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

Planten hebben fosfor nodig om te groeien, een nutriënt dat fungeert als een fundamentele bouwsteen voor hun energie en structuur. In de natuur is dit element vaak opgesloten in de bodem, vastgeplakt aan mineraaldeeltjes op een manier die het voor plantenwortels moeilijk maakt om erbij te komen. Boeren vertrouwen al lang op wateroplosbare meststoffen om dit probleem te omzeilen, door een vorm van fosfor toe te voegen die gemakkelijk in water oplost. Deze aanpak heeft echter een gebrek: op het moment dat het oplosbare nutriënt de bodem raakt, wordt het vaak direct weer gevangen door precies die mineralen die het probeerde te omzeilen, waardoor een groot deel van de meststof nutteloos wordt voordat de plant het kan opnemen. De zoektocht naar een betere oplossing houdt in dat men een manier zoekt om dit essentiële nutriënt toe te dienen zonder dat het blijft steken, zodat wat wordt toegepast daadwerkelijk de wortels bereikt.

Onderzoekers zetten zich in om een nieuwe strategie te testen met behulp van een materiaal genaamd nano-hydroxyapatiet, wat in essentie een piepkleine, kunstmatig vervaardigde versie is van een mineraal dat van nature fosfor bevat. Op zichzelf is dit materiaal te groot en te plakkerig om effectief door de bodem te bewegen. Het team vroeg zich af of het coaten van deze kleine deeltjes met citraat, een verbinding die in citrusvruchten voorkomt, hun gedrag zou veranderen. Zij hypotheseerden dat deze coating als een schild zou kunnen fungeren, waardoor de deeltjes niet aan de bodem blijven plakken en ze verder naar de plantenwortels kunnen reizen. Om dit te achterhalen, voerden zij experimenten uit in bodemkolommen en in een speciale opstelling genaamd een rhizobox, die wetenschappers in staat stelt te observeren hoe wortels interageren met de bodem om hen heen. Ze gebruikten gerst als proefplant en volgden de beweging van de fosfor met behulp van een radioactieve label die het nutriënt zichtbaar maakte voor de onderzoekers.

De resultaten toonden een duidelijk verschil in hoe de materialen door de grond bewogen. De ongecoate deeltjes bewogen nauwelwel niet, maar bleven precies daar waar ze waren geplaatst. In tegen tegenstelling hiertoe reisden de met citraat gecoate deeltjes aanzienlijk verder door de bodemkolommen, waarbij ze voorbij het punt kwamen waar de standaard wateroplosbare meststof al was blijven steken. Wanneer de onderzoekers gerst kweekten in de rhizobox, ontdekten zij dat de planten die gevoed werden met de gecoate deeltjes veel meer van de meststof opnamen dan de planten die gevoed werden met de standaard oplosbare versie. Met behulp van autoradiografie, een techniek die een afbeelding maakt van waar de radioactieve label terechtkwam, zagen zij dat het nutriënt van de gecoate deeltjes het gehele wortelstelsel bereikte en succesvol werd getransporteerd naar de groene scheuten van de plant.

Ondanks de verbeterde beweging en opname, onthulde de studie een verrassend detail over de wijze waarop het nutriënt werd vrijgegeven. De onderzoekers verwachtten dat de deeltjes langzaam over tijd zouden oplossen, maar chemische tests toonden aan dat de deeltjes gedurende de zeven weken durende observatieperiode grotendeels intact bleven. Dit suggereert dat de planten in staat waren om toegang te krijgen tot de fosfor zonder dat de deeltjes volledig afbraken, een proces dat standaard bodemtestmethoden vaak niet detecteren. De bevindingen wijzen erop dat het coaten van deze minuscule mineraaldeeltjes met citraat kan helpen om de natuurlijke neiging van de bodem om voedingsstoffen vast te houden te omzeilen, waardoor er meer fosfor bij de plant terechtkomt dan met conventionele methoden. Hoewel de studie bevestigt dat deze aanpak onder deze specifieke omstandigheden beter werkt dan de standaard meststof, benadrukt het ook dat wetenschappers nieuwe manieren nodig hebben om exact te meten hoe deze piepkleine deeltjes zich in de grond gedragen.