مجله پژوهش های راهبردی در علوم کشاورزی و منابع طبیعی

مجله پژوهش های راهبردی در علوم کشاورزی و منابع طبیعی

انرژی هسته‌ای، راهکاری نوین برای ارتقای امنیت غذایی و پایداری محیط ‌زیست

نوع مقاله : مقاله مروری

نویسندگان
1 دانش آموخته کارشناسی ارشد اگروتکنولوژی-فیزیولوژی گیاهان زراعی، گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی دانشگاه یاسوج
2 استادیار گروه زراعت و اصلاح نباتات، دانشکده کشاورزی دانشگاه یاسوج
10.22047/srjasnr.2025.490839.1118
چکیده
انرژی هسته‌ای، فناوری نوآورانه‌است که با بهره‌گیری از ایزوتوپ‌ها و پرتودهی هسته‌ای، توانایی افزایش بهره‌وری کشاورزی، ایجاد گوناگونی ژنتیکی و ارتقای کیفیت محصول‌ها را دارد. این فناوری در بخش‌هایی مانند مدیریت پایدار منابع، کاهش وابستگی به نهاده‌های شیمیایی و تقویت تحمل گیاهان در برابر تنش‌های محیطی، کاربردهای گسترده‌ای دارد. پژوهش حاضر، با استفاده از روش مروری و بررسی منابع علمی به روز، نقش انرژی هسته‌ای در تولید محصول‌های متحمل به تنش‌های اقلیمی، کاهش هدررفت پس از برداشت و افزایش ماندگاری مواد غذایی را واکاوی کرده است. نتایج نشان می‌دهند که این فناوری افزون بر بهبود کارایی مصرف آب و خاک، می‌تواند با کاهش آلودگی‌های ‌محیط‌ زیست، نقش مهمی در پایداری بوم‌نظام‌های کشاورزی داشته‌باشد. از سوی دیگر، چالش‌هایی مانند ایمنی، هزینه‌های اجرایی و محدودیت‌های پذیرش عمومی، ضرورت تدوین چارچوب‌های نظارتی شفاف و ارتقای آگاهی جامعه را برجسته می‌سازد. انرژی هسته‌ای با توانمندی‌های علمی و فنی خود، راهکاری پایدار و بلندمدت برای رویارویی با چالش‌های امنیت غذایی و تغییرهای اقلیمی ارائه می‌دهد. گسترش همکاری‌های بین‌المللی، سرمایه‌گذاری در زمینه تحقیق و توسعه کشاورزی، و آگاهی‌رسانی عمومی از جمله راهکارهایی است که می‌تواند به بهره‌برداری بهتر از این فناوری کمک کند. یافته‌های این بررسی نشان می‌دهند که با سیاست‌های حمایتی مناسب، انرژی هسته‌ای می‌تواند در تأمین امنیت غذایی نقش مهمی داشته‌باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Nuclear Energy: An Innovative Approach to Enhancing Food Security and Environmental Sustainability

نویسندگان English

Hamid Allahdadi 1
Hojatollah Latifmanesh 2
Hamid Nour 2
1 M.Sc. Agrotechnology-Crop Physiology, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Yasouj University
2 Assistant Professor, Department of Agronomy and Plant Breeding, Faculty of Agriculture, Yasouj University
چکیده English

Nuclear agriculture, as an innovative technology, employs isotopic and nuclear irradiation techniques to enhance agricultural productivity, foster genetic diversity, and improve crop quality. This technology finds applications in sustainable resource management, reducing dependence on chemical inputs, and boosting plant resilience against environmental stressors. This study, based on a comprehensive review of up-to-date scientific literature, explores the role of nuclear agriculture in producing climate-resilient crops, minimizing post-harvest losses, and extending food shelf life. The results indicate that this approach not only improves water and soil efficiency but also contributes significantly to environmental sustainability by reducing ecological pollution. However, challenges such as safety concerns, high implementation costs, and public acceptance underline the necessity of clear regulatory frameworks and societal awareness. With its advanced scientific and technical capabilities, nuclear agriculture offers a sustainable, long-term solution to address global food security and climate change challenges. Promoting international collaboration, investing in research and development, and raising public awareness are essential to harness the full potential of this technology. The findings suggest that, with appropriate supportive policies, nuclear agriculture can become a pivotal component in ensuring global food security and fostering environmental sustainability.

