Un team guidato dal Prof. Wang Guozhong e Zhou Hongjian dell'Istituto di fisica dello stato solido (ISSP), Istituto di scienze fisiche Hefei (HFIPS) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha utilizzato con successo l'ingegneria della rugosità superficiale di nanomateriali a base di silicio per ottenere un apporto efficiente di nutrienti essenziali alle foglie delle colture.
I loro risultati, pubblicati su ACS Nano , rivelano una nuova strategia per massimizzare l'assorbimento dei nutrienti nelle colture.
La fertilizzazione convenzionale del terreno prevede l’applicazione di nutrienti al terreno, mentre la fertilizzazione fogliare consente di spruzzare i nutrienti direttamente sulle superfici fogliari delle colture. Ciò consente ai nutrienti di partecipare direttamente al metabolismo delle colture e alla sintesi della sostanza organica. Tuttavia, a causa dell’effetto foglia di loto sulle foglie delle colture, i nutrienti fogliari spesso scivolano via durante l’irrorazione o vengono dilavati dalla pioggia, finendo nell’ambiente. Pertanto, era necessaria una soluzione per sviluppare una tecnologia di fertilizzazione in grado di aderire in modo efficiente alle superfici fogliari idrofobiche.
In questo studio, i ricercatori hanno affrontato l'instabilità di alcuni fertilizzanti durante l'applicazione, come l'ossidazione dell'elemento ferroso Fe(II) in Fe(III), che le piante faticano ad assorbire. Hanno sviluppato un sistema di somministrazione di fertilizzante fogliare ferroso resistente all'ossidazione (ORFFF) a pH controllato utilizzando micro/nanomateriali ecologici a base di silicio come trasportatori.
Incorporando la vitamina C come antiossidante in situ, il sistema allevia la carenza di ferro nelle colture e migliora la resa delle colture. L'esclusiva struttura cava e i densi nanofogli a strati incrociati dell'ORFFF gli consentono di possedere un'eccellente capacità antiossidante ferrosa, un'elevata efficienza di adesione fogliare, capacità nutritiva a rilascio lento ed eccezionale resistenza alla pioggia sulle foglie delle piante.
Negli anni precedenti, il team ha utilizzato l’ingegneria della rugosità superficiale con la nano-silice per creare tre nuovi tipi di fertilizzanti fogliari azotati con diverse forme superficiali:solida, cava e a forma di riccio di mare. Rispetto ai tipici fertilizzanti fogliari azotati, questi fertilizzanti nanostrutturati hanno mostrato un'adesione significativamente più elevata sulle foglie di arachidi e mais, con capacità di adesione rispettivamente 5,9 volte e 2,2 volte maggiori.
Le piantine di mais trattate con fertilizzanti nanostrutturati hanno mostrato un miglioramento di 2,3 volte nell’utilizzo dell’azoto. La struttura micro-nano e l'elevata ruvidità superficiale dei supporti ne ottimizzano le qualità e migliorano la bagnabilità dei fertilizzanti e l'aderenza alle foglie delle colture.
Inoltre, per affrontare la carenza di magnesio nell’agricoltura moderna, i ricercatori hanno anche sviluppato un fertilizzante fogliare al magnesio chiamato fertilizzante fogliare al magnesio simile al pompon (PMFF). Utilizzando un modello sacrificale di nano silice assistito da ammoniaca, hanno costruito l'elemento nutritivo magnesio direttamente sul modello di nano silice.
Il rilascio di magnesio dal PMFF potrebbe essere controllato regolando il pH della soluzione durante la fertilizzazione per soddisfare le richieste di magnesio nelle diverse fasi della crescita delle colture. Le piantine di pomodoro trattate con PMFF hanno dimostrato un tasso di consumo di magnesio 9,0 volte superiore a quello dei fertilizzanti fogliari a base di magnesio standard.
Questi risultati innovativi offrono un approccio praticabile per l'utilizzo di nanomateriali ingegnerizzati intelligenti per facilitare la fornitura efficace di fertilizzanti nano-agricoli, offrendo nuove possibilità per migliorare la nutrizione e la produttività delle colture.
Ulteriori informazioni: Wenchao Li et al, Nanosistema di silicio resistente all'ossidazione per la distribuzione fogliare ferrosa controllata intelligente alle colture, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c05120
Informazioni sul giornale: ACS Nano
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
