Formulation challenges associated with microbial biofertilizers in sustainable agriculture and paths forward

Resumo

O aumento sustentável da produtividade agrícola é confrontado pela dependência excessiva e uso excessivo de fertilizantes químicos sintéticos. Com uma projeção de mercado de US$ 5,02 bilhões até 2030, os biofertilizantes estão ganhando força como suplemento e, em alguns casos, como alternativa aos fertilizantes químicos. Os biofertilizantes podem melhorar o suprimento nutricional para a planta e, simultaneamente, melhorar a saúde do solo, reduzir as emissões de gases de efeito estufa e, portanto, contribuir diretamente para a sustentabilidade ambiental. Os microrganismos promotores de crescimento de plantas (MPCP) estão recebendo atenção significativa como biofertilizantes. Eles são amplamente conhecidos por sua capacidade de melhorar o crescimento das plantas, aumentando a disponibilidade e a eficiência do uso de nutrientes. No entanto, exceto por alguns casos bem-sucedidos, a comercialização de inoculantes à base de MPCP ainda é limitada, principalmente devido à falta de eficácia e consistência em campo. A falta de tecnologias de formulação eficazes que mantenham os inoculantes microbianos viáveis durante o armazenamento, transporte e aplicação em campo é considerada um dos principais fatores que impulsionam a eficácia inconsistente dos biofertilizantes microbianos. Nesta revisão, identificamos os desafios atuais associados à aplicação e formulação de inoculantes microbianos. Propomos caminhos futuros, incluindo o avanço em tecnologias de formulação que sejam potencialmente eficientes, ecológicas e econômicas. Argumentamos que, para aumentar a adoção global de biofertilizantes, novas inovações baseadas em abordagens transdisciplinares são indispensáveis. O quadro emergente deve abranger um sistema robusto de controle de qualidade em todas as etapas. Além disso, a parceria ativa entre as partes interessadas acadêmicas e industriais abrirá caminho para uma maior adoção global de biofertilizantes microbianos.

Abstract

Sustainable increase in agriculture productivity is confronted by over‐reliance and over‐use of synthetic chemical fertilizers. With a market projection of $5.02 billion by 2030, biofertilizers are gaining momentum as a supplement and, in some cases, as an alternative to chemical fertilizers. Biofertilizers can improve the nutritional supply to the plant and simultaneously can improve soil health, reduce greenhouse emissions, and hence directly contribute towards environmental sustainability. Plant growth‐promoting microbes (PGPMs) are particularly receiving significant attention as biofertilizers. They are widely known for their ability to improve plant growth via increasing nutrient availability and use efficiency. However, except for a few successful cases, the commercialization of PGPM‐based inoculants is still limited, mainly due to lack of field efficacy and consistency. Lack of effective formulation technologies that keep microbial inoculants viable during storage, transport and field application is considered one of the key factors that drive inconsistent efficacy of microbial biofertilizers. In this review, we identify current challenges associated with the application and formulation of microbial inoculants. We propose future paths, including advancement in formulation technologies that are potentially efficient, eco‐friendly and cost‐effective. We argue that to enhance the global adoption of biofertilizers, new innovations based on transdisciplinary approaches are indispensable. The emerging framework should encompass a robust quality control system at all stages. Additionally, the active partnership between the academic and industry stakeholders will pave the way for enhanced global adoption of microbial fertilizers.