Crop yield responses to seaweed extract-based biostimulants depend on application strategy, formulation, and extraction methods: a meta-analysis

Resumo

Biostimulantes à base de extratos de algas têm atraído atenção sustentada na pesquisa agronômica devido à sua diversidade bioquímica e à capacidade de influenciar múltiplos processos vegetais. No entanto, as evidências sobre seus efeitos no rendimento permanecem fragmentadas entre culturas, ambientes e contextos de manejo. Para abordar essa lacuna, sintetizamos dados de 198 estudos revisados por pares, abrangendo 2.021 comparações independentes entre tratamentos com extratos de algas e controles não tratados ou manejados convencionalmente. As respostas de rendimento e biomassa das culturas foram quantificadas usando razões de resposta logarítmica e analisadas com modelos de efeitos aleatórios ponderados pelo inverso da variância, estimados por máxima verossimilhança restrita. A variabilidade entre estudos foi explorada em relação ao clima, exposição ao estresse, ambiente experimental, propriedades químicas do solo, grupos de culturas, época fenológica, estratégias de aplicação, características de formulação, métodos de extração e espécies de algas. Em todos os estudos, as aplicações de extratos de algas aumentaram o rendimento em média 16,3% (IC 95%: 13,5–19,1%), com respostas positivas observadas tanto em condições de estresse quanto sem estresse. Os maiores efeitos ocorreram em regiões tropicais e áridas e foram mais pronunciados em hortaliças, leguminosas e cereais. A disponibilidade de fósforo e potássio no solo, pH, salinidade e teor de matéria orgânica influenciaram a magnitude da resposta, mas não reverteram o benefício geral. Respostas mais altas e consistentes foram associadas a aplicações direcionadas ao solo, programas em estágios iniciais, formulações em pó e processos de extração alcalina. Entre as espécies, Ascophyllum nodosum mostrou os efeitos mais estáveis, enquanto as respostas ligadas a Laminaria, Gracilaria e Kappaphycus foram mais variáveis. No geral, esses achados indicam que os extratos de algas estão associados a benefícios reprodutíveis de rendimento, ao mesmo tempo que identificam condições agronômicas sob as quais sua eficácia pode ser maximizada.

Abstract

Seaweed extract-based biostimulants have attracted sustained attention in agronomic research because of their biochemical diversity and their capacity to influence multiple plant processes. However, evidence on their yield effects remains fragmented across crops, environments, and management contexts. To address this gap, we synthesized data from 198 peer-reviewed studies encompassing 2,021 independent comparisons between seaweed extract treatments and untreated or conventionally managed controls. Crop yield and biomass responses were quantified using log response ratios and analyzed with inverse-variance weighted random-effects models estimated by restricted maximum likelihood. Variability among studies was explored in relation to climate, stress exposure, experimental setting, soil chemical properties, crop groups, phenological timing, application strategies, formulation characteristics, extraction methods, and algae species. Across all studies, seaweed extract applications increased yield by an average of 16.3% (95% CI: 13.5-19.1%), with positive responses observed under both stress and non-stress conditions. The largest effects occurred in tropical and arid regions and were most pronounced in vegetables, legumes, and cereals. Soil phosphorus and potassium availability, pH, salinity, and organic matter content influenced response magnitude but did not reverse the overall benefit. Higher and more consistent responses were associated with soil-directed applications, early-stage programs, powder formulations, and alkaline extraction processes. Among species, Ascophyllum nodosum showed the most stable effects, whereas responses linked to Laminaria, Gracilaria, and Kappaphycus were more variable. Overall, these findings indicate that seaweed extracts are associated with reproducible yield benefits while identifying agronomic conditions under which their effectiveness can be maximized.