال‌های اخیر، فناوری زیستی و فناوری اطلاعات در حال همگرایی به سمت فناوری نانو بوده و در نهایت با همگرایی این سه فناوری، مرحله توسعه سریع نوآوری‌های مهم و تأثیرگذار از جمله در بخش کشاورزی شروع خواهد شد. در این مرحله شاهد حضور محصولات دستورزی شده اتمی خواهیم بود. در سال ۱۳۸۰، اولین حرکت منسجم در زمینه توسعه فناوری نانو در شاخه‌های علوم کشاورزی، توسط وزارت جهاد کشاورزی و با تشکیل کمیته فناوری نانو در سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی این وزارتخانه شروع گردید. با تشکیل این کمیته، تمام فعالیت‌های پژوهشی مرتبط با توسعه فناوری نانو در کشاورزی از تمام موسسات تحقیقاتی سازمان و نیز معاونت‌های اجرایی وزارت جهاد کشاورزی در این کمیته متمرکز گردید و تمام تلاش‌ها در جهت تعیین «اولویت‌های راهبردی این فناوری» در رسته کشاورزی به‌کار گرفته شد.
