Humic products in agriculture: potential benefits and research challenges—a review

Resumo

Substancias húmicas têm sido utilizados na agricultura há várias décadas, mas a falta de credibilidade generalizada tem restringido o seu uso a uma pequenas proporção dos agricultores. Para melhorar a credibilidade dos produtos húmicos, identificamos quatro lacunas de conhecimento e propomos caminhos de ação futura para fechar essas lacunas. Primeiro, embora a capacidade dos produtos húmicos de melhorar o crescimento das plantas tenha sido comprovada em estufas e câmaras de crescimento, mais pesquisas desse tipo são necessárias em condições de campo, especialmente para determinar os efeitos modificadores na eficácia dos produtos húmicos em relação a fatores ambientais e de manejo, incluindo o tipo de cultura, padrões climáticos, tipo de solo e manejo da fertilidade. Muitos dos estudos de campo publicados não abordam nenhum desses fatores. Segundo, a aceitação completa dos produtos húmicos pela comunidade científica pode exigir, inicialmente, uma explicação mecanicista para as respostas das plantas aos produtos húmicos. Alguns grupos de pesquisa estão explorando mecanismos baseados em plantas, mas quase exclusivamente em condições controladas, não em condições de campo. A indústria frequentemente atribui respostas de rendimento ao aumento da disponibilidade de nutrientes no solo sem citar evidências adequadas. Explicações baseadas em microrganismos também são possíveis. Terceiro, a confiança do consumidor nos produtos húmicos disponíveis seria fortalecida por meio de medidas em toda a indústria para o controle de qualidade da produção e venda de produtos húmicos, incluindo procedimentos padrão para medir seus teores de ácido húmico e fúlvico e bioensaios rápidos para distinguir produtos eficazes de fraudes inertes. Por fim, os produtos húmicos são amplamente presumidos como promotores do crescimento das raízes, o que oferece o potencial de aumentar as entradas de carbono no solo e, assim, melhorar a saúde do solo. No entanto, virtualmente, nenhuma evidência desse tipo foi apresentada, em parte devido à ausência de ensaios de campo de longo prazo. Empresas de produtos húmicos na América do Norte organizaram uma associação comercial para promover uma indústria mais baseada em conhecimento. Para adquirir um banco de dados que apoie esses objetivos, propomos o estabelecimento de uma rede global de locais de campo que mediriam as respostas das culturas aos produtos húmicos em diferentes tipos de produtos húmicos, tipos de culturas, tipos de solo e climas. Amostras de plantas e solo seriam analisadas por especialistas cooperantes em laboratórios avançados para identificar processos mecanicistas e benefícios tanto para a produção de culturas quanto para a saúde do solo. Acreditamos que a indústria realmente se tornará mais baseada em conhecimento e, a credibilidade dos produtos húmicos melhorará à medida que (i) aprendemos mais sobre sua eficácia em condições de campo para melhorar o rendimento das culturas e a saúde do solo, (ii) obtemos mais insights sobre explicações mecanicistas possíveis e (iii) o consumidor adquire a capacidade de discernir produtos genuínos de materiais fraudulentos.

Abstract

Humic products have been used in cropland agriculture for several decades, but lack of widespread credibility has restricted their use to small proportions of farmers. To improve the credibility of humic products, we identify four knowledge gaps and propose pathways of future action to close these gaps. First, while the capacity of humic products to improve plant growth has been proven in greenhouse and growth chambers, more such work is needed in field conditions, especially to determine the modifying effects on humic product efficacy of environmental and management factors, including crop type, annual weather patterns, soil type, and fertility management. Many of the published field studies fail to address any of these factors. Second, full acceptance of humic products by the research community may first require a mechanistic explanation for plant responses to humic products. Some research groups are exploring plant-based mechanisms, but almost entirely in controlled conditions, not in field conditions. Industry often attributes yield responses to enhancement of soil nutrient availability without citing adequate evidence. Microbialbased explanations are also possible. Third, consumer trust in available humic products would be strengthened through industrywide measures for quality control of humic product production and sale, including standard procedures for measuring their humic and fulvic acid contents and rapid bio-assays for distinguishing effective products from inert frauds. Finally, humic products are widely presumed to promote root growth, which offers the potential to increase soil C inputs and thereby improve soil health. Yet virtually, no such evidence has been presented, in part due to the absence of longterm field trials. Humic product companies in North America have organized a trade association to promote a more knowledge-based industry. To acquire a database that will support these objectives, we propose establishment of a global network of field sites that would measure crop responses to humic products across ranges of humic products, crop types, soil types, and climates. Plant and soil samples would be analyzed by cooperating specialists in advanced laboratories to identify mechanistic processes and benefits to both plant production and soil health. We believe the industry will indeed become more knowledge-based and the credibility of humic products will improve as (i) we learn more about their field efficacy across ranges of field conditions for improving crop yield and soil health, (ii) we gain further insights into possible mechanistic explanations, and (iii) the consumer gains the ability to discern genuine products from fraudulent materials.