آشنایی با کودهای شیشه ای و استفاده آنها در کشاورزی

الهام بهمنی 
  استاد دانشگاه، دانشگاه جامع علمی کابردی (فنآوران کشاورزی صدرا)
El.1390@yahoo.com

کیانوش زارع 
کارشناس گیاهپزشکی
kianoushzare1365@gmail.com

چکیده
کودهای شیمیایی برای تأمین مواد مغذی گیاهان و حاصلخیزی خاک ضروری هستند کودهای زراعی یکی ازمنابع اصلی آلودگی محیط زیست محسوب میشوند، اغلب کارایی خود را بعد از مدت کوتاهی به دلیل تلفات عناصر غذایی از طریق شستشو، انتشار گاز و خارج شدن از دسترس گیاه از دست میدهند. این مورد منجر به استفاده مجدد و مکرر و بیش ازحد از این کودها و همچنین ایجاد مسائل زیست محیطی مانند آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی، اسیدی شدن یا قلیایی شدن خاک و کاهش حاصلخیزی خاک میگردد مطالعات متعددی روی استراتژیها و فرمولها جهت تنظیم آزادسازی مواد مغذی و غلبه بر محدودیتهای کودهای معمولی انجام شده است. کودها را با موادی که نفوذپذیری کمی دارند برای رهاسازی کند مواد مغذی و افزایش کاراییپوشش دهی م یکنند. کودهای شیشه ای (Glass Fertilizers) نوعی از کودهای معدنی با رهش آهسته هستن د که از ترکیب مواد مغذی گیاهی در یک ماتریس شیشه ای ساخته میشوند. در این مطالعه ،روش سنتز کود شیشه ای، ارزیابی و نتایج حاصله توسط Tariq Labbilta و همکاران در سال 2022 آورده شده است. کودهای شیشه ای به عنوان یک فناوری نوین در تغذیه گیاهان، پتانسیل بالایی برای بهبود کارایی کود دهی و کاهش اثرات مضر زیست محیطی دارند. چالشهایی مانند نیاز به فناوری پیشرفته و تجهیزات خاص برای سنتز کود شیشه ای در ایران وجود دارد با توجه به چالشهای خاک و آب ،توسعه این کودها در صورت حمایت دولت و بخش خصوصی میتواند راه گشا باشد.

کلمات کلیدی: کود شیشه ای، مواد مغذی، فناوری نوین

مقدمه
کودهای طبیعی یا شیمیایی برای تأمین مواد مغذی گیاهان و حاصلخیزی خاک ضروری هستند. عناصر غذایی شامل هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، فسفر، پتاسیم، آهن، منگنز، روی، مس، بر، کلر، مولیبدن، کربن، گوگرد، منیزیم و کلسیم برای اکثرفرآیندهای فیزیولوژیکی مانند فتوسنتز و تنفس و سنتز بیومولکولهای کلیدی ازجمله اسیدهای نوکلئیک ،آنزیمها و پروتئینها در گیاهان ضروری است و همچنین بهطور قابل توجهی بر تعرق، تنظیم باز و بسته بودن روزنه ها ، راندمان مصرف آب و انتقال متابولیت تأثیر میگذارند. کودهای زراعی یکی از منابع اصلی آلودگی محیط زیست محسوب میشوند، زیرا ترکیبات شیمیایی آنها از خاک خارج شده و وارد اکوسیستم طبیعی میشوند. (Ait-El-Mokhtar et al.2022) علیرغم استفاده گسترده ازفرمولاسیون NPK که عمدتاً از نیتروژن، فسفر و پتاسیم تشکیل شده است، آنها اغلب کارایی خود را بعد از مدت کوتاهی به دلیل تلفات عناصر غذایی از طریق شستشو و انتشار گاز و خارج شدن از دسترس گیاه از دست میدهند. این مورد منجر به استفاده مجدد و مکرر و بی شازحد از این کودها و همچنین ایجاد مسائل زیست محیطی مانند آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی،اسیدی شدن یا قلیایی شدن خاک و کاهش حاصلخیزی خاک میگردد. (Bokhtiar, Sakurai 2005) مطالعات نشان داده استکه بیش از 30 درصد فسفر در رودخانه ها از رواناب کودهای کشاورزی حاصل م یشود. درحالیکه نیتروژن به طور قابل توجهی به اتروفیکاسیون آب و باعث کاهش کیفیت آب آشامیدنی میشود. (2Sayed et al.202) کودها معمولاً به صورت مایع، پودر یا گرانول به خاک اضافه میشوند ؛ و در همه ی این اشکال، معمولاً فرصتی برای آزاد کردن تمام مواد مغذی خود ندارند و به لایه های زیرین خاک نفوذ کرده و وارد سطح ایستابی )بالاترین تراز آب زیرزمینی( شده یا در اثر تبخیر وارد جو میشوند. حالت اول منجر به آلودگی منابع آبی و ایجاد پدیده هایی همچون شکوفایی جلبکی (algae bloom) میشود، درحالیکه حالت دوم باعث انتشارگازهای گلخانه ای از جمله اکسید نیتروژن (N2O) در جو م یشود. مشکل دیگر این است که در یکبار استفاده، مقدار زیادی ازمواد مغذی کودها به ریشه ی گیاهان نمیرسد، بنابراین کشاورزان مجبورند چندین بار کود دهی کنند تا اثر کامل را داشته باشند.
این کار نه تنها آلاینده های بیشتری را وارد محیطز یست میکند، بلکه به معنای کار اضافی و هزینه ی بیشتر برای کشاورزان است.(da Silva Soares et al 2025)

