Nanofertilizers – Emerging smart fertilizers for modern and sustainable agriculture

Resumo

Nas últimas décadas, houve uma enorme explosão populacional humana, o que está pressionando a utilização dos recursos naturais. Em particular, a agricultura está sob pressão para garantir a segurança alimentar dessa população em expansão. Para combater essa demanda, fertilizantes minerais estão sendo usados ​​para aumentar a produtividade das colheitas, mas isso representa um sério impacto no ecossistema. Portanto, é hora de substituir as práticas agrícolas tradicionais por práticas inteligentes que aumentem a produtividade e o valor nutricional dos alimentos sem colocar em risco nosso ecossistema. Nesse sentido, a utilização de tecnologias inovadoras e de ponta, como a nanotecnologia, é uma abordagem viável para alcançar a sustentabilidade. Um dos materiais sintéticos mais promissores para atingir uma produção agrícola sustentada por meio da liberação inteligente de agroquímicos são os nanofertilizantes (NFs). As nanoferramentas possuem certas propriedades, como entrega inteligente e específica para o local, e liberação de NFs de maneira controlada (daí os chamados “fertilizantes inteligentes”), que minimizam a carga de quantidade e custo dos fertilizantes minerais para os cultivadores. Os NFs aumentam a eficiência no uso de nutrientes das plantas, reduzem a toxicidade do solo e diminuem o uso excessivo de fertilizantes minerais. Devido ao seu pequeno tamanho (<100 nm) e à sua grande área de superfície, os NFs proporcionam ao sistema vegetal mais espaço para acomodar diversos processos metabólicos e apresentam maior eficiência de penetração nas plantas e no solo. Nesse contexto, o  artigo aborda os diversos tipos de fertilizantes, os mecanismos de ação e os benefícios dos NFs. Além disso, o impacto do tamanho das partículas nos NFs, seu custo de produção, o papel da biocatálise no desenvolvimento dos NFs e o manejo de doenças virais em plantas também foram destacados.

Abstract

Last few decades have witnessed enormous explosion of human population which is putting strain on utilization of natural resources. Particularly, agriculture is under pressure to ensure food security for this expanding population. To combat this demand chemical fertilizers are being used to enhance the crop yield but it poses serious impact on ecosystem. It is therefore time to replace traditional farming practices with wise ones that will increase food yield and nutritional value without endangering our ecosystem. In this regard, utilizing cutting-edge, novel technologies—such as nanotechnology—is a viable approach to attaining sustainability. One of the most promising synthetic materials for attaining sustained agricultural output through intelligent agrochemical release is nanofertilizers (NFs). Nano tools possess certain properties such as site-specific, smart delivery, release NFs in a controlled manner (hence called as ‘smart fertilizers’), which minimize the burden of quantity and cost of chemical fertilizers on cultivators. NFs boost the efficiency to use plant nutrients, reduce soil toxicity, lower the overuse of chemical fertilizers. Because of small size (<100 nm), and high surface area, NFs gives the plant system more room to accommodate various metabolic processes and have greater penetration efficiency in plants and soil. With this backdrop, the present article focuses on diverse types of fertilizers, mechanisms of action and benefits of NFs. Further, the impact of particle size on NFs, their production cost, role of biocatalysis in NFs development and plant viral disease management have also been highlighted.