Investigadores de la Universidad de Delaware han descubierto comportamientos únicos de las nanopartículas de hidroxiapatita (HANP) que se muestran prometedores como nanofertilizantes de fósforo y podrían usarse para ayudar a retardar la liberación de fósforo en el suelo.

Esto aumentaría la eficiencia de absorción de fósforo en el cultivo de plantas y también en la protección de sitios ambientalmente sensibles. incluyendo cuerpos de agua, reduciendo la carga de nutrientes, lo cual es importante porque el fósforo es un recurso no renovable y un nutriente esencial para la producción agrícola.

Financiado por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA), la investigación fue realizada por Dengjun Wang, investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencias Vegetales y del Suelo de la Facultad de Agricultura y Recursos Naturales de la UD; Yan Jin, profesor de ciencias de las plantas y del suelo con nombramiento conjunto en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental; y Deb Jaisi, profesor asistente de ciencias de las plantas y el suelo con nombramiento conjunto en el Departamento de Ciencias Geológicas.

Los HANP son conocidos como absorbentes fuertes de contaminantes como metales pesados ​​y radionúclidos y ya se están utilizando para remediar suelos. sedimentos y aguas subterráneas. Sin embargo, su potencial como un mejor fertilizante de fósforo en la agricultura acaba de comenzar a explorarse por completo, dijeron los investigadores.

El fertilizante a base de nanopartículas tiene tres ventajas principales sobre los fertilizantes de fósforo convencionales en que no libera fósforo tan rápidamente como los fertilizantes convencionales. no cambia el pH del suelo con la liberación de fósforo y la pérdida de fósforo del suelo es baja. La liberación lenta y constante de fósforo permite que las plantas absorban continuamente el nutriente a medida que crecen.

Jaisi dijo que la forma en que el fósforo se aplica actualmente a los suelos en fertilizantes es como si alguien tomara una tableta de glucosa en lugar de recibirla a través de un goteo intravenoso. Si bien un fertilizante de fósforo comercial llega al suelo de una vez y no deja suficiente tiempo para que la planta lo absorba, resultando en una pérdida de fósforo en la escorrentía o por lixiviación, los HANP proporcionan una liberación lenta de fósforo durante un período de tiempo prolongado.

"Cuando se libera fósforo de los HANP, no aumenta la acidez del suelo, ", dijo Jaisi." Hubo un problema de acidificación global del suelo después de la Revolución Verde (agricultura), una consecuencia directa de la aplicación de fertilizantes químicos. El costo de revertir el pH del suelo al óptimo para la producción de cultivos es extremadamente alto ".

A medida que ha aumentado la demanda de alimentos para una población en crecimiento, también lo ha hecho la aplicación de fertilizantes con fósforo, lo que ha llevado a la pérdida de fósforo de los suelos agrícolas a las aguas abiertas y ha provocado la eutrofización en áreas ambientalmente sensibles como la Bahía de Chesapeake. Con la capacidad de los HANP para liberar fósforo lentamente, las nanopartículas podrían resultar beneficiosas para el medio ambiente al reducir la pérdida de fósforo en aguas abiertas.

"Puede minimizar ese riesgo y, al mismo tiempo, aumentar la disponibilidad de fósforo durante un período de tiempo más largo durante el crecimiento de la planta, "dijo Jin.

"Creo que el objetivo sería explorar si se trata de una forma viable de fertilizante de fósforo para su uso a gran escala, ", agregó." Hemos estado aplicando mucho fósforo al suelo durante muchos años, y la fuente disponible está disminuyendo. Necesitamos encontrar nuevos productos y nuevas formas de suministrar el nutriente, al mismo tiempo que se minimizan los impactos ambientales ".

"Uno de los principales objetivos de este trabajo, "Jaisi dijo, "fue analizar el destino de estas nanopartículas:si las mismas nanopartículas se alejan del suelo hacia aguas abiertas o si permanecen en el suelo, y cómo interactúan con otras nanopartículas en el suelo. Esto es importante porque para la mejor utilización del fósforo, Los HANP deben permanecer en el suelo durante un tiempo prolongado y no perderse por escorrentía o lixiviación ".

Wang dijo que los HANP tienen poca movilidad, y la presencia de otras nanopartículas en el suelo, como los óxidos de hierro cargados positivamente que son omnipresentes en el suelo y otros entornos subterráneos, se fijarían a las partículas HANP cargadas negativamente y ralentizarían su movimiento.

Jin explicó que para que las plantas absorban el fósforo de los HANP, necesita ser liberado de las nanopartículas. "Cuando las plantas crecen, liberan continuamente diferentes tipos de ácidos orgánicos de bajo peso molecular como el ácido oxálico y el ácido cítrico. Los ácidos que ingresan al suelo interactuarán con esas partículas para que el fósforo pueda ser liberado y absorbido por las plantas. "dijo Jin.

Wang dijo que el proceso es muy dinámico. "La planta libera continuamente ácidos orgánicos y estos ácidos orgánicos disolverán los HANP, haciendo que el fósforo esté disponible para la planta. La tasa de liberación en presencia de estos ácidos orgánicos y la posibilidad de que los HANP sean un fertilizante de fósforo están siendo investigadas actualmente por el equipo de investigación. "

Al llegar a sus conclusiones, el equipo examinó cómo interactúan los HANP con nanopartículas de goethita (PNB) de origen natural, un óxido de hierro común en los suelos, investigar el co-transporte y retención de HANP y PNB en columnas de arena saturadas de agua en condiciones de transporte ambientalmente relevantes.

Wang dijo que la nanopartícula con la que trabaja el grupo es muy pequeña, que van desde un nanómetro hasta 100 nanómetros, siendo un nanómetro aproximadamente 10, 000 veces más pequeño que el diámetro de un cabello humano.

"Estas partículas muy pequeñas tienen grandes áreas de superficie específicas y alta reactividad; son fantásticas para una variedad de aplicaciones en varios campos, incluida la agricultura, " él dijo.