Current and future perspectives on the use of nanofertilizers for sustainable agriculture: the case of phosphorus nanofertilizer

Resumo

Ao longo do último século, a demanda por recursos alimentares tem aumentado continuamente com o rápido crescimento populacional. Portanto, é de fundamental importância adotar práticas agrícolas sustentáveis ​​que possam aumentar a produção agrícola sem o uso excessivo de fertilizantes. Nesse sentido, há um interesse crescente no uso de nanomateriais para melhorar a nutrição vegetal como alternativa aos fertilizantes químicos ou minerais tradicionais. Usando essa tecnologia, a eficiência de micro e macronutrientes nas plantas pode aumentar. Vários nanomateriais têm sido aplicados com sucesso na produção agrícola, em comparação com fertilizantes convencionais. Entre os principais nutrientes vegetais, o fósforo (P) é o menos acessível, visto que a maioria das terras agrícolas é frequentemente deficiente em P. Portanto, a eficiência do uso de P deve ser maximizada para conservar a base de recursos e manter a produtividade agrícola. Esta revisão resume a pesquisa atual e as possibilidades futuras da nanotecnologia na biofortificação da nutrição vegetal, com foco em fertilizantes fosfatados. Além disso, aborda os desafios, impactos ambientais e efeitos tóxicos que têm sido explorados na área da nanotecnologia para melhorar a produção agrícola. Os potenciais usos e benefícios dos fertilizantes à base de nanopartículas na agricultura de precisão e sustentável também são discutidos.

Abstract

Over the last century, the demand for food resources has been continuously increasing with the rapid population growth. Therefore, it is critically important to adopt sustainable farming practices that can enhance crop production without the excessive use of fertilizers. In this regard, there is a growing interest in the use of nanomaterials for improving plant nutrition as an alternative to traditional chemical or mineral fertilizers. Using this technology, the efficiency of micro- and macro-nutrients in plants can increase. Various nanomaterials have been successfully applied in agricultural production, compared to conventional fertilizers. Among the major plant nutrients, phosphorus (P) is the least accessible since most farmlands are frequently P deficient. Hence, P use efficiency should be maximized to conserve the resource base and maintain agricultural productivity. This review summarizes the current research and the future possibilities of nanotechnology in the biofortification of plant nutrition, with a focus on P fertilizers. In addition, it covers the challenges, environmental impacts, and toxic effects that have been explored in the area of nanotechnology to improve crop production. The potential uses and benefits of nanoparticle-based fertilizers in precision and sustainable agriculture are also discussed.