I ricercatori della Washington University di St. Louis sperano che la tecnologia delle nanoparticelle possa aiutare a ridurre la necessità di fertilizzanti, creando un modo più sostenibile per coltivare colture come i fagioli mung.
Gli scienziati stanno lavorando diligentemente per prepararsi al previsto aumento della popolazione globale, e quindi a una maggiore necessità di produzione alimentare, nei prossimi decenni. Un team di ingegneri della Washington University di St. Louis ha trovato un modo sostenibile per stimolare la crescita di un fagiolo ricco di proteine migliorando il modo in cui assorbe i nutrienti tanto necessari.
Ramesh Ralia, uno scienziato ricercatore, e Pratim Biswas, la Lucy &Stanley Lopata Professor e presidente del Dipartimento di Energia, Ingegneria ambientale e chimica, sia nella Scuola di Ingegneria e Scienze Applicate, scoperto un modo per ridurre l'uso di fertilizzanti a base di fosforo di roccia e vedere ancora miglioramenti nella crescita delle colture alimentari utilizzando nanoparticelle di ossido di zinco.
La ricerca è stata pubblicata il 7 aprile nel Journal of Agricultural and Food Chemistry . Raliya ha affermato che questo è il primo studio che mostra come mobilitare il fosforo nativo nel terreno utilizzando nanoparticelle di ossido di zinco durante il ciclo di vita della pianta, dal seme al raccolto.
Le colture alimentari hanno bisogno di fosforo per crescere, e gli agricoltori utilizzano sempre più fertilizzanti a base di fosforo mentre aumentano i raccolti per sfamare una popolazione mondiale in crescita. Però, le piante possono utilizzare solo circa il 42 percento del fosforo applicato al terreno, così il resto scappa nei corsi d'acqua, dove crescono le alghe che inquinano le nostre fonti d'acqua. Inoltre, quasi l'82 per cento del fosforo mondiale viene utilizzato come fertilizzante, ma è una fornitura limitata, dice Ralia.
"Se gli agricoltori usano la stessa quantità di fosforo che usano ora, l'offerta mondiale si esaurirà in circa 80 anni, " ha detto Raliya. "Ora è il momento per il mondo di imparare a usare il fosforo in modo più sostenibile".
Raliya e i suoi collaboratori, tra cui Jagadish Chandra Tarafdar presso il Central Arid Zone Research Institute di Jodhpur, India, ha creato nanoparticelle di ossido di zinco da un fungo attorno alla radice della pianta che aiuta la pianta a mobilitarsi e ad assorbire i nutrienti nel terreno. Lo zinco è anche un nutriente essenziale per le piante perché interagisce con tre enzimi che mobilitano la complessa forma di fosforo nel terreno in una forma che le piante possono assorbire.
"A causa del cambiamento climatico, la temperatura giornaliera e le quantità di pioggia sono cambiate, " ha detto Raliya. "Quando sono cambiati, cambia anche la microflora del terreno, e una volta che quelli sono esauriti, il fosforo del suolo non può mobilitare il fosforo, quindi l'agricoltore si applica di più. Il nostro obiettivo è aumentare l'attività degli enzimi di diverse volte, così possiamo mobilitare più volte il fosforo nativo".
Quando Raliya e il team hanno applicato le nanoparticelle di zinco alle foglie della pianta di fagioli mung, ha aumentato l'assorbimento del fosforo di quasi l'11% e l'attività dei tre enzimi dall'84 percento al 108 percento. Ciò porta a una minore necessità di aggiungere fosforo al suolo, ha detto Ralia.
"Quando l'attività enzimatica aumenta, non è necessario applicare il fosforo esterno, perché è già nel terreno, ma non in una forma disponibile per l'assorbimento da parte della pianta, " ha detto. "Quando applichiamo queste nanoparticelle, mobilita la forma complessa del fosforo in una forma disponibile."
Il fagiolo verde è un legume coltivato principalmente in Cina, sud-est asiatico e India, dove il 60 per cento della popolazione è vegetariano e fa affidamento su fonti proteiche di origine vegetale. Il fagiolo è adattabile a una varietà di condizioni climatiche ed è molto conveniente per le persone da coltivare.
Raliya ha affermato che il 45% dell'uso mondiale di fosforo per l'agricoltura avviene in India e Cina. Gran parte della fornitura di fosforo nei paesi in via di sviluppo viene importata dagli Stati Uniti e dalle miniere di fosfato naturale con sede in Marocco.
"Speriamo che questo metodo di utilizzo delle nanoparticelle di ossido di zinco possa essere implementato nei paesi in via di sviluppo in cui gli agricoltori utilizzano molto fosforo, " ha detto Ralia.
"Questi paesi dipendono dagli Stati Uniti per esportare loro fosforo, ma in futuro, gli Stati Uniti potrebbero dover aiutare a fornire cibo, anche. Se questa coltura può crescere in modo più sostenibile, sarà utile a tutti».
"Questo è uno sforzo più ampio in corso sul nesso tra cibo, energia e acqua, " Biswas ha detto. "La tecnologia delle nanoparticelle resa possibile dalla scienza dell'aerosol aiuta a sviluppare soluzioni innovative per affrontare questo problema di sfida globale che affrontiamo oggi".