Удобрения с фосфором и железом растения лучше усваивают в нано-форме
Исследователи предлагают способ, как оптимизировать питание сельхозкультур
Об этом группа ученых (Давид Сега, Джузеппе Чуффреда, Джино Мариотто, Барбара Балдан, Анита Замбони, Зено Варанини) пишут в статье на портале www.nature.com.
Высокопроизводительное земледелие строго зависит от использования удобрений. Однако их эффективность представляет собой предел как для экономики, так и для устойчивости растениеводства.
Это в основном связано с низким значением эффективности использования растениями питательных веществ из удобрений, что составляет менее 50% для азота, около 40% для калия и около 10–20% для фосфора.
Удобрения необходимо улучшать, оптимизируя высвобождение питательных веществ и повышая доступность для сельхозкультур, и нанотехнологии обладают здесь огромным потенциалом для достижения цели.
Фосфор (Р) и железо (Fe) являются важными минеральными веществами в питании растений.
Но современные фосфорные удобрения, представленные сегодня на рынке, имеют очень низкую эффективность усвоения, не превышающую 10–20%. Более того, сырье для производства фосфорных удобрений, запасы каменных фосфатов, истощаются.
Хотя Fe присутствует в почве в больших количествах, элемент редко доступен в аэробных почвах, а его польза ограничены временными рамками.
По оценкам, дефицит фосфора встречается почти в 65% почв, в то время как дефицит железа наблюдается примерно в 30% почв.
Следовательно, очевидна необходимость разработки более эффективных удобрений для этих двух питательных веществ.
Наноматериалы широко используются в медицинских и фармацевтических областях, но не в производстве удобрений. Тем не менее, некоторые недавние работы продемонстрировали многообещающую перспективу в качестве поставщиков минеральных питательных веществ для наноразмерных материалов, содержащих эти элементы, в основном с акцентом на оксиды железа, карбонаты железа и фосфаты кальция.
Во время лабораторных и тепличных опытов фактически установлено, что доступность этих питательных веществ может быть увеличена за счет уменьшения размера оксидов и солей до нанометрового масштаба. С другой стороны, было показано, что один и тот же материал (например, оксид железа) имеет разную эффективность в зависимости от вида растений и субстрата для выращивания.
Известно, что у растений стратегии мобилизации Fe и P имеют несколько общих механизмов, таких как экструзия протонов и секреция карбоновых кислот и фенольных соединений.
По этой причине нано-продукт – FePO 4 NPs – видится многообещающим материалом, обеспечивающим контролируемую доставку двух основных питательных веществ с использованием общих реакций растений.
Крупномасштабное промышленное производство наноудобрений еще не реализовано, и существует потребность в разработке идей и концепций для масштабирования процесса.
Мы разработали непрерывный промышленно масштабируемый метод производства FePO4 NPs, основанные на быстром перемешивании солевых растворов в смесительной камере. Процесс, который включал добавление цитрата в качестве кэпирующего агента, позволил получить стабильную суспензию с течением времени.
Продукты были протестированы на их эффективность в качестве источников P и Fe на двух видах сельскохозяйственных культур, выращиваемых на гидропонике (огурец и кукуруза), сравнивая их эффекты с эффектами ненанометрического FePO 4 (объемный FePO 4).
Результаты показали, что FePO 4 NPs улучшают доступность P и Fe по сравнению с аналогами, не являющимися наночастицами, о чем свидетельствуют индексы SPAD листьев, свежие биомассы и содержание P и Fe в тканях. Результаты открывают новые возможности применения наноразмерных материалов в области питания и удобрения растений.
