Nanopartikler er en bæredygtig måde at dyrke fødevareafgrøder på

Forskere arbejder ihærdigt på at forberede sig på den forventede stigning i den globale befolkning – og derfor et øget behov for fødevareproduktion – i de kommende årtier. Et team af ingeniører ved Washington University i St. Louis har fundet en bæredygtig måde at booste væksten af ​​en proteinrig bønne på ved at forbedre den måde, den absorberer tiltrængte næringsstoffer.

Ramesh Raliya, en forsker, og Pratim Biswas, Lucy &Stanley Lopata professor og formand for Institut for Energi, Miljø- og kemiteknik, både på School of Engineering &Applied Science, opdaget en måde at reducere brugen af ​​gødning fremstillet af stenfosfor og stadig se forbedringer i væksten af ​​fødevareafgrøder ved at bruge zinkoxid-nanopartikler.

Forskningen blev offentliggjort den 7. april i Tidsskrift for landbrugs- og fødevarekemi . Raliya sagde, at dette er den første undersøgelse, der viser, hvordan man mobiliserer naturligt fosfor i jorden ved hjælp af zinkoxidnanopartikler over plantens livscyklus, fra frø til høst.

Fødevareafgrøder har brug for fosfor for at vokse, og landmænd bruger mere og mere fosforbaseret gødning, efterhånden som de øger afgrøderne for at brødføde en voksende verdensbefolkning. Imidlertid, planterne kan kun bruge omkring 42 procent af den fosfor, der tilføres jorden, så resten løber ud i vandstrømmene, hvor den dyrker alger, der forurener vores vandkilder. Ud over, næsten 82 procent af verdens fosfor bruges som gødning, men det er et begrænset udbud, siger Raliya.

"Hvis landmænd bruger den samme mængde fosfor, som de bruger nu, verdens forsyning vil være opbrugt om omkring 80 år, " sagde Raliya. "Nu er det på tide, at verden lærer at bruge fosfor på en mere bæredygtig måde."

Raliya og hans samarbejdspartnere, inklusive Jagadish Chandra Tarafdar ved Central Arid Zone Research Institute i Jodhpur, Indien, skabt zinkoxid-nanopartikler fra en svamp omkring plantens rod, der hjælper planten med at mobilisere og optage næringsstofferne i jorden. Zink er også et vigtigt næringsstof for planter, fordi det interagerer med tre enzymer, der mobiliserer den komplekse form af fosfor i jorden til en form, som planter kan absorbere.

"På grund af klimaændringer, den daglige temperatur og nedbørsmængderne har ændret sig, " sagde Raliya. "Da de ændrede sig, mikrofloraen i jorden ændres også, og når de først er opbrugt, jordens fosfor kan ikke mobilisere fosforet, så landmanden anvender mere. Vores mål er at øge enzymernes aktivitet flere gange, så vi kan mobilisere det oprindelige fosfor flere gange."

Da Raliya og holdet påførte zink-nanopartiklerne på bladene af mungbønneplanten, det øgede optagelsen af ​​fosfor med næsten 11 procent og aktiviteten af ​​de tre enzymer med 84 procent til 108 procent. Det fører til et mindre behov for at tilføre fosfor til jorden, sagde Raliya.

"Når enzymaktiviteten øges, du behøver ikke påføre det eksterne fosfor, fordi det allerede er i jorden, men ikke i en tilgængelig form, som planten kan optage, " sagde han. "Når vi anvender disse nanopartikler, det mobiliserer den komplekse form af fosfor til en tilgængelig form."

Mungbønnen er en bælgfrugt, der hovedsageligt dyrkes i Kina, Sydøstasien og Indien, hvor 60 procent af befolkningen er vegetarer og er afhængige af plantebaserede proteinkilder. Bønnen kan tilpasses til en række forskellige klimaforhold og er meget overkommelig for folk at dyrke.

Raliya sagde, at 45 procent af det verdensomspændende fosforforbrug til landbrug finder sted i Indien og Kina. Meget af fosforforsyningen i udviklingslandene importeres fra USA og Marokko-baserede stenfosfatminer.

"Vi håber, at denne metode til brug af zinkoxidnanopartikler kan anvendes i udviklingslande, hvor landmænd bruger meget fosfor, " sagde Raliya.

"Disse lande er afhængige af USA for at eksportere fosfor til dem, men i fremtiden, USA skal muligvis hjælpe med at levere mad, såvel. Hvis denne afgrøde kan vokse på en mere bæredygtig måde, det vil være nyttigt for alle."

"Dette er en bredere indsats i gang i forbindelse med mad, energi og vand, " sagde Biswas. "Nanopartikelteknologi aktiveret af aerosolvidenskab hjælper med at udvikle innovative løsninger til at løse dette globale udfordringsproblem, som vi står over for i dag."