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

Le piante hanno bisogno di fosforo per crescere, un nutriente che funge da elemento fondamentale per la loro energia e struttura. In natura, questo elemento è spesso intrappolato nel suolo, attaccato alle particelle minerali in un modo che rende difficile il raggiungimento da parte delle radici delle piante. Gli agricoltori si sono affidati a lungo a fertilizzanti idrosolubili per aggirare questo problema, versando una forma di fosforo che si scioglie facilmente in acqua. Tuttavia, questo approccio presenta un difetto: nel momento in cui il nutriente solubile colpisce il terreno, viene spesso intrappolato nuovamente dai medesimi minerali che doveva aggirare, rendendo gran parte del fertilizzante inutile prima ancora che la pianta possa consumarlo. La ricerca di una soluzione migliore consiste nel trovare un modo per consegnare questo nutriente essenziale senza che rimanga bloccato, assicurando che ciò che viene applicato raggiunga effettivamente le radici.

I ricercatori si sono posti l'obiettivo di testare una nuova strategia utilizzando un materiale chiamato nano-idrossiapatite, che è essenzialmente una versione ingegnerizzata e minuscola di un minerale che contiene naturalmente fosforo. Di per sé, questo materiale è troppo grande e appiccicoso per muoversi efficacemente attraverso il suolo. Il team si è chiesto se rivestire queste minuscole particelle con il citrato, un composto presente nei frutti degli agrumi, ne avrebbe cambiato il comportamento. Ipotizzarono che questo rivestimento potesse agire come uno scudo, impedendo alle particelle di attaccarsi al suolo e permettendo loro di viaggiare più lontano verso le radici delle piante. Per scoprirlo, hanno condotto esperimenti in colonne di suolo e in un allestimento specializzato chiamato rhizobox, che permette agli scienziati di osservare come le radici interagiscono con il terreno circostante. Hanno utilizzato l'orzo primaverile come pianta di prova e hanno tracciato il movimento del fosforo utilizzando un tracciante radioattivo che rendeva il nutriente visibile ai ricercatori.

I risultati hanno mostrato una chiara differenza nel modo in cui i materiali si muovevano nel terreno. Le particelle non rivestite si sono mosse appena, rimanendo esattamente dove erano state collocate. Al contrario, le particelle rivestite con citrato hanno viaggiato significativamente più lontano attraverso le colonne di suolo, superando il punto in cui il normale fertilizzante idrosolubile si era già bloccato. Quando i ricercatori hanno coltivato l'orzo nel rhizobox, hanno scoperto che le piante alimentate con le particelle rivestite assorbivano molto più fertilizzante rispetto a quelle alimentate con la versione solubile standard. Utilizzando l'autoradiografia, una tecnica che crea un'immagine di dove finisce il tracciante radioattivo, hanno visto che il nutriente proveniente dalle particelle rivestite raggiungeva l'intero apparato radicale e veniva trasportato con successo verso i germogli verdi della pianta.

Nonostante il miglioramento nel movimento e nell'assorbimento, lo studio ha rivelato un dettaglio sorprendente su come il nutriente venisse rilasciato. I ricercatori si aspettavano che le particelle si sciogliessero lentamente nel tempo, ma i test chimici hanno mostrato che le particelle rimanevano ampiamente intatte durante l'intero periodo di osservazione di sette settimane. Ciò suggerisce che le piante siano state in grado di accedere al fosforo senza che le particelle si decomponessero completamente, un processo che i metodi standard di analisi del suolo spesso non riescono a rilevare. I risultati indicano che rivestire queste minuscole particelle minerali con il citrato può aiutare a superare la naturale tendenza del suolo a trattenere i nutrienti, consegnando più fosforo alla pianta rispetto ai metodi convenzionali. Sebbene lo studio confermi che questo approccio funzioni meglio del fertilizzante standard in queste specifiche condizioni, evidenzia anche che gli scienziati hanno bisogno di nuovi modi per misurare esattamente come queste minuscole particelle si comportano una volta nel terreno.