11 Minute
Cercetători de la University of Massachusetts Amherst și Jiangnan University raportează o tehnică testată în câmp care ar putea permite fermierilor să utilizeze mult mai puțin fertilizant pe bază de azot la orez, fără a sacrifica producția — și în același timp să îmbunătățească nutriția cerealelor, sănătatea solului și rezultatele climatice. Inovația constă într-un spray cu seleniu la scară nanometrică aplicat plantelor de orez, care stimulează fotosinteza și absorbția azotului, reducând totodată emisiile de gaze cu efect de seră în teste reale pe terenuri padișe.
Cercetările arată că aplicările foliare de nano-seleniu pot reduce semnificativ necesarul de fertilizant în culturile de orez, menținând randamentele și îmbunătățind calitatea solului. Metoda crește activitatea fotosintetică, îmbunătățește eficiența utilizării azotului (NUE) și reduce semnificativ emisiile agricole de gaze cu efect de seră în studii de teren.
De ce contează eficiența fertilizanților pentru producția globală de orez
Revoluția Verde a permis creșterea masivă a producției alimentare la nivel global în mare parte datorită utilizării fertilizanților sintetici pe bază de azot. Totuși, aceste creșteri au un cost important. Fabricarea îngrășămintelor azotate consumă cantități considerabile de energie și generează emisii de CO2, iar după aplicare o mare parte din azot nu ajunge în plante. Eficiența utilizării azotului (NUE) la multe cereale variază între 40–60%; la orez, ea poate fi de doar ~30%, ceea ce înseamnă că până la 70% din azotul aplicat se pierde prin scurgeri, levigare sau tranformare în gaze reactive. Această risipă se traduce în pierderi economice pentru fermieri și agravează problemele de mediu precum eutrofizarea și emisiile de gaze cu efect de seră.
„Știm că eficiența utilizării azotului trebuie îmbunătățită”, spune Baoshan Xing, University Distinguished Professor of Environmental and Soil Chemistry și co-autor senior al studiului. Munca multi-instituțională, co-condusă de UMass Amherst și Jiangnan University, abordează această provocare printr-o soluție de nanotehnologie agricolă testată în padișe reale, nu doar în condiții de laborator.
Baoshan Xing, University Distinguished Professor of Environmental and Soil Chemistry, director of UMass’ Stockbridge School of Agriculture. Credit: University of Massachusetts Amherst
Rezultatele testelor pe teren: mai puțin fertilizant, randamente similare sau superioare
În experimente de teren, pulverizarea ușoară a plantelor de orez cu o suspensie de nanoparticule de seleniu a permis cercetătorilor să reducă aplicările de azot cu 30% în timp ce performanța culturii a fost menținută și în anumite indicatori a fost chiar îmbunătățită. Echipa a folosit drone aeriene pentru a aplica nano-seleniul pe frunze și tulpini, ceea ce favorizează absorbția directă prin aparat foliar în comparație cu aplicarea la sol.
(a) Orez care a primit seleniu și cu 30% mai puțin fertilizant (RF+ Se ENMs) este considerabil mai voluminos decât orezul cu mai puțin fertilizant (RF) și comparabil cu orezul cultivat convențional (CK). (b) Experiment de teren care evaluează emisiile de gaze cu efect de seră ale orezului tratat cu nano-seleniu.
Rezultatele empirice cheie includ numeroase indicatori agronomici și de mediu, obținuți prin măsurători directe de câmp și analize de laborator. Printre rezultate s-au remarcat:
- O creștere a activității fotosintetice de peste 40% după tratamentul cu nano-seleniu — ceea ce înseamnă că plantele fixează mai mult CO2 atmosferic în zaharuri și compuși organici.
- O îmbunătățire a eficienței utilizării azotului (NUE) de la ~30% la aproximativ 48,3%, reducând astfel necesarul de îngrășăminte sintetice.
- Reduceri ale emisiilor de oxid de azot (N2O) și amoniac (NH3) în intervalul 18,8–45,6%, tăind contribuții semnificative la emisiile agricole de gaze cu efect de seră.
- Conținut proteic mai mare în bob, niveluri crescute ale unor aminoacizi esențiali și o creștere a concentrației de seleniu în boabe — un beneficiu nutrițional potențial pentru populațiile cu dietă deficitară în seleniu.
(a) Unul dintre câmpurile experimentale din Kunshan City, China; (b) și (c) comparând randamentul și greutatea boabelor pentru orezul cultivat convențional (CK), orezul tratat cu 30% mai puțin fertilizant (RF) și orezul tratat cu 30% mai puțin fertilizant și nano-seleniu (RF+Se ENMs).
Mecanismul de funcționare al nano-seleniului: fiziologia plantei și microbiologia solului
Cercetătorii propun un mecanism în care interacțiunea planta–microb influențează beneficii multiple. Seleniul la scară nanometrică pare să stimuleze aparatul fotosintetic al plantei de orez, determinând frunzele să producă mai multe carbohidrați. Acești compuși suplimentari sunt transportați către rădăcini, stimulând creșterea radiculară și exudarea de compuși organici.
Exudatele puternice de rădăcină hrănesc microorganismele benefice din sol, care la rândul lor îmbunătățesc capacitatea plantei de a prelua forme de azot și amoniu din sol. Această simbioză consolidează asimilarea azotului în țesuturile plantelor (creșterea NUE), reduce pierderile de azot în apă și aer și modifică comunitățile microbiene ale solului spre o diversitate și funcționalitate mai mare.
