Limitations of biofertilizers and their revitalization through nanotechnology

Resumo

A sustentabilidade e a inovação são fundamentais para qualquer sistema de produção. Fornecer alimentos para a população crescente é de suma importância e crítico para a estabilidade global. No entanto, a questão da segurança alimentar enfrenta o duplo desafio do declínio contínuo da fertilidade do solo e da escassez de terras aráveis. Nossa dependência do uso excessivo de fertilizantes químicos tóxicos para aumentar a produtividade, é uma grande preocupação para o meio ambiente e o futuro da agricultura. Os biofertilizantes estão ganhando espaço como uma alternativa viável, com um potencial de mercado de 3,8 bilhões de dólares até 2025. Seu uso é uma forma natural de empregar microrganismos vivos para melhorar o status nutricional do solo por meio da expansão da superfície radicular, do aumento da disponibilidade e aquisição de nutrientes (fixação de nitrogênio e solubilização de fósforo), a produção de substâncias promotoras de crescimento e da inibição de patógenos. Apesar de serem econômicos e benignos ao meio ambiente, limitações como aplicações inconsistentes e falta de controle de qualidade suficiente, restringem sua adoção ampla. Para torná-los comercialmente bem-sucedidos, é necessário diversificar a base de recursos (identificando e incluindo cepas mais viáveis), criar tecnologia de manufatura melhor e implementar procedimentos de controle de qualidade. O uso da nanotecnologia no setor de biofertilizantes, por meio da síntese verde ou do nanorevestimento/encapsulamento de microrganismos benéficos com nanomateriais, é uma opção promissora. Os bionanofertilizantes aumentam a eficiência no uso de nutrientes, diminuem as perdas, possuem múltiplas atividades promotoras de crescimento e liberam nutrientes em uma taxa compatível com a demanda da planta. Sua adoção e popularização requerem testes extensivos em campo, campanhas de conscientização pública, capacitação de técnicos e partes interessadas, adoção de processos padrão de produção, armazenamento e aplicação, além da participação ativa de organizações privadas e da aplicação de legislação adequada. Aqui, discutimos as questões mencionadas à luz das evidências disponíveis e de nossa experiência com o sistema indiano.

Abstract

Sustainability and innovation are fundamental to any production system. Providing food to the increasing population is of paramount importance and is crtical to the global stability. However, the issue of food security is facing stiff challenge from continuously declining soil fertility and scarcity of fertile land. Our reliance on excessive use of toxic chemical fertilizers for increased yield is major concerns for environment and agriculture’s future. Biofertilizers are gaining traction as a viable alternative to toxic chemical fertilizers, with a market potential of 3.8 billion dollars by 2025. Use of biofertilizer is natural mean to use live microorganisms to improve soil nutritional status by root surface area expansion, enhanced nutrient availability and acquisition (nitrogen fixation and phosphate solubilization), production of plant growth promoting substances and inhibition of plant pathogen growth, and combining all these. Despite being cost-effective and environmentally benign, constraints like inconsistent supplies and a lack of sufficient quality control is limiting the wide adoption or deployment of biofertilizers. To make them commercialy successful, we need to diversify resource base (i.e., identify and include more viable strains), create better manufacturing technology, and implement quality control procedures. Use of nanotechnology in biofertilizer sector via green synthesis or by nanocoating or encapsulation of beneficial microorganism using nanomaterials is a promising option. Bio-nanofertilizers increase nutrient use efficiency; diminishing nutrient losses, have multiple crop growth promoting activities and release of nutrients to rate compatible to plants demand. Adoption and popularization of bio-nanofertilizers require extensive field-testing, public awareness campaigns, capacity building of resource persons and stakeholders, adoptation of standard production processes, storage and application, as well as active participation of private organizations and enforcement of suitable legislation. Here, we discuss before-mentioned issues in light of available evidences and our experience with India system.