L’un des problèmes urgents auxquels le monde est confronté à l’ère du changement climatique est de savoir comment produire suffisamment d’aliments sains pour répondre à la population mondiale croissante, alors même que la contamination des sols augmente. Recherche récente publié dans Alimentation naturelle par une équipe internationale de scientifiques dirigée par l’Université du Massachusetts Amherst, l’Université de technologie du Guangdong et l’Université centrale et sud de foresterie et de technologie, a montré que les nutriments à l’échelle nanométrique peuvent non seulement atténuer certains des pires effets des métaux lourds et des métalloïdes. contamination, mais augmentent les rendements des cultures et la teneur en éléments nutritifs.
« Une grande partie des sols arables du monde est contaminée par des métaux lourds, comme le cadmium, le plomb et le mercure, ainsi que par des métalloïdes, comme l’arsenic et le sélénium », explique Baoshan Xing, professeur émérite de l’université et directeur de l’école d’agriculture de Stockbridge à l’UMass Amherst.
Xing, qui est également l’auteur principal de l’article, note qu’une telle contamination exerce un stress important sur la capacité de cultiver des cultures de base, ce qui affecte également la valeur nutritionnelle des cultures qui parviennent à survivre.
« Nous devons trouver des solutions pour réduire les métaux lourds qui se retrouvent dans nos aliments », déclare Xing, et une approche qui s’est révélée prometteuse est l’utilisation de nutriments à l’échelle nanométrique, ou ce qu’il appelle une agriculture « nano-activée ». .
Les engrais en vrac que vous connaissez peut-être mieux sont constitués de grosses particules, qui ne sont pas aussi facilement absorbées par la culture. Cela signifie que les agriculteurs doivent en épandre davantage, ce qui augmente les niveaux de ruissellement d’engrais dans les cours d’eau, les lacs et l’océan. Cependant, les nutriments des cultures à l’échelle nanométrique peuvent être spécifiquement conçus et mélangés pour des cultures, des conditions de croissance et des méthodes d’application particulières, et conçus de manière à ce que la plante cible puisse absorber le plus efficacement possible les nutriments dans son système, réduisant ainsi la quantité d’engrais nécessaire. réduire les coûts et limiter le ruissellement.
Bien que les nanomatériaux soient déjà disponibles sur le marché agricole et qu’il existe de nombreuses études scientifiques évaluées par des pairs examinant leurs effets sur le sol et la croissance des cultures, la recherche de Xing et de ses collègues constitue le premier compte rendu complet de l’efficacité des nanomatériaux en tant que classe, avec des résultats qui offrent des informations pratiques pour aider à orienter l’agriculture durable et la sécurité alimentaire mondiale.
« Nous avons collecté des données provenant de 170 publications précédentes sur l’efficacité des nanoparticules dans la réduction de l’absorption des métaux lourds et des métalloïdes », explique Chuanxin Ma, co-auteur principal de l’article, qui a terminé sa formation doctorale à la Stockbridge School of Agriculture de l’UMass Amherst et est maintenant professeur. à l’Université de technologie du Guangdong en Chine. « À partir de ces 170 articles, nous avons collecté 8 585 observations expérimentales sur la façon dont les plantes réagissent aux nanomatériaux. »
L’équipe a ensuite mené une méta-analyse sur cet énorme trésor de données, en la faisant passer par une série de modèles d’apprentissage automatique pour quantifier l’effet des nanomatériaux sur la croissance des cultures et l’absorption des métaux et métalloïdes, avant de finalement tester une approche quantitative flexible, connue sous le nom de la méthode IVIF-TOPSIS-EW, qui peut éclairer la manière de choisir différents types de nanomatériaux selon une gamme de scénarios agricoles réalistes.
Les résultats montrent que les nanomatériaux sont plus efficaces que les engrais conventionnels pour atténuer les effets nocifs des sols pollués (de 38,3 %), peuvent améliorer les rendements des cultures (de 22,8 %) et la valeur nutritionnelle de ces cultures (de 30 %), ainsi que lutter contre le stress des plantes (de 21,6 %) dû à la pollution métallique et métalloïde. Les nanomatériaux contribuent également à augmenter les enzymes du sol et le carbone organique, qui contribuent tous deux à stimuler la fertilité des sols.
« Bien sûr, les nanomatériaux ne sont pas une solution miracle », explique Xing. « Ils doivent être appliqués de manière distincte en fonction de la culture et du sol. »
C’est là qu’intervient la méthode IVIF-TOPSIS-EW de l’équipe.
« Notre méthode peut aider les décideurs politiques à choisir le meilleur plan d’action pour leur situation particulière », explique Ma.
Plus d’informations :
Yini Cao et al, Les nanomatériaux manufacturés réduisent l’accumulation de métaux(loïdes) et améliorent la production d’aliments de base pour une agriculture durable, Alimentation naturelle (2024). DOI : 10.1038/s43016-024-01063-1