Contexto: A superaplicação de fertilizantes químicos para atingir rendimentos ótimos das culturas resultou em um problema ambiental de preocupação global. Para mitigar isso, reduzir a aplicação de nitrogênio (N) e aumentar a eficiência do uso de fertilizantes é crucial, e os nanofertilizantes oferecem uma solução promissora. No entanto, há uma escassez de estudos examinando o uso de nanofertilizantes em campo.
Objetivos: Este estudo teve como objetivo avaliar o impacto de diferentes dosagens de carbonato de cálcio nanoestruturado (NCC) misturado com fertilizante composto (FC) no fornecimento de N do solo, atividade enzimática, ecologia microbiana, bem como características fotossintéticas, acúmulo de N e rendimento das plantas de trigo.
Métodos: Os efeitos foram examinados por meio de um experimento de lixiviação em coluna de solo e um experimento de campo de dois anos conduzido de 2020 a 2022. Cinco grupos de tratamento foram estabelecidos, a saber, CK (FC), T1 (FC + 0,15% NCC), T2 (FC + 0,30% NCC), T3 (FC + 0,45% NCC) e T4 (FC + 0,60% NCC), para determinar a proporção ideal de NCC para FC.
Resultados: Todos os tratamentos com NCC resultaram em lixiviação reduzida de N solúvel. No entanto, os tratamentos com 0,45% e 0,60% de NCC (T3 e T4) apresentaram risco de migração através do escoamento da água, levando a perdas de nutrientes. A aplicação simultânea de NCC e FC aumentou o conteúdo de nitrato N (NO₃⁻-N) do solo, bem como os níveis de atividade da urease e da protease durante o estágio de antese. Além disso, elevou a abundância de várias comunidades microbianas, incluindo Actinobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi, Cyanobacteria e Nitrospirae. A aplicação de NCC reduziu o conteúdo de Na⁺/K⁺ e malondialdeído (MDA), enquanto elevou as atividades da superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbato peroxidase (APX), nitrato redutase (NR) e glutamina sintetase (GS) da folha bandeira. Além disso, aumentou a condutância estomática (Gs) e a taxa fotossintética líquida (Pn). O tratamento com 0,30% de NCC mostrou acúmulo de N significativamente maior no caule, folha e espiga em comparação com CK no estágio de maturidade. Além disso, o tratamento com 0,30% de NCC exibiu um aumento significativo no número de grãos por espiga e rendimentos mais altos em comparação com CK. Em particular, os tratamentos com 0,30% e 0,45% de NCC atingiram aumentos de rendimento de 29,6–34,7% e 19,9–26,0%, respectivamente.
Conclusão: O NCC aumentou o acúmulo de N e o rendimento das plantas de trigo por meio da regulação da taxa de liberação de N e do aumento do conteúdo de N do solo, atividade enzimática e diversidade e abundância da comunidade microbiana. Além disso, o NCC aumentou a taxa de fotossíntese da folha bandeira durante o estágio de antese à maturidade do trigo. Esta pesquisa destaca o potencial do NCC para melhorar a produção de trigo. E 0,30% de NCC é a concentração de aplicação ideal para o NCC.
Context
Over-application of chemical fertilizers to attain optimal crop yields has resulted in an environmental issue of global concern. To mitigate this, reducing nitrogen (N) application and enhancing fertilizer use efficiency is crucial, and nano-fertilizers offer a promising solution. However, there is a paucity of studies examining the use of nano-fertilizers in fields.
Objectives
This study aimed to assess the impact of different dosages of nano calcium carbonate (NCC) mixed with compound fertilizer (CF) on soil N supply, enzyme activity, microbial ecology, as well as photosynthetic characteristics, N accumulation and yield of wheat plants.
Methods
The effects were examined through a soil column leaching experiment and a two-year field experiment conducted from 2020 to 2022. Five treatment groups were established, namely CK (CF), T1 (CF + 0.15% NCC), T2 (CF + 0.30% NCC), T3 (CF + 0.45% NCC), and T4 (CF + 0.60% NCC), to determine the optimal ratio of NCC to CF.
Results
All NCC treatments resulted in reduced leaching of soluble N. Nevertheless, the 0.45% and 0.60% NCC treatments (T3 and T4) posed a risk of migration through water runoff, leading to nutrient losses. The simultaneous application of NCC and CF increased the content of soil nitrate N (NO3–N), as well as the activity levels of urease and protease during the anthesis stage. Additionally, it elevated the abundance of various microbial communities, including Actinobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi, Cyanobacteria, and Nitrospirae. NCC application reduced the content of Na+/K+ and malondialdehyde (MDA), while elevating the activities of flag leaf superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), ascorbate peroxidase (APX), nitrate reductase (NR), and glutamine synthetase (GS). Additionally, it increased stomatal conductance (Gs) and net photosynthetic rate (Pn). The 0.30% NCC treatment showed significantly higher N accumulation in the stem, leaf, and spike compared to CK at the maturity stage. Moreover, 0.30% NCC treatment exhibited a significant increase in the number of grains per spike and higher yields compared to CK. In particular, 0.30% and 0.45% NCC treatments accomplished yield boosts of 29.6–34.7% and 19.9–26.0%, respectively.
Conclusion
NCC enhanced wheat plant N accumulation and yield through regulation of N release rate and increased soil N content, enzyme activity, and microbial community diversity and abundance. Additionally, NCC boosted flag leaf photosynthesis rate during the anthesis to maturity stage of wheat. This research highlights the potential of NCC to improve wheat crop production. And 0.30% NCC is the optimal application concentration for NCC.