نانوحباب‌ها به دلیل ماهیت ذاتی خود به صورت طولانی‌مدت در آب معلق می‌مانند و موجب افزایش اکسیژن محلول در آب می‌شوند. با این کار ریشه تنفس بهتری داشته و همچنین مواد مغذی بهتر به گیاه منتقل میشود. نانوحباب‌ها از تشکیل فیلم‌های زیستی در سیستم آبیاری جلوگیری میکنند و از سوی دیگر با از بین بردن پاتوژن‌ها میزان مواد شیمیایی نظیر آفت‌کش‌ها را کم میکنند.
چگونه نانوحباب به سلامتی ریشه‌های گیاه کمک می‌کند؟
در طول فتوسنتز، برگ‌ها و سلول‌های بنیادی از انرژی خورشیدی برای ترکیب دی‌اکسید کربن (CO2) با آب جذب شده از طریق سلول‌های ریشه استفاده میکنند تا قند را به شکل گلوکز بسازند. این گلوکز برای بسیاری از فرآیندهای متابولیکی در تمام قسمت‌های گیاه از جمله تولید سلولز و نشاسته استفاده میشود. گلوکز همچنین منبع سوخت حیاتی برای تنفس ریشه است، فرآیندی که اساساً برعکس فتوسنتز است.
در تنفس، سلول‌های ریشه، گلوکز انتقال یافته از برگ‌ها را می‌سوزانند. گلوکز به انرژی سلولی (به نام آدنوزین تری فسفات یا ATP) تبدیل میشود که برای هدایت فرآیندهای متابولیکی، عمدتاً جذب آب و مواد مغذی استفاده میشود. بدون اکسیژن، تنفس صورت نمی‌گیرد. اکسیژن گیرنده نهایی الکترون در تنفس هوازی است که برای تبدیل گلوکز در ATP ضروری است.
اکسیژن عامل محدود کننده محصولات با کیفیت است.
مقدار اکسیژن موجود در سلول‌های ریشه برای افزایش سرعت رشد گیاه و محصول مفید است. بدون اکسیژن زیاد در دسترس، سلول‌های ریشه از نظر میزان قندی که می‌توانند بسوزانند و مقدار آب و مواد مغذی جذب شده محدود می‌شوند.
کاهش سرعت جذب آب و مواد مغذی گیاه به طور مستقیم نرخ رشد کلی و عملکرد و کیفیت میوه آن را محدود می‌کند. گیاهان ضعیف بیشتر مستعد ابتلا به بیماری هستند و در برابر عوامل استرس‌زای محیطی مانند گرما در ماه‌های گرمتر مقاومت کمتری دارند.
اکسیژن‌رسانی به ریشه یک روش معمول در گلخانه‌ها است. این کار در آب و هوای گرمتر بسیار مهم است زیرا در دماهای بالاتر آب اکسیژن محلول کمتری در خود نگه می‌دارد.
علاوه بر این، پرورش‌دهندگانی که از آب آبیاری، مجدد استفاده میکنند، باید کیفیت آب را پس از هر بار آبیاری بهبود بخشند. آب چاه و مخازن معمولاً فاقد اکسیژن کافی برای سلامت گیاه هستند. معمولاً برگ‌ها و دانه‌هایی که توسط باد به داخل مخازن آورده می‌شوند، فضولات پرندگان، عوامل بیماری‌زا و جلبک‌ها، منشاء اصلی ترکیبات آلی در مخازن و چاه‌ها هستند که این مواد نیاز بیوشیمیایی اکسیژن (BOD) را افزایش میدهد.
این بدان معناست که برای تجزیه کردن اجزای آلی موجود توسط میکروب‌ها، اکسیژن محلول بسیار بیشتری مورد نیاز است. روش‌های اکسیژن‌رسانی، کلیدی برای دستیابی به اکسیژن محلول قابل قبول و ارتقای ریشه‌های گیاهی سالم هستند.
