Biofertilizers: An ecofriendly technology for nutrient recycling and environmental sustainability

Resumo

As modernas práticas agrícolas intensivas enfrentam numerosos desafios que representam grandes ameaças à segurança alimentar global. Para atender aos requisitos nutricionais da sempre crescente população mundial, fertilizantes químicos e pesticidas são aplicados em larga escala para aumentar a produção agrícola. No entanto, o uso indiscriminado de agroquímicos tem resultado em poluição ambiental, levando a riscos à saúde pública. Além disso, os solos agrícolas estão perdendo continuamente sua qualidade e propriedades físicas, bem como sua saúde química (desequilíbrio de nutrientes) e biológica. Microrganismos associados a plantas, com seus traços de promoção de crescimento, têm enorme potencial para resolver esses desafios e desempenham um papel crucial no aumento da biomassa vegetal e do rendimento das culturas. Os mecanismos benéficos de melhoria do crescimento das plantas incluem maior disponibilidade de nutrientes, modulação de fitormônios, biocontrole de fitopatógenos e amenização de estresses bióticos e abióticos. A formulação de bioinoculantes sólidos ou líquidos compreende o preparo do inóculo, a adição de protetores celulares, como glicerol, lactose, amido, um bom material carreador, embalagem adequada e os melhores métodos de aplicação. Desenvolvimentos recentes em formulação incluem o aprisionamento/microencapsulamento, a nanoimobilização de bioinoculantes microbianos e biofertilizantes à base de biofilme. Esta revisão examina criticamente o estado da arte sobre o uso de linhagens microbianas como biofertilizantes e os papéis importantes desempenhados por esses micróbios benéficos na manutenção da fertilidade do solo e no aumento da produtividade das culturas.

Abstract

Modern intensive agricultural practices face numerous challenges that pose major threats to global food security. In order to address the nutritional requirements of the ever-increasing world population, chemical fertilizers and pesticides are applied on large scale to increase crop production. However, the injudicious use of agrochemicals has resulted in environmental pollution leading to public health hazards. Moreover, agriculture soils are continuously losing their quality and physical properties as well as their chemical (imbalance of nutrients) and biological health. Plant-associated microbes with their plant growth- promoting traits have enormous potential to solve these challenges and play a crucial role in enhancing plant biomass and crop yield. The beneficial mechanisms of plant growth improvement include enhanced nutrient availability, phytohormone modulation, biocontrol of phytopathogens and amelioration of biotic and abiotic stresses. Solid-based or liquid bioinoculant formulation comprises inoculum preparation, addition of cell protectants such as glycerol, lactose, starch, a good carrier material, proper packaging and best delivery methods. Recent developments of formulation include entrapment/microencapsulation, nano-immobilization of microbial bioinoculants and biofilm-based biofertilizers. This review critically examines the current state-of-art on use of microbial strains as biofertilizers and the important roles performed by these beneficial microbes in maintaining soil fertility and enhancing crop productivity.