Wetenschappers werken ijverig om zich voor te bereiden op de verwachte toename van de wereldbevolking - en dus een grotere behoefte aan voedselproductie - in de komende decennia. Een team van ingenieurs aan de Washington University in St. Louis heeft een duurzame manier gevonden om de groei van een eiwitrijke boon te stimuleren door de manier te verbeteren waarop het de broodnodige voedingsstoffen opneemt.

Ramesh Raliya, een onderzoekswetenschapper, en Pratim Biswas, de Lucy &Stanley Lopata Professor en voorzitter van de afdeling Energie, Milieu &Chemische Technologie, zowel in de School of Engineering &Applied Science, een manier ontdekt om het gebruik van kunstmest gemaakt van steenfosfor te verminderen en nog steeds verbeteringen te zien in de groei van voedselgewassen door zinkoxide-nanodeeltjes te gebruiken.

Het onderzoek is op 7 april gepubliceerd in de Journal of Agricultural and Food Chemistry . Raliya zei dat dit de eerste studie is die laat zien hoe natuurlijke fosfor in de bodem kan worden gemobiliseerd met behulp van zinkoxide-nanodeeltjes gedurende de levenscyclus van de plant. van zaad tot oogst.

Voedselgewassen hebben fosfor nodig om te groeien, en boeren gebruiken steeds meer meststoffen op basis van fosfor omdat ze meer gewassen krijgen om een ​​groeiende wereldbevolking te voeden. Echter, de planten kunnen slechts ongeveer 42 procent van de fosfor gebruiken die in de bodem wordt aangebracht, zodat de rest wegvloeit in de waterstromen, waar het algen groeit die onze waterbronnen vervuilen. In aanvulling, bijna 82 procent van 's werelds fosfor wordt gebruikt als meststof, maar het is een beperkte voorraad, zegt Raliya.

"Als boeren dezelfde hoeveelheid fosfor gebruiken als nu, de wereldvoorraad zal over ongeveer 80 jaar uitgeput zijn, "Zei Raliya. "Dit is het moment voor de wereld om te leren hoe ze fosfor op een duurzamere manier kan gebruiken."

Raliya en zijn medewerkers, waaronder Jagadish Chandra Tarafdar van het Central Arid Zone Research Institute in Jodhpur, Indië, creëerde zinkoxide nanodeeltjes uit een schimmel rond de wortel van de plant die de plant helpt bij het mobiliseren en opnemen van de voedingsstoffen in de bodem. Zink is ook een essentiële voedingsstof voor planten omdat het interageert met drie enzymen die de complexe vorm van fosfor in de bodem mobiliseren in een vorm die planten kunnen opnemen.

"Als gevolg van klimaatverandering, de dagelijkse temperatuur en neerslaghoeveelheden zijn veranderd, " zei Raliya. "Toen ze veranderden, ook de microflora in de bodem verandert, en als die eenmaal op zijn, de bodemfosfor kan de fosfor niet mobiliseren, dus de boer past meer toe. Ons doel is om de activiteit van de enzymen meervoudig te verhogen, zodat we de natuurlijke fosfor meervoudig kunnen mobiliseren."

Toen Raliya en het team de zink-nanodeeltjes op de bladeren van de mungbonenplant aanbrachten, het verhoogde de opname van fosfor met bijna 11 procent en de activiteit van de drie enzymen met 84 procent tot 108 procent. Dat leidt tot minder fosfaattoevoeging aan de bodem, zei Raliya.

"Als de enzymactiviteit toeneemt, u hoeft de externe fosfor niet toe te passen, omdat het al in de grond zit, maar niet in een voor de plant beschikbare vorm om op te nemen, " zei hij. "Als we deze nanodeeltjes toepassen, het mobiliseert de complexe vorm van fosfor naar een beschikbare vorm."

De mungboon is een peulvrucht die voornamelijk in China wordt geteeld, Zuidoost-Azië en India, waar 60 procent van de bevolking vegetarisch is en afhankelijk is van plantaardige eiwitbronnen. De boon is aanpasbaar aan verschillende klimaatomstandigheden en is zeer betaalbaar voor mensen om te kweken.

Raliya zei dat 45 procent van het wereldwijde fosforgebruik voor de landbouw plaatsvindt in India en China. Een groot deel van het fosforaanbod in ontwikkelingslanden wordt geïmporteerd uit steenfosfaatmijnen in de Verenigde Staten en Marokko.

"We hopen dat deze methode van het gebruik van zinkoxide-nanodeeltjes kan worden ingezet in ontwikkelingslanden waar boeren veel fosfor gebruiken, ' zei Raliya.

"Deze landen zijn afhankelijk van de VS om fosfor naar hen te exporteren, maar in de toekomst de VS moeten mogelijk helpen bij het leveren van voedsel, ook. Als dit gewas duurzamer kan groeien, het zal voor iedereen nuttig zijn."

"Dit is een bredere inspanning op het gebied van voedsel, energie en water, " zei Biswas. "Nanodeeltjestechnologie mogelijk gemaakt door aerosolwetenschap helpt bij het ontwikkelen van innovatieve oplossingen om dit wereldwijde uitdagingsprobleem aan te pakken waarmee we vandaag worden geconfronteerd."