I ricercatori dell'Università del Delaware hanno scoperto comportamenti unici delle nanoparticelle di idrossiapatite (HANP) che si mostrano promettenti come nanofertilizzante di fosforo e potrebbero essere utilizzate per aiutare a rallentare il rilascio di fosforo nel suolo.

Ciò aumenterebbe l'efficienza dell'assorbimento del fosforo nella coltivazione delle piante e anche nella protezione dei siti sensibili dal punto di vista ambientale, compresi i corpi idrici, riducendo il carico di nutrienti, il che è importante perché il fosforo è una risorsa non rinnovabile e un nutriente essenziale per la produzione agricola.

Finanziato dal Dipartimento dell'Agricoltura degli Stati Uniti (USDA), la ricerca è stata condotta da Dengjun Wang, un ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze delle piante e del suolo del College of Agriculture and Natural Resources dell'UD; Yan Jin, docente di Scienze delle piante e del suolo con incarico congiunto presso il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale; e Deb Jaisi, ricercatore di Scienze delle piante e del suolo con incarico congiunto presso il Dipartimento di Scienze Geologiche.

Gli HANP sono conosciuti come un forte assorbente per contaminanti come metalli pesanti e radionuclidi e sono già utilizzati per bonificare i terreni, sedimenti e acque sotterranee. Però, il suo potenziale come miglior fertilizzante a base di fosforo in agricoltura ha appena iniziato a essere completamente esplorato, hanno detto i ricercatori.

Il fertilizzante a base di nanoparticelle presenta tre vantaggi principali rispetto ai fertilizzanti a base di fosforo convenzionali in quanto non rilascia fosforo così rapidamente come i fertilizzanti convenzionali, non cambia il pH del terreno al rilascio del fosforo e la perdita di fosforo dal terreno è bassa. Il rilascio lento e costante di fosforo consente alle piante di assorbire continuamente il nutriente durante la crescita.

Jaisi ha detto che il modo in cui il fosforo viene attualmente applicato ai terreni nei fertilizzanti è come qualcuno che prende una compressa di glucosio invece di riceverla attraverso una flebo. Mentre un fertilizzante commerciale al fosforo colpisce il terreno tutto in una volta e non lascia il tempo sufficiente per l'assorbimento delle piante, con conseguente perdita di fosforo nel deflusso o per lisciviazione, gli HANP forniscono un lento rilascio di fosforo per un lungo periodo di tempo.

"Quando il fosforo viene rilasciato dagli HANP, non aumenta l'acidità del suolo, " ha detto Jaisi. "C'è stato un problema di acidificazione globale del suolo dopo la Rivoluzione verde (agricoltura), una diretta conseguenza dell'applicazione di fertilizzanti chimici. Il costo per invertire il pH del terreno in modo ottimale per la produzione agricola è estremamente alto".

Poiché la domanda di fornire cibo per una popolazione in crescita è aumentata, così l'applicazione di fertilizzanti al fosforo, che ha portato alla perdita di fosforo dai terreni agricoli alle acque aperte e ha causato l'eutrofizzazione in aree sensibili dal punto di vista ambientale come la baia di Chesapeake. Con la capacità degli HANP di rilasciare lentamente il fosforo, le nanoparticelle potrebbero rivelarsi vantaggiose per l'ambiente riducendo la perdita di fosforo nelle acque aperte.

"Puoi ridurre al minimo tale rischio e, allo stesso tempo, aumentare la disponibilità di fosforo per un periodo di tempo più lungo durante la crescita delle piante, " disse Jin.

"Penso che l'obiettivo sarebbe quello di esplorare se questa è una forma fattibile di fertilizzante al fosforo da utilizzare su larga scala, " ha aggiunto. "Da molti anni applichiamo molto fosforo al suolo, e la fonte disponibile sta diminuendo. Abbiamo bisogno di trovare nuovi prodotti e nuovi modi di fornire il nutriente, minimizzando allo stesso tempo gli impatti ambientali”.

"Uno degli obiettivi principali di questo lavoro, "Jaisi ha detto, "era guardare al destino di queste nanoparticelle:se le nanoparticelle stesse si allontanano dal suolo verso acque aperte o se rimangono nel suolo, e come interagiscono con altre nanoparticelle nel suolo. Questo è importante perché per il miglior utilizzo del fosforo, Gli HANP devono rimanere nel suolo per un periodo di tempo prolungato e non essere persi per ruscellamento o per lisciviazione".

Wang ha affermato che gli HANP hanno una mobilità ridotta, e la presenza di altre nanoparticelle nel suolo, come gli ossidi di ferro caricati positivamente che sono onnipresenti nel suolo e in altri ambienti sotterranei, si fisserebbero alle particelle HANP caricate negativamente e rallenteranno il loro movimento.

Jin ha spiegato che affinché le piante assorbano il fosforo degli HANP, deve essere rilasciato dalle nanoparticelle. "Quando le piante crescono, rilasciano continuamente diversi tipi di acidi organici a basso peso molecolare come l'acido ossalico e l'acido citrico. Gli acidi che entrano nel terreno interagiranno con quelle particelle in modo che il fosforo possa essere rilasciato ed essere assorbito dalle piante, " disse Jin.

Wang ha detto che il processo è molto dinamico. "La pianta rilascia continuamente acidi organici e questi acidi organici dissolveranno gli HANP rendendo disponibile il fosforo per la pianta. Il team di ricerca sta attualmente studiando il tasso di rilascio in presenza di questi acidi organici e la possibilità che gli HANP siano un fertilizzante al fosforo. "

Nel giungere alle loro conclusioni, il team ha esaminato come gli HANP interagiscono con le nanoparticelle di goethite (GNP) presenti in natura, un ossido di ferro comune nei suoli, studiare il co-trasporto e la ritenzione di HANP e GNP in colonne di sabbia sature d'acqua in condizioni di trasporto rilevanti per l'ambiente.

Wang ha detto che la nanoparticella con cui lavora il gruppo è molto piccola, che vanno da un nanometro a 100 nanometri, con un nanometro di circa 10, 000 volte più piccolo del diametro di un capello umano.

"Queste minuscole particelle hanno ampie aree superficiali specifiche e un'elevata reattività; sono davvero fantastiche per una varietà di applicazioni in vari campi, compresa l'agricoltura, " Egli ha detto.