Serons-nous capables d’utiliser des nanoparticules d’oxyde de zinc comme engrais ?

Des chercheurs de l’UPM et de l’Institut National de Recherche et d’Expérimentation Agricoles (INIA) ont étudié les effets de l’utilisation de nanoparticules d’oxyde de zinc sur l’agriculture.

Une recherche menée à l’École de Génie Agricole, Alimentaire et Biosystématique (ETSIAAB) d’UPM en collaboration avec des chercheurs du groupe Ecotoxicologie de l’INIA, a étudié comment les nanoparticules d’oxyde de zinc affectent les plants de tomates et d’haricot. Les effets dépendaient du type de la culture, du temps d’exposition et, en particulier, du pH du sol.

Les résultats, publiés dans la revue Science of the Total Environment, suggèrent que l’utilisation de ces nanoparticules ne présente pas de risque de toxicité pour ces cultures, ce qui permettrait d’utiliser leurs bonnes propriétés fertilisantes comme source de micronutriments au zinc.

L’application délibérée de nanoparticules dans l’agriculture, bien que naissante, est prometteuse. En raison de leur petite taille, les nanoparticules ont des propriétés différentes du même matériau dans leur taille normale. Essentiellement, elles ont une surface spécifique élevée et une surface d’énergie élevée qui produisent des changements dans ses propriétés physico-chimiques, optiques et électriques, ainsi qu’une grande réactivité.

Ces caractéristiques peuvent être utiles pour réaliser des améliorations dans le domaine de l’agronomie, par exemple, pour développer des formulations plus efficaces de fertilisants et des produits phytosanitaires. Plus spécifiquement, on s’intéresse de plus en plus à l’utilisation de nanoparticules d’oxyde de zinc dans les formulations agricoles en utilisant leurs bonnes propriétés en tant que substance qui bloque la lumière ultraviolette ou en utilisant leurs propriétés fertilisantes comme source de micronutriment de zinc. Ce micronutriment est essentiel pour le développement des plantes car sa carence réduirait à la fois la performance et la valeur nutritive des cultures.

Cependant, l’utilisation de nanoparticules n’est pas exempte de certains risques qui devraient être évalués, par exemple, leur éventuelle toxicité et leur accumulation potentielle dans les aliments et les aliments pour animaux qui pourraient signifier son entrée dans la chaîne alimentaire. L’un des principaux mécanismes responsables de la toxicité des nanoparticules est leur capacité à développer des radicaux libres ou des espèces réactives de l’oxygène qui peuvent provoquer un stress oxydatif dans les organismes.

Ces changements dans le métabolisme cellulaire peuvent être mesurés en utilisant des biomarqueurs, par exemple, des activités de différentes enzymes antioxydants.

Afin d’étudier les avantages et d’évaluer le risque d’utilisation de nanoparticules d’oxyde de zinc dans les cultures, une équipe de chercheurs de l’UPM et de l’INIA a mené une étude qui commence à donner des résultats. L’expérimentation consistait à cultiver des tomates et des haricots dans deux sols agricoles aux caractéristiques très différentes (un sol acide et un sol calcaire à pH basique) et à appliquer différentes doses de nanoparticules d’oxyde de zinc pour étudier leurs effets sur les plantes.

La fraction potentiellement bio-disponible du zinc donné dans les nanoparticules a été estimée par une extraction chimique du sol avec un mélange d’acides organiques faibles simulant le mélange d’acides sécrétés par le système racinaire des plantes. En outre, les chercheurs ont prélevé des échantillons de feuilles à différents stades afin d’établir l’accumulation de zinc et de déterminer les modifications possibles de différents paramètres biochimiques (contenu dans les pigments photosynthétiques et protéines) et des échantillons de biomarqueurs du stress oxydatif.

En plus des nanoparticules d’oxyde de zinc, deux autres produits traditionnellement utilisés comme engrais ont été utilisés pour fournir du zinc aux cultures : la poudre d’oxyde de zinc avec une taille de particule conventionnelle et le sulfate de zinc, qui fournit l’ion micronutriment.

Les résultats montrent que les nanoparticules d’oxyde de zinc peuvent affecter les biomarqueurs du stress oxydatif, mais les effets dépendent de l’espèce végétale, du temps d’exposition et du pH du sol. En général, les effets sur les cultures étaient plus prononcés sur les sols acides que sur les sols calcaires dans le cas de la culture des haricots et inversement dans le cas de la culture de la tomate.

Un effet mis en évidence c’est le fait qu’il n’y avait pas de différences significatives entre les deux sols en ce qui concerne le traitement traditionnel (oxyde de zinc conventionnel et sulfate de zinc), ni dans la quantité de zinc potentiellement biodisponible sur le sol, ni dans l’accumulation du minéral dans la feuille et la toxicité possible pour les deux espèces végétales.

Ana Obrador, la chercheuse responsable du projet UPM, déclare : « à partir des expériences menées jusqu’à présent, nous ne pouvons pas encore conclure que l’utilisation de nanoparticules d’oxyde de zinc comme engrais apporte des avantages supplémentaires par rapport aux composés utilisés traditionnellement. Il est nécessaire de continuer à étudier d’autres variables telles que la distribution du zinc utilisé dans le sol et les plantes ainsi que d’effectuer d’autres tests avec différents sols et d’autres types de nanoparticules (autres tailles et revêtements) « .