مطالعات متعددی روی استراتژیها و فرمولها جهت تنظیم آزادسازی مواد مغذی و غلبه بر محدودیتهای کودهای معمولی انجام شده است. کودها را با موادی که نفوذپذیری کمی دارند برای رهاسازی کند مواد مغذی و افزایش کارایی پوشش دهی میکنند . برای مثال ،برای کند جذب شدن نیتروژن از پوشش های پلیمری روی دانه های اوره برای جلوگیری از انحلال سریع استفاده میکنند . (2014 Lyu et al.2015) (Guan et al.) از اوره آلدئید با خواص هیدرولیتیک و مخلوط با هیدروژل ها نیز برای کاهش سرعت جذب نیتروژن استفاده شده است(Yamamoto et al.2016)
راندمان فسفر در کشاورزی بسیار کم و معمولاً بین 15 تا 30 درصد متغیر است. به همین دلیل تقاضا برای کودهای دارا ی فسفر بسیار بالا است، با توجه به دسترسی کم به منابع طبیعی فسفر، لذا لازم است که روی بهبود استفاده کارآمد از منابع کم در دسترس تمرکز فزایندهای انجام شود. از کودهای فسفات با پوشش پلیمری، به عنوان یک راه حل پیشنهادی استفاده شده است. بااین وجود، مطالعات نشان میدهد که این روش معمولاً در مدتی کمتر از یک ماه فسفر را آزاد میکند که با استانداردهای کودها با رهش کنترل شده بسیار فاصله دارد. برای رفع این مشکل، استفاده از موادی پیشرفته مانند نانو مواد، شبکه های پلیمری متقابل و موم پلی اولفین برای بهبود عملکرد این کودها توصی هشده است.(Salthammer et al.2021)

گروهی از دانشمندان برزیلی در سال 2017 کاهش قابل توجه 6/13 درصدی را درسطح مناطق مرتعی بین سالهای 1995و 2017 گزارش کردند که به دلیل تخریب زمینه ای حاصلخیز و منعکس کننده یک رابطه نامتناسب با رشد دام بود. عوامل مؤثردر کاهش سطح مناطق مرتعی عبارت اند از شیوع آفات و بیماریها، مدیریت نامناسب چرای گیاهان علوفه ای و تغذیه نشدن خاک بود برای استفاده بهینه ی اقتصادی مجدد از این مراتع حاصلخیزی خاک بسیار امری ضروری هست. (Landau et al. 2020) برای حل این مشکل کودهای شیشه ای ویژه ای را تولید کردند. آنها ابتدا شیشه ی اکسیدی محلول در آب حاوی مواد مغذی رایج کودها مانند فسفر، کلسیم و پتاسیم را ساختند. سپس این شیشه به ذراتی با اندازه ی 0٫۸5 تا 2 میلیمتر (برای مقایسه، دانه های شن معمولاً بین 0٫1 تا 2 میلیمتر قطر دارند) آسیاب شد. ای دهی اصلی این بود که این ذرات هنگام حل شدن در خاک مرطوب، به تدریج مواد مغذی را آزاد کنند. (IBGE.2017)
گروه تحقیقاتی در آزمایشهای گلخانه ای، قطعات چمن پالیسید (Palisade) را فقط یکبار با دانه های شیشه ای یا با کود مایع که حاوی مقادیر مشابه ی از همان مواد مغذی بود ،کود دهی کردند. این قطعه های چمن 45 روز پس از کود دهی برداشت شدند و سپس در چهار مرحله ی دیگر، هر 30 روز یکبار، مجدداً برداشت شدند تا اثر کود در بلندمدت بررسی شود .به چمن اجازه داده میشد تا بین برداشت ها دوباره رشد کند. هرچند هر دو نوع کود در ابتدا باعث افزایش رشد گیاه شدند، اما درنهایت، زمین هایی که با مهره های شیشه ای کود دهی شده بودند، حدود 70 درصد زیست توده بیشتری درمجموع پنج برداشت تولیدکردند .نکته ی مهم این است که این مهره ها هنگام حل شدن به طور ایمن جذب خاک شدند (Ait-El-Mokhtar et al.2022)

در آزمایشهای سم شناسی زیست محیطی که روی بذرهای کاهو و پیاز انجام شد، ذرات شیشه ای هیچ تأثیر منفی ای بر نرخ جوان هزنی یا سلامت سلولی در مقایسه با کودهای سنتی نشان ندادند. کودهای شیشه ای مزیت دیگری نیز داشتند این مهره ها ممکن است رشد گیاهان را از طریق هوادهی به ریشه هایشان نیز بهبود ببخشند. دانشمندان این ایده را از یک مطالعه‌ی پیشین الهام گرفتند که نشان داده بود ذرات شیشه ی بازیافتی از بطری ها میتوانند به اکسیژن رسانی به ریشه های گیاه کمک کرده وهمزمان رطوبت را در سطح بهینه حفظ کنند (Priac et al. 2017).
علاوه بر این، ترکیب کودهای شیشه ای را میتوان برای دستیابی به حلالیت کنترل شده در آب و آزادسازی تدریجی موادمغذی در طول زمان طراحی کرد به عنوان مثال، در سال 2009 Wacławskaو Szumera در سال 2014 نشان دادند که سرعت انحلال شیشه فسفات با افزایش غلظت 2SiO کاهش مییابد و کاهش ثابت تا 3 درصد مول و کاهش واضح تری بیش از ۴ مول نشان میدهد . مطالعات متعددی مزایای کودهای شیشه ای را نسبت به کودهای معمولی بررسی کرده اند. به عنوان مثال، کاربرد کودهای شیشه ای به طور قابل توجهی عملکرد گوجه فرنگی را در شرایط کشت باز و کشت گلخانه ای افزایش داده است.Labbiltae ) et al.2021)تامایو و همکاران در سال 2018 عملکرد گوجه فرنگی را با استفاده از کودهای شیشه ای در مقایسه با کودهای NPK معمولی افزایش داده است، بدون اینکه اثرات نامطلوبی بر کیفیت میوه داشته باشد .

