Fertilizzante di nuova generazione: osservazioni sulla nanoidrossiapatite

Il fosforo è un macronutriente indispensabile per lo sviluppo e la crescita delle piante. Sebbene sovente sia molto presente nel suolo, ancor più frequentemente si presenta in forme non disponibili per le colture. Per evitare fenomeni di fosforo-carenza viene dunque apportato abbondantemente con la fertilizzazione, favorendo fenomeni di eutrofizzazione delle acque superficiali e di contaminazione di quelle sotterranee. Inoltre, la scarsa efficienza d'uso in agricoltura e il suo essere una risorsa non rinnovabile in via di esaurimento presentano un problema nel breve e lungo termine nel settore agrario.
Serve, dunque, trovare delle soluzioni che consentano di aumentare l'efficienza d'uso di questo importante fattore produttivo. Le nanotecnologie si propongono come mezzo per risolvere questo problema, nel caso specifico tramite l'utilizzo di nanoidrossiapatite (nHAP) come fertilizzante alternativo.

L'idrossiapatite è un minerale ricco di fosforo; una delle sue peculiarità è quella di essere presente in elevate quantità in tessuti animali, come ossa o gusci d'uovo. Tramite trattamento termico e macinazione di scarti animali è possibile ottenere un materiale in scala nanometrica potenzialmente impiegabile come fertilizzante. Tuttavia, in terreni alcalini o ricchi di calcio carbonati, questo materiale può risultare poco solubile, compromettendone l'efficacia.

L'obiettivo di questo lavoro è stato quello di valutare il possibile utilizzo di nHAP in agricoltura confrontando dapprima la sua efficacia, rispetto a un fertilizzante tradizionale, in un test di percolazione su colonne di suolo inoculato con il batterio fosfato solubilizzante Pseudomonas alloputida e, in secondo luogo, osservando il suo effetto sulla germinazione di semi di orzo e pomodoro. Nelle prove sono state utilizzate due tipologie di nHAP, derivate da ossa di pollo, prodotte a temperature differenti (la prima a 300 gradi e la seconda a 700 gradi), poi macinate per omogenizzare le dimensioni delle particelle.

nHAP: prodotte a 300 gradi (nHAP₃₀₀, a sinistra) e a 700 gradi (nHAP₇₀₀, a destra)

(Fonte: Lorenzo Sinigaglia)

Nel test di percolazione la nHAP è stata comparata con un fertilizzante tradizionale il Super Fosfato Triplo (Tsp) e sono state allestite delle colonne di suolo in laboratorio. I fertilizzanti sono stati mescolati con terreno sterile successivamente inoculato con P. alloputida e inserito in tubi in Pvc. Ogni settimana, per sei settimane, sono stati simulati fenomeni di precipitazione e irrigazione con l'aggiunta di acqua distillata all'interno delle colonne. Dopo ogni adacquamento, il percolato è stato raccolto e analizzato per determinare la frazione di fosforo perso. Al termine dell'esperimento, le colonne sono state svuotate e il terreno raccolto per l'analisi del fosforo biodisponibile.

I dati del fosforo lisciviato (ossia dilavato dall'acqua infiltrata e percolata attraverso il terreno) individuano quantità di fosforo molto maggiori, di circa 50 volte, nei suoli con Tsp rispetto alle nHAP, che invece mostrano valori più simili al controllo non fertilizzato.  Questo dato è positivo perché indica che il fosforo permane maggiormente nel terreno e non viene perso per dilavamento. Tuttavia, a fine esperimento, la biodisponibilità di fosforo nel terreno, cioè la parte di fosforo che le piante possono assorbire rispetto al totale presente, rimane maggiore nei campioni trattati con Tsp rispetto agli altri trattamenti.
Un dato positivo si è presentato nei campioni di nHAP nel terreno inoculato con P. alloputida; la presenza del batterio aumenta la biodisponibilità di fosforo nel terreno confermando le aspettative.

Grafici relativi ai parametri studiati: fosforo disciolto lisciviato (a sinistra), fosforo totale lisciviato (in centro) e fosforo biodisponibile (a destra)

(Fonte: Lorenzo Sinigaglia)

Nel test di germinazione i semi di orzo e pomodoro sono stati imbibiti in delle sospensioni di acqua distillata e nHAP a diverse concentrazioni, per poi essere disposti in delle piastre Petri e inserite in camera di crescita. Dopo 3 giorni, sono stati contati i semi germinati e sono state misurate le lunghezze delle radichette.
In entrambe le specie, la presenza di nHAP non ha influito sulla germinazione, indice di non tossicità per il seme, anche ad alte dosi. Nelle lunghezze radicali, invece, si è osservato che la nHAP₃₀₀ potrebbe avere un effetto stimolante nello sviluppo radicale dell'orzo.

Lunghezze radicali dell'orzo (a sinistra) e del pomodoro (a destra)

(Fonte: Lorenzo Sinigaglia)

In conclusione, questa sperimentazione ha posto le basi per lo studio delle nanoparticelle di idrossiapatite come fertilizzante di nuova generazione. I risultati degli esperimenti hanno individuato delle potenzialità nell'utilizzo di nHAP come fertilizzante alternativo, grazie alla maggior permanenza e al lento rilascio di fosforo, soprattutto in presenza di batteri fosfosolubilizzanti, ma anche alla non tossicità e al possibile effetto stimolante nei primi stadi di sviluppo delle specie di interesse agrario studiate.

Lorenzo Sinigaglia, categoria "Nutrizione delle piante"

(Fonte: Lorenzo Sinigaglia)

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Per eventuali contatti lorenzo.sinigaglia98@gmail.com

A cura di Lorenzo Sinigaglia

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