Onderzoekers bereiken een efficiënte afgifte van voedingsstoffen aan de bladeren van gewassen door middel van oppervlakteruwheidstechniek van nanomaterialen

Een team onder leiding van prof. Wang Guozhong en Zhou Hongjian van het Institute of Solid State Physics (ISSP), Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) heeft met succes gebruik gemaakt van oppervlakteruwheidstechniek van op silicium gebaseerde nanomaterialen om een ​​efficiënte levering van essentiële voedingsstoffen aan de bladeren van het gewas te bereiken.

Hun bevindingen, gepubliceerd in ACS Nanoonthullen een nieuwe strategie voor het maximaliseren van de opname van voedingsstoffen in gewassen.

Conventionele bodembemesting omvat het aanbrengen van voedingsstoffen op de bodem, terwijl bladbemesting ervoor zorgt dat voedingsstoffen rechtstreeks op de bladoppervlakken van het gewas worden gespoten. Hierdoor kunnen de voedingsstoffen direct deelnemen aan het gewasmetabolisme en de synthese van organische stof. Vanwege het lotusbladeffect op de bladeren van gewassen glippen bladvoedingsstoffen echter vaak weg tijdens het spuiten of worden ze weggespoeld door regen, waardoor ze in het milieu terechtkomen. Daarom was er een oplossing nodig om een ​​kunstmesttechnologie te ontwikkelen die zich efficiënt kan hechten aan hydrofobe bladoppervlakken.

In deze studie richtten de onderzoekers zich op de instabiliteit van bepaalde meststoffen tijdens de toepassing, zoals de oxidatie van het ijzerhoudende element Fe(II) tot Fe(III), dat planten moeilijk kunnen opnemen. Ze ontwikkelden een pH-gecontroleerd, oxidatiebestendig toedieningssysteem voor ferrobladmeststoffen (ORFFF), waarbij gebruik werd gemaakt van milieuvriendelijke, op silicium gebaseerde micro-/nanomaterialen als dragers.

Door vitamine C als in-situ antioxidant op te nemen, verlicht het systeem het ijzertekort in gewassen en verbetert het de gewasopbrengst. De unieke holle structuur en de dichte gelaagde nanosheets van het ORFFF zorgen ervoor dat het een uitstekende ijzerhoudende antioxidantcapaciteit, een hoge bladadhesie-efficiëntie, een langzame afgifte van voedingsstoffen en een uitzonderlijke regenvastheid op plantenbladeren bezit.

In voorgaande jaren gebruikte het team oppervlakteruwheidstechniek met nano-silica om drie nieuwe soorten bladstikstofmeststoffen te creëren met verschillende oppervlaktevormen: vast, hol en zee-egelvormig. Vergeleken met typische bladstikstofmeststoffen vertoonden deze nanogestructureerde meststoffen een significant hogere adhesie op pinda- en maïsbladeren, met een adhesievermogen van respectievelijk 5,9 keer en 2,2 keer groter.

Maïszaailingen behandeld met de nanogestructureerde meststoffen vertoonden een 2,3 keer betere stikstofgebruik. De micro-nanostructuur en de hoge oppervlakteruwheid van de dragers optimaliseren hun eigenschappen en verbeteren de bevochtigbaarheid van de meststoffen en de hechting aan de bladeren van het gewas.

Om het magnesiumtekort in de moderne landbouw aan te pakken, ontwikkelden de onderzoekers bovendien een bladmagnesiummeststof genaamd pomponachtige magnesiumbladmeststof (PMFF). Met behulp van een door ammoniak ondersteunde opoffering van nano-silica-sjabloon construeerden ze het voedingselement magnesium rechtstreeks op het nano-silica-sjabloon.

De afgifte van magnesium uit PMFF zou kunnen worden gecontroleerd door de pH van de oplossing tijdens de bemesting aan te passen om aan de magnesiumbehoefte in verschillende stadia van de gewasgroei te voldoen. Met PMFF behandelde tomatenzaailingen vertoonden een magnesiumverbruik dat 9,0 keer hoger was dan dat van standaard bladmagnesiummeststoffen.

Deze innovatieve bevindingen bieden een haalbare aanpak voor het gebruik van intelligent ontworpen nanomaterialen om de effectieve levering van nano-landbouwmeststoffen te vergemakkelijken, waardoor nieuwe mogelijkheden worden geboden voor het verbeteren van de voeding en productiviteit van gewassen.