کلیدواژه‌ها English

Food challenges
Genetic diversity
Irradiation
Sustainable resource management
اولادی، مرتضی؛ نعمت‌زاده، قربانعلی؛ رحیمی، مسعود؛ افخمی‌قادی، عمار؛ قلی‌زاده‌قرا، عمرا؛ مظفری، کامران؛ ضیایی، امیر. (1394). بررسی اثر پرتو گاما در ایجاد تنوع ژنتیکی و ریخت‌شناختی در برخی رقم‌های محلی و اصلاح شده‌ی برنج.  مجله علوم و فنون هسته‌ای، 36(3)، 80 – 87.
بهمنی، الهام؛ عزیزی، پیمان. ( 139). بررسی انرژی هسته‌ای و اثرات آلودگی هسته‌ای روی محیط زیست و انسان. اولین همایش ملی مهندسی قدرت و نیروگاههای هسته ای. بوشهر. دانشگاه آزاد اسلامی واحد بوشهر.
داودی، یاشار؛ تقی‌زاده، رضا. (1399). بررسی اثر پرتوهای گاما با منبع کبالت- 60 بر جوانه‌زنی بذر ذرت. مجله علوم و فنون هسته‌ای، 41(1)، 167 – 174.
رحیمی، مسعود؛ مجد، فرامرز؛ جهانگیرزاده، ابراهیم؛ ودادی، سیروس؛ رحمانی، اسفندیار؛ نشان، نرگس. (1385). القاء موتاسیون در نارنگی به منظور ایجاد تنوع ژنتیکی در جهت تولید موتانت‌هایی با صفات کیفی برتر (با استفاده از پرتوهای گاما). مجله علوم و فنون هسته‌ای، 26(2)، 29 -34.
شریفی، احمد؛ سرگزی مقدم، زهرا؛ خرازی، مهدیه؛ خادم، آزاده؛ مرادیان، مریم. (1403). تولید موتانت‌های بنفشه آفریقایی  (Saintpaulia ionantha) با استفاده از تابش اشعه گاما. مجله علوم و فنون هسته‌ای، 45(3)، 66 – 74.
عبادی الماس، داریوش؛ نواب‌پور، سعید؛ یامچی، احد؛ زینلی‌نژاد، خلیل؛ مومنی، علی؛ میرزاقادری، قادر. (1397). ارزیابی فعالیت برخی از آنزیم‌های دفاعی مهم در برنج جهش‌یافته‌ی مقاوم به بیماری بلاست. مجله علوم و فنون هسته‌ای، 39(4)، 100 -108.
قمقامی، مهدی؛ پیرولی بیرانوند، جواد؛ مقیسه، ابراهیم. (1401). برخی روش‌های هسته‌ای اندازه‌گیری رطوبت خاک برای بهبود مدیریت آبیاری. مدیریت اراضی، 10(2)، 145 – 160.
نوروزی، صغری. (1392). اثرات زیست محیطی مواد رادیواکتیو (انرژی هسته ای). اولین همایش ملی معماری، مرمت، شهرسازی و محیط زیست پایدار. همدان. انجمن ارزیابان محیط زیست هگمتانه.
Akshay, D.V.S., Kalyan, B., Kumar, G.A. & Banik, A. (2023). Nuclear agriculture: Growing a sustainable future for food. Vigyan Varta: An International E-Magazine for Science Enthusiasts, 4(11), 91-94.
Askari, M.B., Askari, N., Mirhabibi, M. & Vahid, M. (2014). Nuclear techniques in agriculture and genetics. American Journal of Bioscience, 2(3), 102-105.
Bell, M.C. & Riechert, B.P. (1987). Possible effects of nuclear radiation accidents on agriculture. University of Tennessee, Knoxville, 32 p.
Bharat, R.A., Prathmesh, S., Sarsu, F. & Suprasanna, P. (2024). Induced mutagenesis using gamma rays: Biological features and applications in crop improvement. OBM Genetics, 8(2), 233–245.
Bisht, B., Bhatnagar, P., Gururani, P., Kumar, V., Tomar, M.S., Sinhmar, R., Rathi, N. & Kumar, S. (2021). Food irradiation: Effect of ionizing and non-ionizing radiations on preservation of fruits and vegetables–A review. Trends in Food Science & Technology, 114, 372-385.
CISA. (2019). Non-Radioisotopic Alternative Technologies White Paper. U.S. Department of Homeland Security Cybersecurity and Infrastructure Security Agency. Retrieved from: https://www.cisa.gov/sites/default/files/publications/19_1211_cisa_non_radioisotopic_alternative_technologies-white_paper.pdf
Dyck, V.A., Hendrichs, J. & Robinson, A.S. (2021). Sterile insect technique: principles and practice in area-wide integrated pest management (p. 1216). Taylor & Francis.
FAO. (2019a). Seven examples of nuclear technology improving food and agriculture, using nuclear sciences to feed the world. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Retrieved from: http://www.fao.org/zhc/detailevents/en/c/1039633/