علاوه بر این، یک مطالعه جدید در سال ۲۰۲۲ تأیید می‌کند که سطوح بالاتر اکسیژن خاک باعث افزایش فعالیت میکروب‌های مفید خاک، مانند کانی‌سازی خاک و تبدیل مواد مغذی میشود و در نتیجه عملکرد محصول، کارایی مصرف آب و حاصلخیزی خاک بالاتر می‌رود.
اکسیژن همچنین در کاهش و سرکوب بیماری‌ها حیاتی است. سطوح اکسیژن محلول بسیار بالا باعث رشد میکروب‌های مفید و سرکوب رشد پاتوژن‌های اکسیژن گریز مانند پیتیوم میشود.
اگر سطوح اکسیژن محلول در ناحیه ریشه کم باشد، می‌تواند بر مورفولوژی، متابولیسم و فیزیولوژی ریشه و گیاهان تأثیر بگذارد.
تا همین اواخر، پرورش دهندگان چند روش معمولی هوادهی آب را برای اکسیژن رسانی آب داشتند، با این حال، این روش ها عملکرد نسبتاً ضعیفی دارند. دیفیوزرها بازده انتقال اکسیژن ۱-۲% دارند.
فناوری نانو حباب
فناوری نانو حباب یک روش پایدار و مقرون به صرفه برای افزایش اکسیژن محلول در ناحیه ریشه به سطوح بهینه است. فناوری نانوحباب به تولیدکنندگان اجازه میدهد تا با منابع کمتر اکسیژن محلول را به طور موثر افزایش دهند.
نانوحباب‌ها همچنین یک راه اثبات‌شده و بدون مواد شیمیایی برای ضدعفونی کردن مؤثر آب و لوله‌های آبیاری است، و از بیماری ریشه جلوگیری میکنند. این مزایا باعث بهبود کیفیت آب، تقویت بنیه گیاه و کاهش وابستگی به مواد شیمیایی میشود.
در سطوح بالای اکسیژن، سلول‌های ریشه آب و مواد مغذی را به شکل کارآمدتری جذب میکنند. هنگامی که سلول‌های ریشه قادر به جذب حداکثر آب و مواد مغذی ممکن باشند، حداکثر رشد ریشه، رشد گیاه و عملکرد محصول حاصل میشود.
فناوری نانوحباب علاوه بر اکسیژن‌رسانی کارآمد، نانوحباب‌هایی را نیز تولید می‌کند که خواص شیمیایی و فیزیکی منحصربه‌فردی دارند. از طریق این ویژگی‌ها، نانوحباب‌ها پاتوژن‌های منتقل شده از آب و بیوفیلم را کاهش می‌دهند.
نانوحباب‌ها به‌طور خنثی شناور هستند، به این معنی که در مایعات شناور می‌شوند، به‌جای اینکه به سطح بالا بروند و مانند حباب‌های بزرگ‌تر ظاهر شوند. همانطور که آب آبیاری جریان دارد، نانوحباب‌ها به طور تصادفی و به طور مداوم در تمام قسمت‌های یک سیستم آبی از طریق حرکت براونی حرکت میکنند.
آن‌‌ها جذب سطوحی مانند دیوارهای لوله های آبیاری می‌شوند، جایی که بیوفیلم را می‌شویند و از این طریق مانع تشکیل بیوفیلم می‌شوند. بیوفیلم‌ها پاتوژن‌ها را در خود جای میدهد و لوله‌ها را مسدود میکنند.
کاهش بیوفیلم گسترش پاتوژن‌ها را محدود می‌کند و عمر سیستم‌های آبیاری را افزایش میدهد. همچنین، پرورش‌دهندگان کمتر به آفت‌کش‌ها نیاز پیدا میکنند.
بدون استفاده از مواد شیمیایی، نانوحباب‌ها همچنین سلول‌های باکتری را دچار مشکل میکنند و پاتوژن‌های منتقل شده از آب را اکسید میکنند. هنگامی که نانوحباب‌ها با آلاینده‌ها مواجه می‌شوند، فرو می ریزند و گونه‌های اکسیژن فعال (ROS) تولید می کنند. ROS اکسیدان‌های ملایم‌تری نسبت به پراکسید هیدروژن یا کلر هستند.
