Recent advances in nitrogen and nano-nitrogen fertilizers for sustainable crop production: a mini-review

Resumo

Para atender à demanda global por alimentos mantendo os menores impactos negativos possíveis no solo, ar e água, práticas agrícolas sustentáveis e precisas são essenciais. O uso eficiente de nanomateriais projetados (ENMs) pode substituir fertilizantes e pesticidas convencionais, minimizando subsequentemente o impacto ambiental das abordagens agrícolas. Fertilizantes nitrogenados de liberação lenta ou controlada podem aumentar a produtividade das culturas, aliviando ao mesmo tempo as restrições agroambientais. O nitrogênio (N) é o elemento essencial que limita a produção agrícola mundial. Apesar de inúmeros esforços, a eficiência de uso de N (NUE) na agricultura permanece em torno de 50%. A investigação contínua de novas abordagens resultou na síntese de nanomateriais inovadores (NMs), fornecendo um mecanismo potente para o desenvolvimento de características únicas dos elementos. Os materiais projetados mais promissores sendo explorados, seja para aplicações no solo ou foliares, são os nanofertilizantes (n-NFs). Embora não se saiba muito sobre o uso dos n-NFs, resultados significativos têm sido observados em várias espécies de plantas. Fertilizantes granulados são comumente aplicados ao solo para a necessidade de nitrogênio das plantas. Esses fertilizantes podem causar mais perdas devido ao escoamento superficial ou lixiviação, com volatilização de amônia e emissões de óxidos de N (N2O, NO, NOx). Espera-se que os n-NFs melhorem a NUE ao aumentar a eficiência da entrega de N às plantas e minimizar as perdas de N para o ambiente. Uma oportunidade de usar n-NFs em plantas pode surgir em condições únicas com limitações econômicas e ambientais crescentes. Este artigo destaca a possível aplicação de n-NFs como uma nova estratégia para garantir a NUE com a redução das perdas de N para o ambiente, incluindo o abordar de seu potencial para a agricultura sustentável.

Abstract

To meet the global food demand while maintaining the minimum possible negative impacts on the soil, air, and water, sustainable and precise agricultural practices are essential. The efficient use of engineered nanomaterials (ENMs) can replace conventional fertilizers and pesticides, subsequently minimizing the environmental impact of agricultural approaches. Slow-release or controlled-release nitrogenous fertilizers may enhance crop productivity while alleviating agro-environmental constraints. Nitrogen is the essential element which limits worldwide agricultural production. Despite numerous efforts, the N-use efficiency (NUE) in agriculture remains around 50%. The ongoing investigation of novel approaches has resulted in the synthesis of innovative nanomaterials (NMs), providing a potent mechanism for the development of unique element characteristics. The most promising engineered materials being explored, whether for soil or foliar applications, is nanofertilizers. Although not much is known about the usage of NFs, significant results have been observed in various plant species. Granular fertilizers are commonly applied to the soil for the nitrogen requirement of plants. These fertilizers may cause more losses due to the surface runoff or leaching with ammonia volatilization and N oxides (N2O, NO, NOx) emissions. n-NFs are expected to improve NUE by increasing the efficiency of N delivery to plants and minimizing N losses to the environment. A chance to use n-NFs in plants may arise in unique conditions with increasing economic and environmental limitations. This article highlights the possible application of n-NFs as a novel strategy to ensure NUE with the reduction in N losses to the environment, including addressing its potential for sustainable agriculture.