FAO. (2019b). What is agricultural nuclear technology? Food and Agriculture Organization of the United Nations. Available at: http://www.fao.org/newsroom/en/focus/2007/1000511/article_1000516en.html
Financial Times. (2022). Brussels proposes green label for nuclear and natural gas. Financial Times. Retrieved from: https://www.ft.com/content/7872a05f-9e38-4740-9b1b4efc69ca316c
Foronuclear. (2019). How many applications does nuclear technology have? Foro Nuclear. Retrieved from: https://www.foronuclear.org/en/ask-the-expert/120347-applications-nuclear-technology
Forster, M.M. & Jankuloski, B.P.L. (2018). Manual on Mutation Breeding (Third Edition). Edited by Spencer-Lopes. Plant Breeding and Genetics Subprogramme, Joint FAO/IAEA Division of Nuclear Techniques in Food and Agriculture, Vienna, Austria.
García-López, J.V., Redondo-Gómez, S., Flores-Duarte, N.J., Zunzunegui, M., Rodríguez-Llorente, I.D.  et al. (2023). Exploring through the use of physiological and isotopic techniques the potential of a PGPR-based biofertilizer to improve nitrogen fertilization practices efficiency in strawberry cultivation. Frontiers in Plant Science, 14, 1243509.
Ghanim, A., Sivasankar, S. & Rich, P.J. (2024). Mutation breeding and efficiency enhancing technologies for resistance to Striga in cereals. Efficient Screening Techniques to Identify Mutants with TR4 Resistance in Banana: Protocols, Springer Nature. 182 p.
Hallauer, A.R. (2011). Evolution of plant breeding. Crop Breeding and Applied Biotechnology, 11, 197-206.
Hohenemser, C., Deicher, M., Hofsäss, H., Lindner, G., Recknagel, E. & Budnick, J.I. (1986). Agricultural impact of Chernobyl: A warning. Nature, 321(6073), 827.
Hu, C., Wu, Y. & Yi, G. (2022). Gamma irradiation of embryogenic cell suspension cultures from Cavendish banana (Musa spp. AAA Group) and in vitro selection for resistance to Fusarium wilt. Efficient Screening Techniques to Identify Mutants with TR4 Resistance in Banana: Protocols, 21-30.
IAEA. (2001). Use of isotope and radiation methods in soil and water management and crop nutrition (Training Course Series No. 14). International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria.
IAEA. (2017). Food and agriculture [Online]. Joint FAO/IAEA Programme, Nuclear Techniques in Food and Agriculture. Retrieved from: http://wwwnaweb.iaea.org/nafa/news/food-irradtool0807.pdf (accessed March 4, 2017).
IAEA. (2019). Food and agriculture. Joint FAO/IAEA Programme, Nuclear Techniques in Food and Agriculture. Available at: https://www.iaea.org/topics/food-and-agriculture (accessed July 29, 2019).
IAEA. (2021). Nuclear Energy for a Net Zero World. Retrieved from: www.iaea.org/sites/default/files/21/10/nuclear-energy-for-a-netzero-world.pdf
IAEA. (2024). FAO/IAEA Mutant Varieties Database (MVD) [Database]. Retrieved from: https://www.iaea.org/resources/databases/mutant-varieties-database
IEEE. (2006). Nuclear Fission Fuel is inexhaustible. IEEE. Retrieved from: https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/4057297 (accessed Dec 2020).
Jain, S. M. (2010). Mutagenesis in crop improvement under the climate change. Advances in Plant Breeding and Biotechnology, 6(1), 45–58.