Efectul în cascadă este atât agronomic, cât și de mediu: fermierii cheltuiesc mai puțin pe fertilizant, terenurile emit mai puține gaze care încălzesc clima, iar calitatea solului se poate îmbunătăți pe termen mediu prin creșterea activității microbiene benefice. În plus, există observații inițiale conform cărora nano-seleniul aplicat foliar are o biodisponibilitate mai rapidă și un profil de distribuție în plantă diferit față de seleniul aplicat la sol, ceea ce oferă o cale mai eficientă de biofortificare controlată.
Implicații pentru agricultură durabilă și obiective climatice
Cultivarea orezului consumă aproximativ 15–20% din totalul îngrășămintelor sintetice de azot la nivel mondial. O tehnologie scalabilă care reduce cererea de fertilizanți cu 30% în sisteme de orez ar putea genera reduceri substanțiale atât în emisiile rezultate din producția de fertilizanți, cât și în emisiile directe din câmp. Pentru fermierii mici, beneficiile economice au fost palpabile în cadrul testelor: studiul a raportat o creștere a beneficiului economic pe tonă de aproximativ 38,2% comparativ cu practicile convenționale, luând în calcul economiile la inputuri și randamentele menținute.
Dincolo de economie, există și componente de sănătate publică: seleniul este un micronutrient esențial pentru oameni, iar biofortificarea boabelor de orez cu niveluri sigure de seleniu poate contribui la reducerea deficiențelor nutriționale în anumite regiuni. Totuși, orice program de aplicare la scară largă a seleniului trebuie gestionat ferm pentru a evita supradozarea; seleniul are o gamă îngustă între nivelul necesar și cel toxic, astfel că monitorizarea concentrațiilor în sol și în boabe este critică.
Pe plan climatic, reducerea emisiilor de N2O este deosebit de importantă: oxidul de azot are un potențial de încălzire globală mult mai mare decât CO2 pe unitate de masă. Prin scăderea pierderilor de azot în atmosferă și sol, tratamentele cu nano-seleniu pot fi un instrument complementar în politicile de reducere a gazelor cu efect de seră din agricultură, contribuind la obiectivele naționale și internaționale de climă.
Opinia experților
„Studiul este convingător pentru că trece dincolo de teste controlate în sere și ajunge în padișele reale”, spune Dr. Anna Lopez, ecologist al solului cu două decenii de experiență în agroecosisteme de orez. „Observarea unei fotosinteze îmbunătățite, a unei creșteri radiculare mai bune și a scăderilor măsurabile ale N2O în trialurile de teren sugerează că aceasta ar putea fi o unealtă practică pentru fermieri. Următorul pas este testarea pe mai mulți ani, în climaturi diferite, și monitorizarea atentă a concentrațiilor de seleniu în sol și boabe.”
Perspective viitoare, riscuri și pași următori
Validarea pe teren este un punct forte major al lucrării, însă trecerea la scară largă va necesita atenție la mai mulți factori: costul și logistica producției de nanoparticule de seleniu stabile, protocoalele de aplicare în siguranță (dronele oferă precizie, dar implică investiții inițiale), și cadrul de reglementare care guvernează utilizarea nanomaterialelor și fortificarea cu micronutrienți. Monitorizarea pe termen lung a comunităților microbiene din sol și a ciclului seleniului este esențială pentru a preveni efecte ecologice neintenționate.
Riscurile pot include acumularea excesivă de seleniu în soluri sensibile sau transferul în lanțurile trofice când aplicările nu sunt bine calibrate. Este, de asemenea, necesară o evaluare detaliată a toxicologiei nanoparticulelor în medii agricole, inclusiv posibile efecte asupra faunei benficiale (insecte, viermi de pământ) și asupra calității apei subterane. Standarde și limite de aplicare vor fi critice pentru adoptare în siguranță.
Tehnologii conexe — cum ar fi sprays foliare direcționate, gestionarea de precizie a fertilizanților (fertirigare și aplicare variabilă), și strategii integrate de dăunători și nutrienți — pot fi combinate cu tratamentele cu nano-seleniu pentru a amplifica impactul asupra sustenabilității culturilor de orez. Implementarea la scară largă ar trebui însoțită de programe de training pentru fermieri, studii economice locale și instrumente de monitorizare a solului și boabelor.
Dacă este testată și adoptată pe scară largă, abordarea ar putea contribui la mitigarea schimbărilor climatice, la reducerea costurilor de producție pentru fermieri și la îmbunătățirea valorii nutriționale a unui aliment de bază pentru miliarde de oameni. Adoptarea va depinde de demonstrarea consistenței rezultatelor în diverse condiții de sol și climă, de acceptarea reglementară și de elaborarea unor lanțuri de aprovizionare pentru nanoproducția sigură a seleniului.
Concluzie
Tratamentul foliar cu nano-seleniu reprezintă o strategie promițătoare, testată pe teren, pentru reducerea dependenței de fertilizanții azotați în culturile de orez, menținând randamentele, sporind valoarea nutrițională și diminuând emisiile de gaze cu efect de seră. Trecerea de la teste controlate la adoptare pe scară largă va necesita evaluări atente ale siguranței pe termen lung, logistica producției și condițiile agronomice locale — dar dovezile disponibile indică o cale practică către o producție de orez mai durabilă.
Pentru o implementare responsabilă, cercetările viitoare ar trebui să includă: studii multi-anuale în regiuni diferite, modelări economice pentru diverse tipuri de fermieri, evaluări ale ciclului de viață pentru nanoprodus și fertilizant și dezvoltarea unor protocoale de monitorizare a seleniului în sol și în alimente. O abordare integrată, care combină nano-seleniul cu managementul precis al fertilizanților și cu tehnici agroecologice, poate oferi un pachet robust pentru tranziția către agricultură durabilă și reziliență climatică.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu