Microbially Enhanced Biofertilizers: Technologies, Mechanisms of Action, and Agricultural Applications

Resumo

Pesquisas intensivas têm sido conduzidas por muitos anos para desenvolver técnicas ambientalmente amigáveis para o cultivo de plantas que otimizem o processo de fertilização. Uma das áreas mais promissoras dentro da indústria de fertilizantes é o uso de fertilizantes microbioenriquecidos, que incorporam bactérias ou fungos benéficos. Os biofertilizantes são o foco de estudos tanto sobre suas tecnologias de produção quanto sobre seus efeitos no crescimento e produtividade das culturas, apresentando uma alternativa potencial aos fertilizantes minerais convencionais. O uso prolongado e inadequado de fertilizantes minerais, juntamente com a proteção fitossanitária inadequada, a falta de adubação orgânica e más práticas de rotação de culturas, impactam negativamente a saúde do solo, perturbando as populações microbianas e, em última análise, diminuindo a qualidade e a quantidade da produção. Os microrganismos, particularmente grupos específicos conhecidos como rizobactérias promotoras de crescimento (RPCP) e fungos benéficos, são estimados como constituindo 85% da biomassa total do solo e desempenham um papel crucial na fertilidade do solo, mineralizando a matéria orgânica, suprimindo pragas e patógenos, formando húmus e mantendo a estrutura adequada do solo. Eles também fornecem condições ideais para o crescimento das plantas. Os microrganismos do solo podem ser categorizados como autóctones, naturalmente presentes no solo, ou zimogênicos, que se desenvolvem quando matéria orgânica facilmente assimilável é adicionada. Microrganismos-chave como Micrococcus, Bacillus, Azotobacter e bactérias fixadoras de nitrogênio como Rhizobium e Bradyrhizobium contribuem significativamente para a saúde do solo e o crescimento das plantas. Os fertilizantes microbioenriquecidos não só fornecem macro e micronutrientes essenciais, mas também melhoram a qualidade do solo, aumentam a eficiência do uso de nutrientes (UEN) , protegem as plantas contra patógenos e restauram a fertilidade natural do solo, promovendo um ambiente biológico equilibrado para a agricultura sustentável.

Abstract

Intensive research has been conducted for many years to develop environmentally friendly techniques for plant cultivation that optimize the fertilization process. One of the most promising areas within the fertilizer industry is using microbiologically enriched fertilizers, which incorporate beneficial bacteria or fungi. Biofertilizers are the focus of studies on both their production technologies and their effects on crop growth and yield, presenting a potential alternative to conventional mineral fertilizers. The prolonged and improper use of mineral fertilizers, along with inadequate plant protection, a lack of organic fertilization, and poor crop rotation practices, negatively impact soil health, disrupting microbial populations and ultimately diminishing yield quality and quantity. Microorganisms, particularly specific groups known as plant growth -promoting rhizobacteria (PGPR) and beneficial fungi, are estimated to make up 85% of the total soil biomass and play a crucial role in soil fertility by mineralizing organic matter, suppressing pests and pathogens, forming humus, and maintaining proper soil structure. They also provide optimal conditions for plant growth. Soil microorganisms can be categorized as either autochthonous, naturally present in the soil, or zymogenic, which develop when easily assimilable organic matter is added. Key microorganisms such as Micrococcus, Bacillus, Azotobacter, and nitrogen-fixing bacteria like Rhizobium and Bradyrhizobium significantly contribute to soil health and plant growth. Microbially enhanced fertilizers not only supply essential macro- and micronutrients but also improve soil quality, enhance nutrient use efficiency, protect plants against pathogens, and restore natural soil fertility, fostering a balanced biological environment for sustainable agriculture.