درختان پرتقال با یک کود شیشه ای دارای عناصر غذایی شامل -P2O5 – Al2O3 – SiO2 – K2O – CaO – MgO – MnO 3Fe2O3 – ZnO – CuO – B2Oتیمار شدند. عملکرد و کیفیت میوه قابل مقایسه با تیمارهای NPK بود. علاوه بر این، کودهای شیشه ای نوین اثرات مثبتی بر سایر محصولات ازجمله گندم، ذرت و نخودفرنگی نشان داده است. (Torrisi et al.2013) تحقیقاتی جهت حلالیت کودهای شیشه ای در محلو لهای اسیدسیتریک برای پایین آوردن pH در نزدیکی ریشه های گیاه(ریزوسفر) انجام شده است و باعث جذب بهتر مواد مغذی و در این شرایط، محیط اسیدی باعث ترشح مواد مغذی از ماتریکس (Abou-Baker et al.2018).شیشه ای شده است
سیلیسیم دیاکسید 2SiO (دارای یک شبکه سه بعدی متصل به هم از واحدهای چهاروجهی)، یک لایه سیلیکاژل فرار میتوان دبر روی کود سطح شیشه ایجاد و به عنوان یک محافظ عمل کند و آزاد شدن سلیس و سایر مواد مغذی را کند میکند. اگرچه سلیس به طورمعمول به عنوان یک ماده غذایی اولیه طبقه بندی نم یشود، اما مقاومت گیاه را در برابر آفات، نماتدها و عوامل بیماریزا افزایش میدهد و در عینحال انعطاف پذیری را در برابر خشکی و تنش شوری بهبود میبخشد؛ و همچنین به جذب بهتر مواد غذایی، راندمان تعرق بالاتر و بهبود فتوسنتز کمک میکند. (Menegale et al.2015)

کودهای شیشه ای در تغذیه گیاهان
کودهای شیشه ای نوین راهکاری پایدار برای تغذیه گیاهان و حفاظت از محیط زیست و یک جایگزین برای کودهای معمولی در کشاورزی دقیق هست. کودهای شیشه ای (Glass Fertilizers) نوعی از کودهای معدنی با رهش آهسته هستند که از ترکیب مواد مغذی گیاهی در یک ماتریس شیشه ای ساخته میشوند. شیشه، حالت غیرتعاملی و غیر بلوری ماده، با ساختار آمورف منجمد یک مایع فوق سرد (SCL) با همان ترکیب تعریف میشود. این ساختار منحصربه فرد تطبیق پذیری استثنایی و قابلیت ترکیب با اکثر عناصر غذایی کم مصرف مانند بر، آهن، مولیبدن، مس، روی، زینک، منگنز و غیره و همچنین عناصر غذایی پرمصرف مانند فسفر، پتاسم، کلسیم، منیزیم به جز نیتروژن را امکانپذیر میکند. این سازگاری ترکیبی به کودهای شیشه ای اجازه میدهد تا بتواند نیازهای غذایی گونه های مختلف گیاهی را فراهم کرد. این کودها با آزادسازی تدریجی عناصر غذایی در خاک ،نیاز گیاهان را در مدت طولانی تر تأمین میکنند.

مکانیسم عملکرد کود شیشه ای
عناصر غذایی (مانند نیتروژن، فسفر، پتاسیم ،ریزمغذیها و حتی سیلیس) در یک شبکه شیشه ای (معمولاً بر پایه سیلیکات) به دام میافتند؛ و با تماس با رطوبت خاک، فعالیت میکروبی و اسیدهای آلی ریشه، شیشه به آرامی تجزیه شده و مواد مغذی ر ا
آزاد میکند. سرعت آزادسازی به ترکیب شیمیایی شیشه، دما،pH خاک و فعالیت بیولوژیکی بستگی دارد.(Labbilta et al.2022) در این مطالعه، روش سنتز یک کود شیشه ای چند جزئی محلول در آب را با شبکه فسفوسیلیکات که برای آزادسازی کنترل شده مواد مغذی ساخته شده است معرفی میگردد و همچنین این کود شیشه ای برای تعیین عملکرد زراعی و آلودگی زیست محیطی آن توسط آزمایش هایی نظیر ارزیابی نرخ انحلال مواد مغذی و اندازه دانه بندی و زمان غوطه وری در محلولهای بافر اسیدسیتریک/ سیترات مورد ارزیابی قرارگرفته است. علاوه بر این، آزمایشهای گلخانه ای برای بررسی آزادسازی مواد مغذی و تولید ماده خشک انجام شده است. ایمنی و سازگاری محیطی این کود از طریق آزمودن سمیت سلولی و باق یمانده سموم در
. (da Silva Soares et al 2025)گیاه مورد ارزیابی قرار گرفت

