Citrate-functionalized nano-hydroxyapatite as a soil mobile and plant available phosphorus fertilizer

تحتاج النباتات إلى الفوسفور للنمو، وهو عنصر غذائي يعمل كحجر بناء أساسي لطاقتها وبنيتها. في الطبيعة، غالبًا ما يكون هذا العنصر محبوسًا في التربة، ملتصقًا بالجسيمات المعدنية بطريقة تجعل من الصعب على جذور النبات الوصول إليه. وقد اعتمد المزارعون لفترة طويلة على الأسمدة القابلة للذوبان في الماء لتجاوز هذه المشكلة، حيث يصبون شكلًا من أشكال الفوسفور الذي يذوب بسهء في الماء. ومع ذلك، فإن هذا النهج يعيبه خلل: ففي اللحظة التي تلامس فيها المغذيات الذائبة التربة، غالبًا ما يتم احتجازها مرة أخرى بواسطة المعادن ذاتها التي كان من المفترض أن تتجاوزها، مما يجعل الكثير من السماد غير مفيد قبل أن تتمكن النبتة من امتصاصه. ويتضمن البحث عن حل أفضل إيجاد طريقة لتوصيل هذا العنصر الغذائي الأساسي دون أن يعلق، لضمان وصول ما يتم وضعه بالفعل إلى الجذور.

وضع الباحثون استراتيجية جديدة لاختبار مادة تسمى "النانو-هيدروكسي أباتيت"، وهي في الأساس نسخة هندسية متناهية الصغر من معدن يحتوي طبيعيًا على الفوسفور. وبمفرده، تكون هذه المادة كبيرة جدًا ولزجة بحيث يصعب عليها التحرك بفعالية عبر التربة. تساءل الفريق عما إذا كان طلاء هذه الجسيمات الصغيرة بمادة "السيترات"، وهي مركب موجود في الحمضيات، سيغير سلوكها. وافترضوا أن هذا الطلاء قد يعمل مثل الدرع، مما يمنع الجسيمات من الالتصاق بالتربة ويسمح لها بالانتقال لمسافة أبعد نحو جذور النبات. وللتأكد من ذلك، أجروا تجارب في أعمدة تربة وفي إعداد متخصص يسمى "ريزوبوكس" (rhizobox)، والذي يسمح للعلماء بمراقبة كيفية تفاعل الجذور مع التربة المحيطة بها. واستخدموا نبات الشعير الربيعي كنبات للاختبار، وتتبعوا حركة الفوسفور باستخدام علامة مشعة جعلت المغذيات مرئية للباحثين.

أظهرت النتائج فرقًا واضحًا في كيفية تحرك المواد عبر الأرض. فالجسيمات غير المغلفة لم تتحرك تقريبًا، وظلت في مكان وضعها تمامًا. وفي المقابل، سافرت الجسيمات المغلفة بالسيترات لمسافة أبعد بكثير عبر أعمدة التربة، متجاوزة النقطة التي توقف عندها السماد القياسي القابل للذوبان في الماء. وعندما زرع الباحثون الشعير في "الريزوبوكس"، وجدوا أن النباتات التي غُذيت بالجسيمات المغلفة امتصت كمية أكبر بكثير من السماد مقارنة بتلك التي غُذيت بالنسخة القابلة للذوبة القياسية. وباستخدام تقنية "التصوير الشعاعي التلقائي" (autoradiography)، وهي تقنية تنشئ صورة لمكان انتهاء العلامة المشعة، رأوا أن المغذيات من الجسيمات المغلفة وصلت إلى كامل النظام الجذري وانتقلت بنجاح إلى الأجزاء الخضراء من النبات.

وعلى الرغم من تحسن الحركة والامتصاص، كشفت الدراسة عن تفصيل مفاجئ حول كيفية إطلاق المغذيات. فقد توقع الباحثون أن تذوب الجسيمات ببطء بمرور الوقت، لكن الاختبارات الكيميائية أظهرت أن الجسيمات ظلت سليمة إلى حد كبير طوال فترة المراقبة التي استمرت سبعة أسابيع. وهذا يشير إلى أن النباتات كانت قادرة على الوصول إلى الفوسفور دون أن تتحلل الجسيمات تمامًا، وهي عملية تفشل طرق اختبار التربة القياسية غالبًا في اكتشافها. وتشير النتيات إلى أن طلاء هذه الجسيمات المعدنية الصغيرة بالسيترات يمكن أن يساعدها على تجاوز ميل التربة الطبيعي للاحتفاظ بالمغذيات، مما يوفر فوسفورًا للنبات أكثر من الطرق التقليدية. وبينما تؤكد الدراسة أن هذا النهج يعمل بشكل أفضل من السماد القياسي في هذه الظروف المحددة، إلا أنها تسلط الضوء أيضًا على أن العلماء بحاجة إلى طرق جديدة لقياس كيفية سلوك هذه الجسيمات الصغيرة بمجرد وجودها في الأرض.