Инженерная настройка шероховатости поверхности наноматериалов повышает эффективность доставки питательных веществ на листья сельскохозяйственных культур
Группа под руководством профессоров Ван Гочжуна и Чжоу Хунцзяня из Института физики твердого тела (ISSP) Хэфэйского института физических наук (HFIPS) Китайской академии наук (CAS) успешно использовала инженерную настройку шероховатости поверхности кремнийсодержащих наноматериалов для эффективной доставки необходимых питательных веществ на листья сельскохозяйственных культур.
Их результаты, опубликованные в ACS Nano, раскрывают новую стратегию для максимизации усвоения питательных веществ культурами.
При традиционном почвенном внесении удобрений питательные вещества вносятся в почву, тогда как листовая (внекорневая) подкормка позволяет распылять их непосредственно на поверхность листьев. Это позволяет питательным веществам напрямую участвовать в метаболизме растений и синтезе органических веществ. Однако из-за «эффекта лотоса» на листьях культур питательные вещества часто соскальзывают при опрыскивании или смываются дождем, попадая в окружающую среду. Поэтому требовалось решение для создания технологии удобрений, способных эффективно прилипать к гидрофобной поверхности листьев.
В этом исследовании ученые решили проблему нестабильности некоторых удобрений при применении, например, окисления двухвалентного железа Fe(II) до Fe(III), которое растения плохо усваивают. Они разработали систему доставки устойчивого к окислению листового удобрения на основе двухвалентного железа (ORFFF) с контролируемым pH, используя экологически чистые кремнийсодержащие микро/наноматериалы в качестве носителей.
Благодаря включению витамина C в качестве in-situ антиоксиданта система устраняет дефицит железа у культур и повышает урожайность. Уникальная полая структура и плотные перекрестные нанолисты ORFFF позволяют ему обладать отличной антиоксидантной способностью для двухвалентного железа, высокой эффективностью прилипания к листьям, способностью к медленному высвобождению питательных веществ и исключительной устойчивостью к смыванию дождем с листьев растений.
В предыдущие годы команда использовала инженерную настройку шероховатости поверхности с нанокремнеземом для создания трех новых типов листовых азотных удобрений с разной формой поверхности: твердые, полые и в форме морского ежа. По сравнению с типичными листовыми азотными удобрениями, эти наноструктурированные удобрения продемонстрировали значительно более высокую адгезию на листьях арахиса и кукурузы — в 5,9 и 2,2 раза соответственно.
Сеянцы кукурузы, обработанные наноструктурированными удобрениями, показали улучшение усвоения азота в 2,3 раза. Микро-наноструктура и высокая шероховатость поверхности носителей оптимизируют их свойства и улучшают смачиваемость удобрений и их прилипание к листьям культур.
Кроме того, для решения проблемы дефицита магния в современном сельском хозяйстве исследователи также разработали листовое магниевое удобрение под названием «помпоноподобное» магниевое листовое удобрение (PMFF). Используя аммиачный метод с наношаблоном из диоксида кремния, они конструировали питательный элемент магний непосредственно на наношаблоне из кремнезема.
Высвобождение магния из PMFF можно контролировать, регулируя pH раствора во время внесения удобрения, чтобы удовлетворить потребности в магнии на разных стадиях роста культуры. Сеянцы томатов, обработанные PMFF, продемонстрировали скорость потребления магния в 9,0 раз выше, чем при использовании стандартных листовых магниевых удобрений.
Эти инновационные результаты предлагают жизнеспособный подход к использованию интеллектуально сконструированных наноматериалов для облегчения эффективной доставки нано-сельскохозяйственных удобрений, открывая новые возможности для улучшения питания и продуктивности сельскохозяйственных культур.