Jiang, S., He, L.M., He, W., Zhao, H.Y., Yang, X.M., Yang, X.Q. & Wu, K.M. (2022). Effects of X‐ray irradiation on the fitness of the established invasive pest fall armyworm Spodoptera frugiperda. Pest Management Science, 78(7), 2806-2815.
Joint FAO/IAEA Division. (2023). Interview with Ms. Shoba Sivasankar, Section Head, Plant Breeding and Genetics. Plant Breeding and Genetics Newsletter, No. 15, July 2023.
Kharkwal, M.C. & Olson, D.G. (2009). Microbiological Safety of Food Irradiation. CRC Press.
Koeniger, P., Gaj, M., Beyer, M. & Himmelsbach, T. (2016). Review on soil water isotope‐based groundwater recharge estimations. Hydrological Processes, 30(16), 2817-2834.
Kumar, R., Kumar, R. & Prakash, O. (2019). The impact of chemical fertilizers on our environment and ecosystem. Chief Ed, 35(69), 1173-1189.
Lee, H.J., Lee, S.H., Lee, J.H., Kim, Y., Seong, K.M. et al. (2020). Role of commensal microbes in the γ-ray irradiation-induced physiological changes in Drosophila melanogaster. Microorganisms, 9(1), 31.
Lewis, H.W. (1986). The accident at the chernobyl'nuclear power plant and its consequences: USSR state committee on the utilization of atomic energy. Environment: Science and Policy for Sustainable Development28(9), 25-27.‏
Martinec, L. (2022). The influence of photovoltaic and nuclear energy sources on the use of land in the Czech Republic. Agricultural Economics, 68(8), 307-316.
Mastrangelo, T., Parker, A.G., Jessup, A., Pereira, R., Orozco-Dávila, D., Islam, A., Dammalage, T. & Walder, J.M.M. (2010). A new generation of X-ray irradiators for insect sterilization. Journal of Economic Entomology, 103(1), 85-94.
Mir, A.S., Maria, M., Muhammad, S. & Ali, S. M. (2020). Potential of mutation breeding to sustain food security. Journal of Agricultural Advances, 15(4), 85–99.
Muzamal, M. (2022). Role of peaceful nuclear technology in the agriculture and food sector of Pakistan. ISSRA Papers, 14, 73-84.
Nguyen, M.L., Zapata, F., Lal, R. & Dercon, G. (2011). Role of isotopic and nuclear techniques in sustainable land management: achieving food security and mitigating impacts of climate change. In Lal, R. & Stewart, B.A. (Eds.), World Soil Resources and Food Security. Advances in Soil Science, 18, 345–418.
Ntsefong, G.N., Ernest, F.P., Kinsley, T.M. & Hervé, Z.A. (2023). Gamma ray induced mutagenesis for crop improvement: Applications, advancements, and challenges. IntechOpen Journal of Mutagenesis Research, 23(1), 31–49.
Nuclearconnect. (2019). From Harvest to Home: How Radiation Improves Food Safety and Production. American Nuclear Society. Retrieved from: http://nuclearconnect.org/wp-content/uploads/2015/09/From-Harvest-to-Home-web.pdf (accessed on July 26, 2019).
OFID. (2017). OFID and IAEA sign grant agreement to promote food security and sustainable agriculture in Asia. Retrieved from: http://www.ofid.org/NEWS/PressRelease/ArticleId/3405/-OFID-and-IAEA-sign-grantagreement-to-promote-food-security-and-sustainable-agriculture-in-Asia
Oladosu, Y., Rafii, M.Y., Abdullah, N., Hussin, G., Ramli, A., Rahim, H.A., Miah, G. & Usman, M. (2016). Principle and application of plant mutagenesis in crop improvement: A review. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 30(1), 1-16.