سنتز شیشه Tamayo و همکاران در سال 201۸ سنتز کودهای شیشه ای (کودهای سیلیکاتی) فرآیندی است که در آن مواد حاوی سیلیکون به شکل قابل جذب برای گیاهان تبدیل م یشوند. این کودها به بهبود سلامت گیاهان، افزایش مقاومت آنها در برابر بیماریها و شرایط محیطی نامساعد کمک م یکنند. در زیر مراحل اصلی سنتز کودهای شیشه ای آورده شده است:
1. تهیه مواد اولیه
انتخاب مواد اولیه غنی از سیلیکون مانند خاکستر پوسته گیاهی (مانند خاکستر پوسته برنج)، سنگهای سیلیکاتی (مانند بازالت یا دیوریت)، سیلیس (دیاکسید سیلیکون). مواد اولیه به صورت پودر نرم آسیاب میشوند تا سطح تماس آنها برای واکنشهای شیمیایی افزایش یابد.
2. مخلوط کردن مواد
مواد اولیه با ترکیبات دیگر مانند پتاسیم یا سدیم (برای کاهش نقطه ذوب)، کلسیم یا منیزیم (برای افزایش ارزش غذایی) مخلوط میشوند تا خواص کود بهبود یابد و در برخی موارد عناصر غذایی دیگر مانند فسفر یا نیتروژن نیز اضافه میشوند.
3. ذوب کردن (فرآیند ذوب)
مخلوط مواد در کوره با دمای بالا (معمولاً بین 1200 تا 1500 درجه سانتیگراد) حرارت داده میشود تا ذوب شود؛ و به مایع ویسکوز (شبیه شیشه) تبدیل میشوند. در این مرحله، سیلیکاتها به فرمهای قابل جذب برای گیاهان تبدیل میشوند.
۴. سرد کردن و جامدسازی
مایع مذاب در قالبهای مشخص ریخته میشود یا به آرامی سرد میشود تا به صورت بلوکهای شیشه ای جامد شود. دربرخی موارد، مایع مذاب به سرعت (با استفاده از آب یا هوا) سرد میشود تا به صورت گرانولهای ریز درآید.
5. خرد کردن و آسیاب کردن
بلوکهای شیشه ای به قطعات کوچ کتر خرد میشوند. قطعات خردشده به پودر نرم یا گرانولهایی با اندازه مناسب برای استفاده در کشاورزی آسیاب میشوند.
6. بسته بندی
کود شیشه ای در کیسه ها یا ظروف مناسب برای نگهداری و حمل ونقل بسته بندی میشود. برچسب هایی حاوی اطلاعات ترکیب شیمیایی و دستورالعمل استفاده روی بسته ها نصب میشود.
7. آزمودن و کنترل کیفیت
کود نهایی برای میزان سیلیکون قابل جذب، عدم وجود ناخالصی های مضر، تطابق با استانداردهای کشاورزی آزمایش میشود.
سرعت رهاسازی و مکانیسمهای حاکم بر آزادسازی مواد مغذی از کودهای شیشه ای تحت تأثیر فرآیند انحلال شیشه است که از طریق دو مسیر اصلی تبادل یونی و واکنشهای هیدرولیز رخ میدهد. واکنشهای تبادل یونی تحت تأثیر گسترش اجزای پیوند یونی در شبکه شیشه ای است .یو نهایی مانند + Mg 2+ ،Ca2+ ، Kو+ 2Zn ترجیحاً از طریق تبادل یونی با یون هیدرونیوم +H3O از محیط آبی آزاد میشوند. از سوی دیگر، هیدرولیز با تشکیل گروه های هیدروکسید پایانیSi–OH ،P–OH و B–OH و اکسیژنهای آزاد آغاز میشود که منجر به انحلال شبکه شیشه ای و تولید گونه های محلول در آب مانند سیلیسی کاسید 4H4SiO،اسیدفسفریک 4H3PO و اسیدبوریک 3H3BO میشود. از فرآیند خاموش کردن مواد مذاب برای ساختن نمونه های شیشه‌ای که شامل مواد اولیه کلسیمکربنات 3CaCO، پتاسیم کربنات 3K2CO، آمونیوم دی هیدروژن فسفات 4NH4H2PO، منیزیم اکسیدMgO ،روی اکسیدZnO ، اسیدبوریک 3H3BO و مساکسید CuO بود، استفاده شد. براساس پژوهشLabbilta و همکاران در سال2022 مراحلی برای سنتز کود شیشه ای و ارزیابی آن انجام گرفت، مواد به طور دقیق وزن، آسیاب و به طور کامل در ملاط عقیق مخلوط شدند. برای جلوگیری از فوم آمونیوم دی هیدروژن فسفات4NH4H2PO و برای حذف دی اکسید کربن، نیترات و آب از تجزیه اجزای اولیه، مواد به مدت 2 ساعت در دمای 200 درجه سانتیگراد و ۴ ساعت در دمای ۴50 درجه سانتیگراد و 2 ساعت در دمای ۸00 درجه سانتیگراد پخته شدند.شکل 1 این مراحل را علاوه بر مرحله ذوب نشان میدهد. (شکل 1)

شکل 1- پروفیل حرارتی که برای ساخت شیشه ها استفاده میشود.

مواد ذوب شده را از کوره خارج کرده و روی قالب کربنی ریختند تا در معرض هوا خنک شوند. تمام نمونه ها قبل از سردشدن تدریجی برای ۴ ساعت در دمای 10 درجه سانتیگراد کمتر از دمای اتاق انتقال و آنید شدند. ساختار شیشه با استفاده از طی فسنجی فروسرخ تبدیل فوریه و طیف سنجی رامان و برای تأیید ماهیت آمورف شیشه، آزمایش پراش اشعه ایکس، خواص حرارتی نمونه های شیشه با استفاده از یک آنالایزر حرارتی در دمای اتاق، چگالی شیشه با استفاده از تکنیک ارشمیدس با دیاتیل-اورتو-فتالات به عنوان مایع شناور ارزیابی شد. ارزیابی پایداری شیمیایی شیشه ها و سرعت رهاسازی مواد در حمام ترموستاتیک 25 درجه سانتیگراد pH اولیه محلول 5/6 برای دور های از 1 تا 35 روز ارزیابی شد.Labbilta et al.2022)) آزمون های ارزیابی کود شیشه ای و نتایج حاصله از آزمایش Labbilta و همکاران در سال 2022 در ادامه آورده شده است براساس پژوهشTariq Labbilta و همکاران در سال 2022 در مراکش برای ارزیابی تأثیر کودهای شیشه ای (GF)برعملکرد گندم، آزمایش گلدانی در گلخانه با میانگین دمای 5/25 درجه سانتیگراد میانگین رطوبت نسبی 5/6۸ درصد از 1۸ژانویه 2021 تا ۸ مه 2021 به طول انجامید. آزمایش با استفاده از کودهای شیشه ای با فرمولهای AGF2،AGF1 ،AGF0 وAGF3 در دو دوز و یک دوز توصیه شده از کود شیمیایی معمولی (NPK) در خاک مزرعه ای مورد ارزیابی قرار گرفت.

Tariq Labbilta و همکاران دانه های گندم (Triticum durum L. cv. Carioca) را با غوطه ور کردن به مدت 10 دقیقه در محلول هیپوکلریت سدیم 10 درصد و سپس پنج بار با آب مقطر استریل شستشو دادند، استریل کردند . جوانه زنی بذرها در ظروف پلاستیکی حاوی کاغذ صافی استریل با انکوباتور به مدت هفت روز د ر دمای 2۸ درجه سانتیگراد در تاریکی انجام شد. یک هفته پس از جوانهزنی بذور، گیاهچه ها در دو گروه گلدانهای پلاستیکی همراه با خاک جهت اعمال تیمارهای مختلف کاشته شدند.
در این آزمایش، 1۴ تیمار و هر تی مار 10 تکرار به صورت تصادفی درمجموع 1۴0 گلدان اعمال شد. مواد مغذی شیمیایی نیتروژن با افزودن نیترات آمونیوم انجام شد. آبیاری گلدان ها دو بار در هفته تا 75 درصد ظرفیت زراعی با آب مقطر انجام شد.

