Synergistic Impacts of Synthesized Nanozeolite-Based Nitrogen Fertilizers on Soil Nitrogen Mineralization, Nitrogen Loss Mitigation, Enzymatic Pathways, Photosynthetic Efficiency, and Crop Yield in Agricultural Systems
- P. L. Ramalingappa
- R. Singh
- M. Shrivastava
Resumo
Fertilizantes de nitrogênio (N) à base de nanozeólita são alternativas promissoras à ureia convencional para melhorar a eficiência do uso de nitrogênio (EUN) e reduzir perdas ambientais. Este estudo avaliou os impactos multifuncionais de fertilizantes de ureia de nanozeólita não modificados (FUNZ) e modificados com surfactante (FUNZS) na dinâmica do nitrogênio do solo, atividade enzimática, eficiência fotossintética e rendimento da cultura no espinafre-indiano (Beta vulgaris var. bengalensis) e tomate (Solanum lycopersicum). Um experimento em vaso de dois anos com nove tratamentos foi conduzido em condições de campo. Os tratamentos compreenderam controle (sem nitrogênio), doses de nitrogênio recomendadas (DNR) aplicadas através de ureia, nitrato de amônio de ureia (UAN), fertilizante de nitrato de amônio de ureia de nanozeólita (FUNZ) e fertilizante de nitrato de amônio de ureia de nanozeólita modificado com surfactante (FUNZS) a 100%, 75% e 50% dos níveis de DNR para espinafre-indiano (90 kg N ha⁻¹) e tomate (120 kg N ha⁻¹). O tratamento T4 (FUNZS @ 100% DNR) reduziu a volatilização de amônia em 20–24% no espinafre-indiano e 41–44% no tomate. T5 (FUNZ @ 100% DNR) reduziu as emissões de N₂O em 38,5% e 48,7%, respectivamente. A liberação controlada de N foi validada através de um estudo de coluna de lixiviação de 60 dias. Os tratamentos FUNZS aumentaram significativamente a atividade enzimática—urease, desidrogenase, β-glucosidase e enzimas de assimilação de nitrogênio (NR, NiR, GS, GDH)—em 17–35%. As taxas de fotossíntese foliar aumentaram 16% (tomate) e 17% (espinafre), acompanhadas por maior teor de clorofila. Os ganhos de rendimento atingiram 5–7% no espinafre e 30–35% no tomate sob FUNZS na dose completa. Os achados indicam que o FUNZS é um fertilizante nitrogenado escalável e climaticamente inteligente, proporcionando benefícios agronômicos e ambientais significativos em comparação com a ureia convencional em sistemas agrícolas de alto insumo.
Abstract
Nanozeolite-based nitrogen (N) fertilizers are promising alternatives to conventional urea for improving nitrogen use efficiency (NUE) and reducing environmental losses. This study assessed the multifunctional impacts of unmodified (NZUF) and surfactant-modified nanozeolite urea fertilizers (SNZUF) on soil nitrogen dynamics, enzyme activity, photosynthetic efficiency, and crop yield in Indian spinach (Beta vulgaris var. bengalensis) and tomato (Solanum lycopersicum). A two-year pot experiment with nine treatments was conducted under field conditions. Treatments comprised control (no nitrogen), recommended nitrogen doses (RDN) applied through urea, urea ammonium nitrate (UAN), nanozeolite urea ammonium nitrate fertilizer (NZUF), and surfactant-modified nanozeolite urea ammonium nitrate fertilizer (SNZUF) at 100%, 75%, and 50% RDN levels for Indian spinach (90 kg N ha⁻1) and tomato (120 kg N ha⁻1). Treatment T4 (SNZUF @ 100% RDN) reduced ammonia volatilization by 20–24% in indian spinach and 41–44% in tomato. T5 (NZUF @ 100% RDN) reduced N₂O emissions by 38.5% and 48.7%, respectively. Controlled N release was validated through a 60-day leaching column study. SNZUF treatments significantly enhanced enzymatic activity—urease, dehydrogenase, β-glucosidase, and nitrogen-assimilation enzymes (NR, NiR, GS, GDH)—by 17–35%. Leaf photosynthesis rates increased by 16% (tomato) and 17% (spinach), accompanied by higher chlorophyll content. Yield gains reached 5–7% in spinach and 30–35% in tomato under SNZUF at full dose. The findings indicate that SNZUF is a scalable and climate-smart nitrogen fertilizer, providing significant agronomic and environmental benefits compared to conventional urea in high-input agricultural systems.
