Universidad
Politécnica de Madrid

¿Podremos utilizar nanopartículas de óxido de zinc como fertilizante?

La Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA) estudian los efectos de aplicar óxido de zinc en forma de nanopartículas en ecosistemas agrícolas.

09.10.2017

En una investigación realizada en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (ETSIAAB) de la UPM, en colaboración con investigadores del Laboratorio de Ecotoxicología del INIA, se ha llevado a cabo un estudio para conocer cómo influye la aplicación de nanopartículas de óxido de zinc en plantas de tomate y judía. Los efectos encontrados dependieron del tipo de cultivo, del tiempo de exposición y especialmente del pH del suelo. Los resultados, que han sido publicados en la revista “Science of the Total Environment”, apuntan a que la utilización de estas nanopartículas no supone un riesgo de toxicidad para estos cultivos por lo que se podrían aprovechar sus propiedades fertilizantes como fuente del micronutrientes zinc.

Foto: Plantas de tomate utilizadas en el experimento. Autor: Demetrio González Rodríguez.

La aplicación deliberada de nanopartículas en agricultura, aunque incipiente, se considera prometedora. Las nanopartículas debido a su pequeño tamaño poseen propiedades diferentes a las del mismo material en un tamaño convencional, fundamentalmente una elevada área específica y una alta energía superficial que producen cambios en sus propiedades fisicoquímicas, ópticas y eléctricas, así como una alta reactividad. Estas características pueden ser muy útiles para conseguir mejoras en el área de la agronomía, por ejemplo para desarrollar formulaciones más eficaces de fertilizantes o fitosanitarios. En concreto, existe un creciente interés en el empleo de nanopartículas de óxido de zinc en formulaciones agrícolas, bien aprovechando sus propiedades como sustancia bloqueante de la luz ultravioleta o bien sus propiedades fertilizantes como fuente del micronutriente zinc. Este micronutriente es esencial para el desarrollo de las plantas y su deficiencia reduce tanto el rendimiento como el valor nutricional de los cultivos.

Sin embargo, el uso de las nanopartículas no está exento de ciertos riesgos que deben ser evaluados, entre ellos, su posible toxicidad para los cultivos y su potencial acumulación en piensos y alimentos que permitirían su entrada en la cadena alimentaria. Uno de los principales mecanismos causantes de la toxicidad de las nanopartículas es su capacidad de generar radicales libres o especies reactivas de oxígeno que pueden causar estrés oxidativo en los organismos. Estos cambios en el metabolismo celular se pueden medir mediante biomarcadores, como pueden ser las actividades de diferentes enzimas antioxidantes, o bien la medida directa de los radicales generados.

Foto: Plantas de judía utilizadas en el experimento. Autor: Demetrio González Rodríguez.

Con el objetivo de estudiar los beneficios y evaluar los riesgos de aplicar óxido de zinc en forma de nanopartículas en los cultivos agrícolas, un equipo de investigadores de la UPM y del INIA está llevando a cabo un estudio que empieza a dar resultados. Uno de los experimentos realizados ha consistido en cultivar plantas de tomate y judía en dos suelos agrícolas de muy diferentes características -uno muy ácido y otro calcáreo, con un pH básico- y aplicar diferentes dosis de nanopartículas de óxido de zinc para estudiar sus efectos en las plantas. 

La fracción potencialmente biodisponible del zinc aportado en forma de nanopartículas se estimó mediante una extracción química del suelo con una mezcla de ácidos orgánicos débiles que simularon la mezcla de ácidos secretada por el sistema radicular de las plantas. Además, se tomaron muestras de hoja a distintos tiempos para determinar la acumulación de zinc en las mismas, así como posibles alteraciones de diferentes parámetros bioquímicos (contenido en pigmentos fotosintéticos y proteínas) y de biomarcadores de estrés oxidativo. Además de las nanopartículas de óxido de zinc se aplicaron otros dos productos utilizados tradicionalmente como fertilizantes para aportar zinc a los cultivos: óxido de zinc en polvo con un tamaño de partícula convencional y sulfato de zinc, que aporta el micronutriente en forma iónica al haberse aplicado en disolución acuosa.

Los resultados han demostrado que las nanopartículas de óxido de zinc pueden afectar a los biomarcadores de estrés oxidativo, pero los efectos dependen de la especie de planta, del tiempo de exposición y del pH del suelo. En general, los efectos sobre el cultivo fueron más acusados en el suelo ácido que en el calcáreo para el caso de la judía y al contrario para el caso del tomate. El efecto más destacado fue que en ninguno de los dos suelos se produjeron diferencias significativas con respecto a los tratamientos usados tradicionalmente (óxido de zinc convencional y sulfato de zinc), ni en cuanto a la cantidad de zinc potencialmente biodisponible en el suelo, ni en cuanto a la acumulación del mineral en hoja, ni en relación a la posible toxicidad para ambas especies vegetales. Por tanto, como señala Ana Obrador, investigadora responsable del proyecto en la UPM, “de los experimentos realizados hasta la fecha, no se puede concluir todavía que la utilización de las nanopartículas de óxido de zinc como microfertilizante proporcionen ventajas adicionales sobre los compuestos usados tradicionalmente. Es necesario seguir estudiando otras variables como la distribución del zinc aplicado en el suelo y en la planta, así como realizar otrs ensayos con diferentes suelos y tipos de nanopartículas (de otros tamaños y con distintos recubrimientos)”.

García-Gómez, C.; Obrador, A.; González, D.; Babin, M.; Fernández, M.D. Comparative effect of ZnO NPs, ZnO bulk and ZnSO4 in the antioxidant defences of two plant species growing in two agricultural soils under greenhouse conditions. SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT 589: 11-24. Jul 2017. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2017.02.153.