پس از گذشت چهار ماه از جوان هزنی (110 روز پس از کاشت)، بوته ها برداشت شدند و صفات رشد و عملکرد شامل ارتفاع
بوته، طول ریشه، سطح برگ، تعداد برگ، بلال، وزن خشک اندام هوایی و ریشه، وزن و تعداد دانه و وزن هزار دانه هدایت روزنه‌ای و کارایی فتوسنتزی اندازه گیری شد. اندازه گیری وزن خشک پس از نگهداری نمونه های گیاهی در 105 درجه سانتیگراد برای 2۴ ساعت ثبت شد .pH ،EC و بافت خاک (بر اساس پروتکل رابینسون) مواد مغذی نمونههای خاک برای هر تیمار قبل و بعداز آزمایش جمع آوری شد. تجزیه وت حلیل آماری داده ها با استفاده از نرم افزارSPSS به صورت میانگین بر اساس سه تا پنج تکراربا خطای استاندارد انجام دادند.(Labbilta et al.2022)

براساس پژوهش Tariq Labbilta و همکاران در سال 2022 الگوهای XRD همه نمونه ها از ماهیت آمورف آنها پشتیبانی میکنند، در الگوهای پراش اوج تیز وجود ندارد. تمام سطح شیشه ثابت و همگن بود (شکل 2). حبابهای کمی مشاهده شد وتمام شیشه های به دست آمده شفاف بودندAGF1،AGF0 و AGF2 بیرنگ بودند، درحالیکه AGF3 آبی بود. رنگ آبی شیشه فسفات AGF3 وجود یو نهای +2Cu را پیشنهاد میکند. ترکیبات تجزیه شده شیشه های مورد مطالعه برای همه شیشه ها،اختلافات کمی به دلیل خطاهای اندازه گیری و تبخیر در طول عملیات حرارتی بین ترکیبات اسمی و اندازه گیری شده وجود داشت.

شکل 2- الگوهای پراشXRD

براساس پژوهشTariq Labbilta و همکاران در سال 2022 با افزایش زمان شیشه ها نرخ انحلال فزاینده ای در آب مقطر را نشان دادند که با درصد کاهش وزن اندازه گیری میشود. افت نرخ انحلال اولیه و باقیمانده به دلیل اشباع تدریجی محلول استاین اشباع باعث میشود که سرعت انحلال شیشه به تدریج کاهش یابد تا زمانی که به مقدار نسبتاً ثابتی برسد. میل شیمیایی برای انحلال کاهش مییابد و به تعادل ترمودینامیکی نزدیک میشود. (شکل 3)
بالاترین سرعت انحلال در فرمول AGF0 و AGF3 )تنها دو روز به طول انجامید( یافت شد )شکل 3( ، درحالیکه کمترین سرعت انحلال در فرمو ل AGF2 یافت شد که شامل اکسید بور و به دنبال آن AGF1 بود با ادغام روی و بور در ماتریس شیشه ای، میزان تخریبAGF1 و AGF2 کاهش یافت. اکسید روی به عنوان یک اصلا ح کننده شیشه عمل میکند . هنگامیکه ZnOبه شبکه شیشه اضافه میشود تشکیل پیوند یونیP–O–Zn میدهد که باعث افزایش فشردگی و استحکام شبکه شیشه ای، پایداری ساختار شیمیایی و همچنین خواص حرارتی شیشه های فسفات میشود؛ اما با توجه به کم بودن مقدارZnO اضافه شده(با توجه به نیاز گندم) این افزایش دوام شیمیایی شیشه های فسفات چندان قابل توجه نبود.(Labbilta et al.2022)

شکل 3-نمودار سرعت انحلال کودهای شیشه ای

براساس پژوهشTariq Labbilta و همکاران در سال 2022 تقریباً کاهش 30 درصدی در وزن و سرعت انحلال اولیه دررفتار انحلال شیشه حاوی 3B2O در طی 35 روز در مقایسه با شیشه های بدون عناصر ریز مشاهده شد. ایجاد پیوندهای P-O-Bکه به خوبی با افزایش دمای انتقال مرتبط بود، باعث کاهش درصد وزن و سرعت انحلال با افزودن 3B2O شد. برای AGF0 وAGF3، غلظت کاتیون های تشکیل شده در آب مقطر ب هطور چشمگیری در طی دو روز اول غوطه وری افزایش یافت درحالی که برای کودهای شیشه ای AGF1 و AGF2، اثر افزودن عناصر ریزمغذی که منجر به آزاد شدن کندتر یونها در آب میشود، موردتوجه قرارگرفته است. پس از فرو بردن کودهای شیشه ای در آب مقطر،pH محلو لهای شیرابه به صورت خطی با افزایش زمان غوطه‌وری از 5/6 تا به ناحیه اسیدی کاهش یافت تقریباً هر چه غلظت فسفر در محلول بیشتر درنت یجه مقادیر pH پایینتر است.

براساس پژوهشTariq Labbilta و همکاران در سال 2022 کاربرد کودهای NPK و کودهای شیشه ای باعث کاهش قابل توجهی در pH و افزایش در هدایت الکتریکی خاک نسبت به شاهد شد ، خاکهای تغذیه شده با کودهای شیشه ای نیز کاهش قابل توجهی در مقدار pH در مقایسه با کودهای معمولی نشان دادند، تفاوت معنی داری برای وضعیت مواد مغذی خاک قبل و بعد از آزمایش برای نمونه شاهد ثبت نشد درحال یکه کاربرد کودهای مختلف عمدتاً باعث افزایش مواد مغذی خاک نسبت به شاهد به جز در غلظت کلسیم و آهن شدند . در این مطالعه، پس از کاربرد کودهای شیشه ای غنی از مواد مغذی به ویژه فسفر ، پتاسیم، منیزیم، کلسیم، روی، بر و مس و رهاسازی کنترل شده آنها در خاک افزایش غلظت مواد مغذی خاک مشاهده شده ک هاین مواد را در دسترس گیاه قرار داده و آبشویی آنها را محدود میکند.

