Японские учёные нашли способ высвобождать фосфор, который годами накапливался и был заблокирован в сельскохозяйственных почвах. Исследователи из Университета Рюкоку под руководством Михоко Мориидзуми выяснили, что суперабсорбирующие полимеры на основе полиакриловой кислоты могут растворять труднодоступные соединения фосфора, делая его вновь доступным для растений. Это открытие может изменить подходы к использованию одного из ключевых, но трудновосполнимых питательных веществ в агросекторе.
Большая часть фосфорных удобрений, вносимых в почву, не усваивается культурами. Фосфор химически связывается с алюминием, железом и кальцием, образуя устойчивые соединения. Чтобы гарантировать урожай, аграрии исторически вносили удобрения с избытком, что приводило к загрязнению водоёмов. В результате в почвах по всему миру скопились огромные запасы так называемого «унаследованного» фосфора, который ранее считался практически недоступным.
Идею для исследования подсказала агробиология: арахис хорошо растёт на богатых алюминием почвах Японии, поскольку его корневая система способна извлекать фосфор из нерастворимых соединений. Учёные заметили, что структура суперабсорбирующих полимеров (SAP), которые уже применяют для удержания влаги, химически схожа с клеточными стенками корней арахиса. Они предположили, что полимеры смогут повторить этот природный механизм в полевых условиях.
Гипотезу проверили в ходе эксперимента по выращиванию салата-латука на двух типах почвы из префектуры Нагано. В почву, куда не вносили фосфорные удобрения, добавили 0,08%-й раствор полимера. Через 39 дней поглощение фосфора растениями выросло в 1,6 раза на почве с высоким содержанием элемента и в 1,4 раза – на почве с низким. На последней не было растворимого фосфора, что доказывает: растения получали питание исключительно из запасов, которые высвободил полимер.
Дальнейшие лабораторные тесты показали, что полимеры эффективно работают даже с наиболее устойчивыми кристаллическими минералами фосфора, такими как варисцит (фосфат алюминия) и вивианит (фосфат железа). Полимеры действуют в два этапа: сначала быстро вытесняют ионы фосфата с поверхности минеральных частиц, а затем связывают ионы металлов, не давая им снова заблокировать фосфор.
Технология позволяет высвобождать фосфор при нейтральном pH, что безопасно для корневой системы растений. В отличие от других химических агентов, полимеры долго сохраняются в почве, обеспечивая продолжительный эффект. Однако у метода есть и риски: полимеры производят из нефти, и их влияние на окружающую среду в качестве потенциальных микропластиков ещё изучается. Исследователи также рассматривают возможность переработки полимеров из использованных бытовых товаров, например подгузников, что может помочь в создании экономики замкнутого цикла.