ABD Sayım Bürosuna göre dünya nüfusunun şu anda yaklaşık 7.8 milyar olduğu, geçen yıla göre nüfusun yüzde 0.9 büyüdüğü belirlendi. Dünya çapında saniyede beklenen doğum sayısı 4.3 olarak bildirilirken ölüm sayısı 2 olarak açıklandı. Yani dünya nüfusunun artmaya devam etmesi beklenmektedir.

Dünya nüfusunun artması, buna bağlı olarak tarım alanlarının azalması ve kuraklık gibi küresel sorunlar göz önünde bulundurulursa, gıda sıkıntısı yaşayacağımız günlerin çok da uzakta olmadığı görülmektedir. Saç telimizin kalınlığından (100 um) bile yüz bin kat daha küçük boyutlardaki malzemeler gıda sorununu çözmede yardımcı olabilir mi?

Gıda kaynağı olan tarımsal uygulamalarda verimi en yüksek seviyede tutmak amacıyla; mineral alımı artırılmış, kuraklığa ve zararlı böceklere karşı dayanıklı ürünler elde etme ihtiyacı ortaya çıkmıştır. Özellikle Hindistan gibi çok kalabalık ülkelerde sürekli artan besin ihtiyacını karşılamak için biyoteknolojik ve nanoteknolojik çözümler umut vadetmektedir.

Nanoteknoloji, maddenin çok küçük boyutlarda işlenmesidir. Nano boyutlu malzemeler, geniş yüzey alanı, katyon değişim kapasitesi, adsorpsiyon gibi eşsiz özellikler sergilerler. Bitkilerin hastalıklara ve bitkilere zarar veren canlılara karşı dirençlendirilmesi, bitkinin gübrelenmesiyle ihtiyaç duyduğu besinlere ulaşması ve bitkinin içinde bulunduğu toprağın nem ve su oranı gibi önemli özelliklerinin belirlenmesi ile nanoteknoloji, tarımsal uygulamalarda çiftçilerin yardımına koşabilir.

Haydi bu nanoteknolojik uygulamalara yakından bakalım.

Bitkiye zarar veren canlılar, patojenler, etkisiz hale getirilerek, bitki hastalıklarının tedavisi ve kontrol altına alınmasında nanoparçacıklar kullanılabilir. Gümüş, karbon ve silika elementlerinden elde edilen nanoparçacıkların patojenler karşısında etkili olduğu bilinmektedir. Özellikle gümüş nanoparçacıkların biyolojik sistemlerle uyumlu olduğu bilinmektedir. Gümüş nanoparçacıklar bir kapsül içinde toprağa konulabilir. Bu kapsül zamanla bozularak içindeki gümüş nanoparçacıkları toprağa bırakır. Bunun sonucunda, bazı patojenler etkisiz hale gelirken bitki hastalıkları da engellenmiş olur.

Bir diğer uygulama ise nanogübrelerin ve nanopestisitlerin kullanılmasıdır. Gübreler, toprağın olmadığı zamanlarda ya da toprak veriminin düşük olduğu durumlarda bitkilere besin sağlarlar. Gübre, doğrudan bitki büyümesini ve verimi etkiler. Fakat kimyasal gübreler çevremiz için ve kendi sağlığımız için çok güvenli bir uygulama değildir. Çünkü gübreleme nedeniyle oluşan toksik bileşikler toprağın yapısını ciddi şekilde bozmaktadır. Nanogübreler kullanılarak daha az miktarlar kullanılarak daha etkili gübreleme yapılabilir. Nanogübreler, ince film tabaka ile kaplanarak kontrollü bir gübre salınımı elde edilebilir. Kontrollü ve yavaş bir gübre salınımı sayesinde besin içeriği yüksek tarım ürünleri elde edilebilir. Aynı zamanda, çok daha az oranda gübre kullanımı gerçekleştiği için maliyet açısından da düşüş söz konusu olabilir.

Gübrelerde olduğu gibi pestisit olarak adlandırılan böcek ilaçları da toprak için iyi değildir. Ayrıca pestisitler, bitkinin besin değerlerini de düşürür. Belli bir bitki zararlısını, örneğin bir böcek türünü hedef alarak üretilen nanopestisitler, toprakta bulunan yararlı böcekleri öldürmeden ve toprağın yapısına zarar vermeden, besin değeri yüksek tarım ürünlerinin elde edilmesinde kullanılabilir.

Bitkinin büyümesi büyük oranda bulunduğu iklim koşullarına bağlıdır. Nanosensörler kullanılarak patojenler tespit edilebileceği gibi toprağın verimi ölçülebilir ve iklim koşulları takip edilebilir. Elde edilen verilere göre bitkinin ihtiyaçları göz önünde bulundurularak bitkinin kaliteli yetişmesine katkı sağlanabilir. Özellikle kuraklık, son yılların en önemli sorunlarından biridir. Nanotüpler yardımıyla yağmur suyunu uzun süre toprakta tutarak, bitkinin kuraklıktan minimum derecede etkilenmesi sağlanabilir.

Nanoyapılar kullanarak bitki zararlılarına karşı etkili yaklaşımlar, gübre ve pestisitlerin salınım miktarı ve zamanının kontrol edilmesi, nanosensörlerle tespit edilen iklim koşullarına göre daha verimli, daha sağlıklı tarım ürünleri elde edilmesi gibi çiftçilerin en temel endişeleriyle ilişkili olan çözüm odaklı çalışmalar güvenilir gıda sorunuyla karşı karşıya kalan dünyamıza fayda sağlayabilir.