استفاده از تیمارهای AGF3 عمدتاً ارتفاع اندام هوایی، سطح برگ، ریشه، بلال و وزن خشک کل دانه، تعداد دانه در بوته ووزن 1000 دانه را بهبود بخشید، درحالیکه فرمولاسیون AGF2 عمدتاً باعث افزایش طول ریشه و وزن خشک اندام هوایی در مقایسه با تیمار شاهد و NPK شد و افزایش عملکرد رشد گندم تا ۸۸ درصد در شرایط گلخانه نسبت به گیاهان تیمار شده با NPKو شاهد نشان دادند. تأثیر مثبت کودهای شیشه ای بر عملکرد و عملکرد رشد گندم را میتوان به غنای آنها در عناصرمعدنی ضروری نسبت داد. آیت المختار و همکاران) 2022( بیشترین مقادیر رشد و عملکرد گندم را در مزرعه پس از کاربردسه کود شیشه ای فسفاته همراه با نیتروژن شیمیایی گزارش کردند. در این تحقیق هیچ اثر معنیداری بر رشد، عملکرد و عملکرد فیزیولوژیک گندم پس از کاربرد نیتروژن شیمیایی مشاهده نشد که میتوان آن را به دلیل شسته شدن این عنصر با آبیاری در
مقایسه با سایر عناصر موجود در کود شیشه دانست.(Labbilta et al.2022)

با در نظر گرفتن اثر محرک رشد کودهای شیشه ای استفاده شده در مقایسه با کودهای NPK، به نظر میرسد که AGF3
بیشترین تأثیر را بر تناسب رشد گندم و عملکرد و به دنبال آن AGF2 و AGF1 ثبت کرده است. اثر تقویتی بالای AGF3 را میتوان با سرعت انحلال این شیشه در مقایسه با دو فرمول دیگر کودهای شیشه ای توضیح داد زیرا بیشترین مقادیر انحلال رابرای 5CaO ،K2O ،P2O و MgO ثبت کرد که مقدار کافی درشت عنصر را برای گیاه فراهم میکند . این کودهای شیشه فسفات مقدار قابل توجهی فسفر، پتاسیم، کلسیم و منیزیم را برای گیاهان تأمین میکنند . افزایش تجمع زیست توده اندام هوایی و ریشه و همچنین تشکیل میوه و دانه، با بهبود جذب مواد مغذی مرتبط بود.(20(Ait-El-Mokhtar et al.20)

نتیجه گیری
آزادسازی آهسته از هدر رفت عناصر به دلیل بارش یا آبیاری جلوگیری میکند و باعث بهبود جذب عناصر غذایی توسط گیاهان میشود؛ و همچنین با تقویت رشد ریش هها مناسب برای گیاهان با دوره رشد طولانی یا خاک های فقیر هستند با استفاده از کود شیشه ای نیاز به تکرار کمتر نسبت به کودهای متداول میباشد. برخی از این کودها حاوی سیلیس هستند که مقاومت گیاه به بیماریها و تنشهای محیطی را افزایش میدهد. با کاهش آلودگی آبهای زیرزمینی و خاک بسیار سازگار با محیط زیست هستند.(Hazra and Das. 2014)
تولید این کودها نسبت به کودهای معمولی گرانتر، فرآیند ساخت پیچیده و انرژی بر است و تنها در کشورهای پیشرفته یا برای محصولات باارزش اقتصادی بالا مقرون به صرفه است. بسیاری از کشاورزان و سیاستگذاران از مزایای این فناوری اطلا ع ندارند؛ و همچنین زیرساختهای ضعیف در کشورهای درحالیکه توسعه، کمبود آزمایشگاه های تخصصی و خطوط تولید مانع گسترش جهانی این فناوری شده است. به دلیل وابستگی به شرایط خاک سرعت تجزیه در خاکهای اسیدی یا سرد ممکن است کاهش یابد. علاوه بر این عدم تنوع در ترکیبات برخی عناصر )مانند نیتروژن( به سختی در ساختار شیشه ای جای میگیرند وکاربرد محدود که بیشتر در کشاورزی دقیق یا محصولات خاص )مانند گلخانه ای( استفاده میشود. از معایب و چالشهای این کود میباشند.(Brooks 2019)
در سیستم های اکولوژیک یا ارگانیک که نیاز به ورودی کمتری از مواد شیمیایی دارند، در باغبانی و گلخانه ها برای گیاهان زینتی یا محصولاتی که به تغذیه مداوم نیاز دارند، برای احیای خاک در مناطق فرسوده یا پس از اجرای پروژه های معدنی و درمحصولات استراتژیک (برنج در ژاپن که از کودهای سیلیس-شیشه ای برای تقویت ساقه استفاده میشود) میتوان از این فناوری (Sekifuji and Tateda. 2019).استفاده کرد

کشورهایی که از کودهای شیشه ای استفاده میکنند
کودهای شیشه ای به عنوان یک فناوری نسبتاً نوین در حوزه کشاورزی، هنوز به صورت گسترده در سطح جهانی استفاده نمیشوند، اما در چند کشور پیشرو و مناطق خاصی با اهداف تحقیقاتی یا کاربردی مورداستفاده قرارگرفته اند. مهمترین این کشورها و زمینه های کاربرد عبارت اند از (Vejan et al.2025):

1. ژاپن از پیشتازان تولید و استفاده از کودهای شیشه ای، به ویژه کودهای سیلیسمی است. کاربرد اصلی در تقویت برنجکاری با تأمین سیلیس برای افزایش مقاومت ساقه و کاهش ورس )خوابیدگی محصول( و در تحقیقات دانشگاهها و مؤسسات تحقیقاتی ژاپن )مانند دانشگاه توکیو( روی بهینه سازی ترکیبات شیشه ای برای محصولات مختلف کار میکنند.

