Le nanotecnologie nell’agricoltura del futuro

Granoro Dedicato

Nanotecnologie applicate. Intelligenti tanto da consentire un rilascio controllato dei nutrienti: sono i nanofertilizzanti i protagonisti del progetto Hypatia, cofinanziato da Fondazione Cariplo, sviluppato dall’Università dell’Insubria, in collaborazione con Ic-Cnr, l’Istituto di cristallografia del consiglio nazionale delle ricerche, Università di Granada e Ifapa (Instituto de investigación y formación agraria y pesquera di Cordoba).
Dalla ricerca la risposta per uno sviluppo ecosostenibile dell’agricoltura che si appresta a raccogliere un’importante sfida. Il rapporto Fao world fertilizer trends and outlook to 2018, evidenzia che il consumo mondiale di fertilizzanti potrebbe superare già nel 2018 i 200 milioni di tonnellate e, viste le premesse, è evidente che questo è un dato destinato ad aumentare. L’impiego intensivo dei fertilizzanti convenzionali costituisce uno dei fattori antropogenici responsabili della eutrofizzazione dei corpi idrici a debole ricambio: sostanze nutritive come azoto e fosforo non assorbiti dal suolo, vengono trasportati dalle piogge nelle acque sotterranee che confluiscono nei laghi e nei mari. La sovrabbondanza di questi elementi, genera uno smisurato incremento di piante acquatiche, proliferazione delle alghe, depauperazione dell’ossigeno e impoverimento delle specie ittiche.

 

 

Con Hypatia arrivano
i fertilizzanti smart per
un rilascio controllato dei nutrienti

I fertilizzanti attualmente in uso non sono completamente biodisponibili e vengono assorbiti dalle piante solo parzialmente. Il progetto multidisciplinare Hypatia ha la finalità di integrare le nanotecnologie nello sviluppo di fertilizzanti più efficienti ed ecosostenibili. Nanoparticelle di apatite biomimetica contenenti fosforo e calcio, saranno arricchite di azoto e potassio allo scopo di incorporare elevate quantità di nutrienti in un piccolo volume, consentendo un rilascio graduale degli stessi, determinato dalla dissoluzione delle nanoparticelle e modulato su scala temporale. Il rilascio avverrà nel giro di poche ore per i nutrienti assorbiti sulla superficie delle nanoparticelle, mentre si verificherà nel corso di giorni o settimane per i nutrienti presenti all’interno delle stesse. L’obiettivo “è ottenere una pianta sana e altamente produttiva nonostante la quantità di fertilizzante data sia piccola, ma concentrata e rilasciata in modo graduale da un sistema smart”.

 

 

Ne parliamo con la dottoressa Antonella Guagliardi, ricercatrice del Consiglio nazionale delle ricerche e con il professor Norberto Masciocchi, docente di chimica all’Università dell’Insubria, sede di Como, coordinatori del progetto Hypatia che coinvolge 12 scienziati, soprattutto giovani.

Il consumo mondiale di fertilizzanti potrebbe superare già nel 2018 i 200 milioni
di tonnellate, un dato destinato
ad aumentare

Qual è il meccanismo che consente ai nanofertilizzanti un rilascio graduale degli elementi nutritivi?
Il materiale costituente le nanoparticelle di fertilizzante è un fosfato di calcio, noto come apatite, simile alla componente minerale di ossa e denti dei vertebrati. È un materiale poco solubile e la sua lenta disgregazione è in grado di rilasciare i nutrienti inglobati al suo interno nell’arco di alcuni giorni. Se però ricopriamo queste nanoparticelle con una “camicia” di un altro agente fertilizzante, come l’urea, questa viene rilasciata molto più velocemente, garantendo un apporto immediato di azoto nelle prime fasi di applicazione. Ciò significa che la stessa applicazione può agire da fertilizzante per un tempo prolungato, garantito dalla copresenza di due meccanismi di rilascio differenti, uno rapido e uno molto più graduale.

E le piante ottenute saranno più sane?
Le piante saranno più sane nel senso che, godendo degli effetti benefici dei fertilizzanti (il loro “alimento”) a rilascio controllato, avranno sicuramente meno bisogno di agrofarmaci (le loro “medicine”).

Questi fertilizzanti di nuova generazione potrebbero essere utilizzati anche in agricoltura biologica?
I nanofertilizzanti ingegnerizzati in Hypatia vanno nella direzione di fornire i macronutrienti sotto forma di materiale biocompatibile (come detto, simile alla componente minerale di ossa e denti), ma sono di sintesi chimica. E come tale, non in linea con la filosofia di base dell’agricoltura biologica.

Potrebbero essere veicolati all’interno della pianta elementi per prodotti agricoli arricchiti?
Lo sviluppo futuro che intendiamo dare a Hypatia, è la possibilità di usare le nanoparticelle come trasportatori (nanocarriers) di piccole quantità di farmaci, nell’ottica di indirizzare, proprio là dove servono, le molecole bioattive. Questa strategia, sviluppata nell’ambito della nanomedicina, è attualmente allo studio in diversi laboratori a livello mondiale per il corpo umano.

Sono utilizzabili su ogni tipo di coltura ed è ipotizzabile un risultato diverso a seconda della coltivazione per cui vengono impiegati?
Fornire alimenti a diverse tipologie di colture, in maniera controllata, efficace ed economicamente vantaggiosa, è tra gli scopi. Il progetto inizialmente è inteso per la sperimentazione su grano. Ma ha fatto sorgere l’interesse dell’Istituto scientifico della vite e del vino del consiglio superiore di ricerca scientifica (Csic) di La Rioja. Ovviamente, il problema scientifico indirizzato allo sviluppo della coltivazione del grano, una commodity alimentare di interesse globale, rimane centrale. L’applicazione su piante di grano e viti sta procedendo in parallelo, ciascuna con la tempistica dettata dalla velocità di crescita delle piante e dalle analisi necessarie a valutarne gli effetti.

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