Les scientifiques travaillent avec diligence pour se préparer à l'augmentation attendue de la population mondiale - et donc à un besoin accru de production alimentaire - au cours des prochaines décennies. Une équipe d'ingénieurs de l'Université de Washington à St. Louis a trouvé un moyen durable de stimuler la croissance d'un haricot riche en protéines en améliorant la façon dont il absorbe les nutriments indispensables.

Ramesh Raliya, un chercheur scientifique, et Pratim Biswas, le professeur Lucy &Stanley Lopata et président du département de l'énergie, Génie environnemental et chimique, à la fois dans l'École d'ingénierie et des sciences appliquées, découvert un moyen de réduire l'utilisation d'engrais à base de phosphore de roche et continue de constater des améliorations dans la croissance des cultures vivrières en utilisant des nanoparticules d'oxyde de zinc.

La recherche a été publiée le 7 avril dans le Journal de chimie agricole et alimentaire . Raliya a déclaré qu'il s'agissait de la première étude à montrer comment mobiliser le phosphore natif dans le sol à l'aide de nanoparticules d'oxyde de zinc au cours du cycle de vie de la plante, de la graine à la récolte.

Les cultures vivrières ont besoin de phosphore pour pousser, et les agriculteurs utilisent de plus en plus d'engrais à base de phosphore à mesure qu'ils augmentent leurs récoltes pour nourrir une population mondiale croissante. Cependant, les plantes ne peuvent utiliser qu'environ 42 pour cent du phosphore appliqué au sol, alors le reste s'écoule dans les cours d'eau, où poussent des algues qui polluent nos sources d'eau. En outre, près de 82 pour cent du phosphore mondial est utilisé comme engrais, mais c'est une offre limitée, dit Raliya.

« Si les agriculteurs utilisent la même quantité de phosphore qu'ils utilisent actuellement, l'approvisionnement mondial sera épuisé dans environ 80 ans, " a déclaré Raliya. " Il est maintenant temps pour le monde d'apprendre à utiliser le phosphore d'une manière plus durable. "

Raliya et ses collaborateurs, dont Jagadish Chandra Tarafdar du Central Arid Zone Research Institute de Jodhpur, Inde, créé des nanoparticules d'oxyde de zinc à partir d'un champignon autour de la racine de la plante qui aide la plante à mobiliser et à absorber les nutriments dans le sol. Le zinc est également un nutriment essentiel pour les plantes car il interagit avec trois enzymes qui mobilisent la forme complexe du phosphore dans le sol sous une forme que les plantes peuvent absorber.

« En raison du changement climatique, la température quotidienne et les quantités de précipitations ont changé, " dit Raliya. " Quand ils ont changé, la microflore du sol est également modifiée, et une fois ceux-ci épuisés, le phosphore du sol ne peut pas mobiliser le phosphore, donc l'agriculteur s'applique plus. Notre objectif est de multiplier par plusieurs l'activité des enzymes, afin que nous puissions mobiliser plusieurs fois le phosphore natif. »

Lorsque Raliya et l'équipe ont appliqué les nanoparticules de zinc sur les feuilles du haricot mungo, il a augmenté l'absorption du phosphore de près de 11 pour cent et l'activité des trois enzymes de 84 pour cent à 108 pour cent. Cela conduit à un besoin moindre d'ajouter du phosphore sur le sol, dit Raliya.

"Lorsque l'activité enzymatique augmente, vous n'avez pas besoin d'appliquer le phosphore externe, car il est déjà dans le sol, mais pas sous une forme disponible pour l'absorption de la plante, " dit-il. " Lorsque nous appliquons ces nanoparticules, il mobilise la forme complexe du phosphore en une forme disponible."

Le haricot mungo est une légumineuse cultivée principalement en Chine, l'Asie du Sud-Est et l'Inde, où 60 pour cent de la population est végétarienne et dépend de sources de protéines végétales. Le haricot est adaptable à une variété de conditions climatiques et est très abordable pour les gens à cultiver.

Raliya a déclaré que 45 pour cent de l'utilisation mondiale de phosphore pour l'agriculture a lieu en Inde et en Chine. Une grande partie de l'approvisionnement en phosphore dans les pays en développement est importée des mines de phosphate naturel des États-Unis et du Maroc.

« Nous espérons que cette méthode d'utilisation des nanoparticules d'oxyde de zinc pourra être déployée dans les pays en développement où les agriculteurs utilisent beaucoup de phosphore, " a déclaré Raliya.

« Ces pays dépendent des États-Unis pour leur exporter du phosphore, mais à l'avenir, les États-Unis pourraient devoir aider à fournir de la nourriture, également. Si cette culture peut pousser de manière plus durable, ce sera utile pour tout le monde."

« Il s'agit d'un effort plus large en cours sur le lien entre l'alimentation, énergie et eau, " Biswas a déclaré. " La technologie des nanoparticules permise par la science des aérosols aide à développer des solutions innovantes pour relever ce défi mondial auquel nous sommes confrontés aujourd'hui. "