2. کشورهای اروپایی آلمان و هلند در پروژه های کشاورزی پایدار و گلخانه های پیشرفته از کودهای رهش آهسته )شیشه‌ای( برای کاهش آلودگی نیترات و فسفات در آبهای زیرزمینی استفاده میشود؛ و اسکاندیناوی در خاکهای اسیدی شمال اروپا ،کودهای شیشه ای با ترکیبات کلسیم و فسفر برای بهبود حاصلخیزی خاک آزمایش شده اند. اتحادیه اروپا در حمایت از پروژه های تحقیقاتی مانند “Glass Fertilizers for Sustainable Agriculture” برای کاهش مصرف کودهای شیمیایی از کود شیشه‌ای استفاده میکند.

3. ایالات متحده آمریکا کالیفرنیا و فلوریدا در مزارع مرکبات و محصولات باغی با نیاز به تغذیه مداوم ، از کودهای شیشه‌ای حاوی ریزمغذی ها استفاده میشود؛ و در تحقیقات دانشگاهی، مؤسسات بزرگی مانند دانشگاه کورنل روی سنتز نانو کودهای شیشه ای و تأثیر آنها بر گیاهان تحقیق میکنند.

۴. چین با توجه به مشکلات آلودگی خاک و آب، استفاده از کودهای شیشه ای در مناطق تحت تنش )مانند استان شاندونگ(برای کشت گندم و ذرت در حال آزمایش است؛ و هند در پروژه های احیای خاکهای شور و فقیر )مانند راجستان( از این کودها همراه با روشهای آبیاری قطرهای استفاده میکنند.

5. کره جنوبی برای فناوری پیشرفته کشاورزی در گلخانه های مجهز و سیستمهای هیدروپونیک، کودهای شیشه ای برای تأمین پایدار مواد مغذی به کار میروند؛ و با حمایت دولتی، برنامه های تشویقی برای جایگزینی کودهای شیمیایی با کودهای دوستدار محیط زیست کشاورزان را متمایل به استفاده از کودهای شیشه ای میکنند.

6. برزیل برای کشت سویا و نیشکر در خاکهای فقیر آمازون و مناطق مرکزی، کودهای شیشه ای حاوی فسفر و پتاسیم
برای افزایش بهرهوری آزمایش شده اند.(Ivanenko et al 2007)

7. کشورهای خاورمیانه مانند ایران تحقیقات اولیه در دانشگاه هایی مانند شیراز و تهران روی سنتز کودهای شیشه ای سازگا ر با خاکهای شور و خشک در حال انجام است؛ و در عربستان سعودی و امارات در پروژه های کشاورزی در محیط های کنترل شده (مانند گلخانه های بیابانی) از این کودها استفاده میشود.

۸. در آفریقای جنوبی برای احیای خاکهای فرسوده در مناطق خشک، کودهای شیشه ای به عنوان بخشی از برنامه های مقابله با بیابانزایی آزمایش شده اند .(Vejan et al.2025)

استفاده از کود شیشه ای در ایران
با توجه به پیشرفتهای علمی و فناوری در حوزه کشاورزی و صنایع شیمیایی ، برخی شرکتها و مراکز تحقیقاتی در ایران توانسته‌اند به فناوری تولید کود شیشه ای دست یابند. برخی شرکتهای تولیدکننده کود ایرانی، مراکز تحقیقاتی، پژوهشی ودانشگاهی درزمینه ی سنتز و بهینه سازی کود شیشه ای تحقیقاتی انجام داده اند و برخی استارتآپ ها و شرکتهای فناوری مستق ر در پارکهای علم و فناوری نیز در این زمینه فعالیت میکنند.
کودهای شیشه ای به عنوان یک فناوری نوین در تغذیه گیاهان، پتانسیل بالایی برای بهبود کارایی کود دهی و کاهش اثرات مضر زیست محیطی دارند. بااینحال، به دلیل هزینه تولید و محدودیتهای فنی، هنوز به صورت گسترده استفاده نمیشوند.

تحقیقات اخیر بر روی بهینه سازی ترکیبات شیشه ای و کاهش هزینه ها متمرکز است. در ایران نیز با توجه به مشکلات کم آبی و شوری خاک، بررسی کاربرد این کودها میتواند امیدبخش باشد. با تولید داخلی کودهای شیشه ای باعث کاهش نیاز به واردات وصرفه جویی در ارز میشود. کودهای تولیدشده در ایران میتوانند با توجه به نیازهای خاک و گیاهان در مناطق مختلف کشور وسازگار با شرایط اقلیمی ایران بهینه سازی شوند. با توجه به در دسترس بودن برخی مواد اولیه در ایران، هزینه تولید ممکن است نسبت به محصولات وارداتی کمت ر باشد .(Paryab et al 2021)

چالشهایی مانند نیاز به فناوری پیشرفته و تجهیزات خاص برای سنتز کود شیشه ای در ایران برای تولید کود شیشه ای وجود دارد که ممکن است در برخی موارد وارداتی باشند؛ و همچنین برای بهبود کیفیت و رقابت با محصولات خارجی، نیاز به سرمایه‌گذاری بیشتر در بخش تحقیق و توسعه وجود دارد. در کل ، تولید کود شیشه ای در ایران درحال توسعه است و با توجه به نیاز کشاورزی کشور، این صنعت میتواند در آینده گسترش بیشتری پیدا کند.

