Effects of particle size and dose of titanium dioxide nanoparticles on soil quality, growth and rice yield

Abstract

The objectives of this research were to study 1) the size and characteristics of titanium dioxide (TiO2) nanoparticles (NPs) in suspension for use with plants, 2) the effects of sizes and concentrations of TiO2 NPs in suspensions on soil quality, and 3) the effects of sizes and concentrations of TiO2 NPs in suspensions on the growth and yield of rice and the accumulation of TiO2 NPs in soil and rice.This research was experimental research. The study of size and characteristics of titanium dioxide nanoparticles in suspension were studied by size analysis with SEM, TEM, and DLS and crystal structure analysis with XRD. The 3 x 6 factorial experiment used a completely randomized design. There are two factors: the sizes of titanium dioxide nanoparticles in three levels, namely the size ranges 20-30, 80-120, and 400-600 nm, and the concentrations of titanium dioxide nanoparticles in the suspension in six levels, namely 0 (control), 10, 50, 100, 250, and 1000 milligrams per liter. Each treatment was repeated three times, each with 5 pots. In the growth period from the seedling stage until the harvesting stage, data on rice, including plant height, number of leaves, leaf color, plant fresh weight, plant dry weight, and titanium accumulation were collected. Data of soil before and after planting, including analysis of soil properties and titanium accumulation in soil were also collected. Data analysis was performed by a two-way analysis of variance on size and dosage of titanium dioxide nanoparticles and by a one-way analysis of variance at 95% confidence level. The Pearson correlation coefficient was analyzed between variables.The results showed that 1) most small and medium TiO2 NPs had rectilinear shapes, while a few were circular. Large TiO2 NPs were mostly circular. Smaller TiO2 NPs agglomerated, resulting in greater hydrodynamic sizes than large TiO2 NPs. 2) After rice growth, soil nutrients and chemical properties decreased but the difference was not statistically significant (p>0.05). There was significant difference in Ti accumulation in soil (p

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษา 1) ขนาดและลักษณะของอนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ในรูปแบบสารแขวนลอยในการนำมาใช้ประโยชน์กับพืช 2) ผลของขนาดและปริมาณของอนุภาคไททาเนียมไดออกไซด์ ที่เป็นสารแขวนลอยต่อคุณภาพของดิน และ 3) ผลของขนาดและปริมาณของอนุภาคไททาเนียมไดออกไซด์ที่เป็นสารแขวนลอยต่อการเจริญเติบโตและผลผลิตของข้าว และการสะสมของอนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ในดินและข้าว งานวิจัยนี้เป็นการวิจัยเชิงทดลอง โดยการศึกษาขนาดและลักษณะของอนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ ในรูปสารแขวนลอยด้วยการวิเคราะห์ขนาดด้วยเครื่อง SEM TEM และ DLS และวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยเครื่อง XRD และวางการทดลองแบบ 3 x 6 แฟคทอเรียล โดยใช้แผนการทดลองแบบสุ่มสมบูรณ์ ที่มีสองปัจจัย คือ ขนาดของอนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ 3 ระดับ ได้แก่ ช่วงขนาด 20-30, 80-120 และ 400-600 นาโนเมตร และความเข้มข้นของอนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ในสารแขวนลอย 6 ระดับ ได้แก่ 0 (ควบคุม), 10, 50, 100, 250 และ 1000 มิลลิกรัมต่อลิตร มีจำนวน 3 ซ้ำ ซ้ำละ 5 กระถาง ในระยะการเจริญเติบโตตั้งแต่ระยะต้นกล้าจนกระทั่งให้ผลผลิต โดยเก็บข้อมูลของข้าว ได้แก่ ความสูงต้น จำนวนใบ สีใบ น้ำหนักสดและน้ำหนักแห้งของต้น และการสะสมไททาเนียม และข้อมูลดินก่อนและหลังปลูก ได้แก่ วิเคราะห์คุณสมบัติดิน และการสะสมไททาเนียมในดิน วิเคราะห์ข้อมูลโดยการวิเคราะห์ความแปรปรวนสองทางและทางเดียวที่ระดับความเชื่อมั่น 95 เปอร์เซ็นต์ และวิเคราะห์หาค่าสัมประสิทธิ์สหสัมพันธ์แบบเพียร์สันระหว่างตัวแปร ผลการทดลองพบว่า 1) อนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ขนาดเล็กและขนาดกลางมีลักษณะเป็นเหลี่ยมเป็นส่วนมาก และมีบางส่วนที่เป็นลักษณะกลม ส่วนอนุภาคขนาดใหญ่มีลักษณะกลมเป็นส่วนมาก อนุภาคนาโนไททาเนียมไดออกไซด์ขนาดเล็กมีการเกาะตัวและส่งผลให้ขนาดเชิงพลวัตมีค่ามากกว่าอนุภาคขนาดใหญ่ 2) ปริมาณธาตุอาหารในดินก่อนปลูกข้าวมากกว่าหลังปลูกข้าว และคุณสมบัติทางเคมีในดินลดลง แต่ไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p>0.05) ส่วนการสะสมไททาเนียมในดินมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญยิ่งทางสถิติ (p