Forskare vid Washington University i St Louis hoppas att nanopartikelteknologi kan bidra till att minska behovet av gödningsmedel, skapa ett mer hållbart sätt att odla grödor som mungbönor.
Forskare arbetar hårt för att förbereda sig för den förväntade ökningen av global befolkning – och därmed ett ökat behov av livsmedelsproduktion – under de kommande decennierna. Ett team av ingenjörer vid Washington University i St. Louis har hittat ett hållbart sätt att öka tillväxten av en proteinrik böna genom att förbättra hur den absorberar välbehövliga näringsämnen.
Ramesh Raliya, en forskare, och Pratim Biswas, Lucy &Stanley Lopata professor och ordförande för institutionen för energi, Miljö- och kemiteknik, både vid Tekniska högskolan och tillämpad vetenskap, upptäckte ett sätt att minska användningen av gödningsmedel gjorda av stenfosfor och fortfarande se förbättringar i tillväxten av matgrödor genom att använda nanopartiklar av zinkoxid.
Forskningen publicerades den 7 april i Journal of Agricultural and Food Chemistry . Raliya sa att detta är den första studien som visar hur man mobiliserar inhemsk fosfor i marken med hjälp av zinkoxid -nanopartiklar under växtens livscykel, från frö till skörd.
Matgrödor behöver fosfor för att växa, och bönder använder mer och mer fosforbaserat gödselmedel när de ökar grödorna för att mata en växande världsbefolkning. Dock, växterna kan bara använda cirka 42 procent av den fosfor som appliceras på jorden, så resten rinner ut i vattenströmmarna, där det växer alger som förorenar våra vattenkällor. Dessutom, nästan 82 procent av världens fosfor används som gödningsmedel, men det är ett begränsat utbud, Säger Raliya.
"Om bönder använder samma mängd fosfor som de använder nu, världens försörjning kommer att vara uttömd om cirka 80 år, "Raliya sa." Nu är det dags för världen att lära sig att använda fosfor på ett mer hållbart sätt. "
Raliya och hans medarbetare, inklusive Jagadish Chandra Tarafdar vid Central Arid Zone Research Institute i Jodhpur, Indien, skapat zinkoxidnanopartiklar från en svamp runt växtens rot som hjälper växten att mobilisera och ta upp näringsämnena i jorden. Zink är också ett viktigt näringsämne för växter eftersom det interagerar med tre enzymer som mobiliserar den komplexa formen av fosfor i jorden till en form som växter kan absorbera.
"På grund av klimatförändringarna den dagliga temperaturen och nederbörden har ändrats, " sa Raliya. "När de ändrade sig, mikrofloran i jorden förändras också, och när de väl är slut, jordfosfor kan inte mobilisera fosfor, så bonden tillämpar mer. Vårt mål är att öka aktiviteten hos enzymerna med flera gånger, så att vi kan mobilisera den naturliga fosforn flera gånger."
När Raliya och teamet applicerade zink -nanopartiklarna på bladen på mungböna -växten, det ökade upptaget av fosfor med nästan 11 procent och aktiviteten hos de tre enzymerna med 84 procent till 108 procent. Det leder till ett mindre behov av att tillföra fosfor i marken, Sa Raliya.
"När enzymaktiviteten ökar, du behöver inte applicera den externa fosforn, för det är redan i jorden, men inte i en tillgänglig form för växten att ta upp, " sa han. "När vi applicerar dessa nanopartiklar, det mobiliserar den komplexa formen av fosfor till en tillgänglig form. "
Mungbönan är en baljväxt som huvudsakligen odlas i Kina, Sydostasien och Indien, där 60 procent av befolkningen är vegetarian och förlitar sig på växtbaserade proteinkällor. Bönan är anpassningsbar till en mängd olika klimatförhållanden och är mycket prisvärd för människor att odla.
Raliya sa att 45 procent av den globala fosforanvändningen för jordbruk sker i Indien och Kina. Mycket av fosforförsörjningen i utvecklingsländer importeras från USA och Marocko-baserade bergfosfatgruvor.
"Vi hoppas att denna metod att använda zinkoxidnanopartiklar kan användas i utvecklingsländer där bönder använder mycket fosfor, " sa Raliya.
"Dessa länder är beroende av att USA exporterar fosfor till dem, men i framtiden, USA kan behöva hjälpa till att leverera mat, också. Om denna gröda kan växa på ett mer hållbart sätt, det kommer att vara till hjälp för alla."
"Detta är en bredare satsning som pågår i samband med mat, energi och vatten, " Sa Biswas. "Nanopartikelteknologi som möjliggörs av aerosolvetenskap hjälper till att utveckla innovativa lösningar för att ta itu med detta globala utmaningsproblem som vi står inför idag."