آینده کودهای شیشه ای
با افزایش فشار برای کاهش آلودگی کودهای شیمیایی و نیاز به کشاورزی پایدار، پیشبینی میشود کشورهایی با منابع آبیمحدود (مانند خاورمیانه)، مناطق با خاکهای فقیر یا شور (آفریقا، بخشهایی از آسیا) و کشورهای پیشرفته باسیاستهای زیست محیطی سختگیرانه (اتحادیه اروپا). بیشترین استقبال را از این فناوری داشته باشند .در ایران نیز با توجه به چالشهای خاک و آب ، توسعه این کودها در صورت حمایت دولت و بخش خصوصی میتواند راهگشا باشد.(Paryab et al 2021)

منابع

Instituto Brasileiro de Geografia e Estati ́ stica (IBGE), 2024 Censo Agropecuarió 2017.
https://censoagro2017.ibge.gov.br/. Access in November 3th.
Landau E, Silva C, Moura G A, Hirsch L, Guimaraes A D P, 2020, Evoluçaõ da Á rea Ocupada por Pastagens. In Dinamica da produçaõ agropecuariá e da paisagem natural no Brasil nas ultimas ́ decadas ́ sistemas agri ́ colas, paisagem natural e analise ́ integrada do espaço rural. 1. 1. Sorgo: Brasí lia. Brasil. 1. 1556−15.
Labbilta T, Ait-El-Mokhtar M. Anli M, Boutasknit A, Abouliatim Y, Khouloud M, Mesnaoui M, Meddich A, 2022. Phosphate glass-based controlled-release fertilizers improve wheat growth, yield and grain nutritional quality under field conditions, Gesunde Pflanz. 74. 715−727.
Sayed E. Ouis G M A, 2022. Improvement of pea plants growth, yield, and seed quality using glass fertilizers and biofertilizers, Environ Technol. Innovation, 26. No. 102356.
Tamayo A, Torre de la, Ruiz R, Lozano O, Mazo P, Rubio M A J, 2018. Application of a glass fertilizer in sustainable tomato plant crops, J. Sci. Food Agric. 98. 4625−4633.
Bokhtiar S, Sakurai K, 2005. Effects of organic manure and chemical fertilizer on soil fertility and productivity of plant and ratoon crops of sugarcane, Arch. Agron. Soil Sci. 51. 325−334.
Guan Y, Song C, Gan Y T, Li F M, 2014. Increased maize yield using slow-release attapulgite-coated fertilizers, Agron. Sustainable Dev. 34. 657−665.
Lyu X, Yang Y, Li Y, Fan X, Wan Y, Geng Y, Zhang M, 2015. Polymer-coated tablet urea improved rice yield and nitrogen use efficiency, Agron. J. 107. 1837−1844.
Yamamoto C, Pereira F, Mattoso E I, Matsunaka L H C, Ribeiro T C, 2016. Slow release fertilizers based on urea/urea formaldehyde polymer nanocomposites, Chem. Eng. J. 287. 390− 397.
Salthammer T, Gunschera J, 2021. Release of formaldehyde and other organic compounds from nitrogen fertilizers. Chemosphere, 263. No. 127913. ACS Agricultural Science & Technology pubs.acs.org/acsagscitech Article https://doi.org/10.1021/acsagscitech.4c00243 ACS Agric. Sci. Technol. 2025.
Hazra G, Das T, 2014. A Review on Controlled Release Advanced Glassy Fertilizer, Glob. J. Sci. Front. Res. B Chem. 14. 33−44.
Labbilta T, Ait-El-Mokhtar M, Abouliatim Y, Khouloud M, Meddich A, Mesnaoui M, 2021. Elaboration and Characterization of Vitreous Fertilizers and Study of Their Impact on the Growth, Photosynthesis and Yield of Wheat (Triticum durum L), Materials. 14. .5921
Torrisi B, Trinchera A, Rea E, Allegra M, Roccuzzo G, Intrigliolo F, 2013. Effects of organo-mineral glassmatrix based fertilizers on citrus Fe chlorosis, Eur. J. Agron. 44. .73−23
Abou-Baker N H, Ouis M, Abd-Eladl M, 2018. Appraisal of agriglass in promoting maize production under abiotic stress conditions, Silicon. 10. .9481−1481
Waclawska I, Szumera M, 2009. Reactivity of silicate−phosphate glasses in soil environment, J. Alloys Compd. 468. −642.352
Menegale M L C, Castro G S A, Mancuso M A, Silicon C, 2015. Interaction with the soil-plant system (in Portuguese), J. Agron. Sci. 4. .454−534
Brooks BW, 2019. Greening Chemistry and Ecotoxicology Towards Sustainable Environmental Quality, Green Chem. 21. 2575− 2582
Ait-El-Mokhtar M, Baslam M, Ben-Laouane R, Anli M, Boutaskni A, Mitsui T, Wahbi S, Meddich A, 2020. Alleviation of detrimental effects of salt stress on date palm (Phoenix dactylifera L.) by the application of arbuscular mycorrhizal fungi and/or compost, Front. Sustain Food Syst. 4. pp. 131
Vejan P, Khadiran T, Abdullah R, Ahmad N, 2021. Controlled release fertilizer: a review on developments, applications and potential in agriculture, J. Contr. Release. 339 . pp. 321-334.
Sekifuji R, Tateda M, 2019. Study of the feasibility of a rice husk-recycling scheme in Japan to produce silica fertilizer for rice plants, Sustain. Environ. Res. 29 . pp. 1-9, 10.1186/s42834-019-0011
Ivanenko V, Karapetyan G, Lipovskii A, Maksimov L, Rusan V, Tagantsev D, Tatarintsev B, Fleckenstein J, Schnug E, 2007. Porous Slow Release Silicate-Phosphate Glasses Synthesized by PolymerDerived
Ceramics Method Appropriate for Plants Nourishment, Landbauforschung Völkenrode 4 / (57):323-332
Paryab AH, Abdollahi S, Khalilifard R, Madaah Hossein H R, 2021. Porous Slow Release Silicate-Phosphate Glasses Synthesized By Polymer-Derived Ceramics Method Appropriate For Plants Nourishment, Iranian Journal of Materials Science and Engineering Vol 18(1): 80-90
Priac A, Badot P M, Crini G, 2017. Treated wastewater phytotoxicity assessment using Lactuca sativa: focus on germination and root elongation test parameters, C. R. Biol. 340. 188– 194.
da Silva Soares J H, Boaventura T W, Caroline A, de Moura A, da Silva L C, Filho A G,Landgraf R L,
Christofoletti Mazzeo D E, de Campos Bernardi A C, Nogueira A R A, Ferreira E B, Manzani D, 2025.
Design and Performance of a Multicomponent Glass Fertilizer for Nutrient Delivery in Precision Agriculture, ACS Agricultural Science & Technology.Vol 5/Issue 2. 142–157