Mineral Particles in Foliar Fertilizer Formulations Can Improve the Rate of Foliar Uptake

Resumo

A aplicação de pulverizações foliares de suspensões de sais de elementos essenciais relativamente insolúveis está gradualmente se tornando comum, principalmente com a introdução de abordagens de nanotecnologia na agricultura. No entanto, há controvérsia sobre a eficácia de tais fontes de nutrientes pouco solúveis como fertilizantes foliares. Neste trabalho, nos concentramos em analisar o efeito da adição de partículas de carbonato de cálcio (calcita, CaCO₃) em micro e nanoescala como compostos minerais pouco solúveis modelo a formulações de fertilizantes foliares em termos de aumento da taxa de absorção foliar. Para esses propósitos, realizamos experimentos de aplicação foliar de curto prazo tratando folhas de espécies com características de superfície e taxas de molhabilidade variáveis. A eficácia de absorção foliar de formulações foliares contendo um surfactante e fontes de nutrientes solúveis modelo, nomeadamente cloreto de cálcio (CaCl₂), sulfato de magnésio (MgSO₄), nitrato de potássio (KNO₃) ou sulfato de zinco (ZnSO₄), foi avaliada sozinha ou após a adição de partículas de calcita. Em geral, a combinação das partículas de carbonato de cálcio com um sal de elemento essencial teve um efeito sinérgico e melhorou a absorção do Ca e do elemento nutriente fornecido. À luz dos efeitos positivos do uso de partículas de calcita como adjuvantes de formulação foliar, partículas de dolomita em nano e microescala também foram testadas como aditivos de formulação foliar, e os resultados também foram positivos em termos de aumento da absorção foliar. A eficácia de absorção foliar do elemento nutriente observada pode ser parcialmente explicada pela modelagem geoquímica, que nos permitiu prever como essas formulações terão desempenho pelo menos em termos químicos. Nossos resultados mostram o grande potencial de adicionar partículas minerais como aditivos de formulação foliar, mas os mecanismos de ação associados e possíveis benefícios adicionais às plantas devem ser caracterizados em investigações futuras.

Abstract

The application of foliar sprays of suspensions of relatively insoluble essential element salts is gradually becoming common, chiefly with the introduction of nano-technology approaches in agriculture. However, there is controversy about the effectiveness of such sparingly soluble nutrient sources as foliar fertilizers. In this work, we focussed on analysing the effect of adding Ca-carbonate (calcite, CaCO3) micro- and nano-particles as model sparingly soluble mineral compounds to foliar fertilizer formulations in terms of increasing the rate of foliar absorption. For these purposes, we carried out short-term foliar application experiments by treating leaves of species with variable surface features and wettability rates. The leaf absorption efficacy of foliar formulations containing a surfactant and model soluble nutrient sources, namely Ca-chloride (CaCl2), magnesium sulphate (MgSO4), potassium nitrate (KNO3), or zinc sulphate (ZnSO4), was evaluated alone or after addition of calcite particles. In general, the combination of the Ca-carbonate particles with an essential element salt had a synergistic effect and improved the absorption of Ca and the nutrient element provided. In light of the positive effects of using calcite particles as foliar formulation adjuvants, dolomite nano- and micro-particles were also tested as foliar formulation additives, and the results were also positive in terms of increasing foliar uptake. The observed nutrient element foliar absorption efficacy can be partially explained by geochemical modelling, which enabled us to predict how these formulations will perform at least in chemical terms. Our results show the major potential of adding mineral particles as foliar formulation additives, but the associated mechanisms of action and possible additional benefits to plants should be characterised in future investigations.