Pires, L.F., Cássaro, F.A.M. & Correchel, V. (2021). Use of nuclear techniques in soil science: A literature review of the Brazilian contribution. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 45, e0210089.
Reddy Gundreddy, R., Reddy, K.S. & Reddy Kadapa, S. (2023). Growing Greener: Harnessing the power of nuclear technology for sustainable crop development. Science for Agriculture and Allied Sector, 5(7), 1-5.
Roychowdhury, R. & Tah, J. (2013). Mutagenesis—A potential approach for crop improvement. In J. Anderson (Ed.), New Frontiers in Plant Breeding, 75–89.
Shu, Q.Y., Forster, B.P., & Nakagawa, H. (2011). Plant Mutation Breeding and Biotechnology: Plant Breeding and Genetics Section. Joint FAO/IAEA Division of Nuclear Techniques in Food and Agriculture. Vienna, Austria.
Silow, R.A. (1962). The significance of nuclear science for food and agriculture. The International Journal of Applied Radiation and Isotopes, 13(7-8), 313-317.
Soliman, S.M. & Galal, Y.G.M. (2020). Isotopes in fertilizer research. Soil and Fertilizers, 209-244.
Suprasanna, P., Mirajkar, S. J. & Bhagwat, S. G. (2015). Induced mutations and crop improvement. In: S. Dutta & M. Kumar (Eds.), Advances in Crop Science, 325–341.
Thomas, P.A.U.L. (2020). Control of post-harvest loss of grain, fruits, and vegetables by radiation processing. Irradiation for Food Safety and Quality, 93-102.
Tilman, D. & Clark, M. (2014). Global diets link environmental sustainability and human health. Nature, 515(7528), 518-522.
Tyagi, A., Joshi, R., Singh, N., Jain, P. & Durgesh, K. (2023). Induced mutagenesis for crop improvement. Advances in Plant Mutation Research, 9(2), 145–157.
Ukessays. (2019). Essays, uses of nuclear energy in agriculture. Retrieved from: https://www.ukessays.com/essays/environmental-sciences/uses-of-nuclear-energy-in-agriculture-environmental-sciences-essay.php?vref=1 (accessed on July 24, 2019).
UNEP. (2021). Emissions Gap Report 2021 (p. 4). Retrieved from www.unep.org/resources/emissions-gap-report-2021.
VCDNP. (2018). VCDNP Fact Sheet on the Sustainable Use of Radioactive Sources in Agriculture and Food Security. Retrieved from: https://vcdnp.org/wp-content/uploads/2018/11/Fact-Sheet_27-Nov.pdf.
Vreysen, M.J., Abd-Alla, A.M., Bourtzis, K., Bouyer, J., Caceres, C. et al.  (2021). The Insect Pest Control Laboratory of the Joint FAO/IAEA Programme: Ten years (2010–2020) of research and development, achievements and challenges in support of the Sterile Insect Technique. Insects, 12(4), 346.
World Bank. (2018). World Bank Open Data. Retrieved from: https://data.worldbank.org.
World Nuclear. (2022). Plans for new reactors worldwide (Updated October 2022). Retrieved from: world-nuclear.org/information-library/current-and-future-generationiaea.org/newscenter/pressreleases.
Yamaguchi, H., Hase, Y., Tanaka, A., Shikazono, N., Degi, K. et al. (2009). Mutagenic effects of ion beam irradiation on rice. Breeding Science, 59(2), 169-177.
Ye, Q.Z. (2016). Safety and effective development of nuclear power to realize green and low-carbon development. Advances in Climate Change Research, 1, 10–16.
Zaman, M., Shahid, S. A., Heng, L., Zaman, M., Shahid, S.A. & Heng, L. (2018). The Role of Nuclear Techniques in Biosaline Agriculture. Guideline for Salinity Assessment, Mitigation and Adaptation Using Nuclear and Related Techniques, 133-164.