Synthesis of phosphorus nano-fertilisers their strategic applications and effect on plant growth

Resumo

A Índia se destaca como um exportador significativo de amenidades agrícolas, com o setor agrícola contribuindo com 20% para o PIB total do país em 2020, de acordo com o relatório da Pesquisa Econômica Indiana de 2023. Os fertilizantes minerais têm sido fundamentais para aumentar a produtividade agrícola. No entanto, a eficiência dos fertilizantes minerais permanece relativamente baixa, com cerca de menos de 10% para o fósforo (P), o que leva a perdas de nutrientes por lixiviação, escoamento, emissões gasosas e fixação ou quelação do solo, causando potencialmente degradação da qualidade do solo e da água e declínio ambiental geral, representando uma ameaça à saúde humana e aos ecossistemas aquáticos e terrestres. Os nanofertilizantes oferecem atributos promissores, como alta relação área de superfície/volume, maior eficiência de absorção, frequência de aplicação reduzida e impacto ambiental mínimo, tornando-os uma alternativa viável e sustentável aos fertilizantes minerais convencionais. Sua utilização também tem o potencial de mitigar as perdas de nutrientes, aumentando a fertilidade do solo, aumentando a produtividade das culturas e minimizando as perdas econômicas. Esta revisão se concentra na exploração aprofundada de diversas metodologias de síntese utilizadas para a produção de nanopartículas de fósforo destinadas ao uso como nanofertilizantes. A revisão também investiga a biodistribuição e o destino dessas nanopartículas em sistemas vegetais, fornecendo insights sobre sua interação com a filosfera, o tegumento, as raízes, a fisiologia vegetal, os fatores abióticos e a subsequente translocação de nutrientes. Os resultados mostram que os fertilizantes nano P aumentam significativamente a eficiência da absorção de nutrientes e reduzem a perda de fósforo por lixiviação e escoamento superficial em comparação com os fertilizantes convencionais, resultando em melhores rendimentos das culturas e práticas agrícolas mais sustentáveis. No entanto, os efeitos a longo prazo na saúde do solo, nas comunidades microbianas e na fisiologia vegetal requerem mais pesquisas.

Abstract

India stands as a significant exporter of agricultural amenities with the agricultural sector contributing 20% to the nation’s total GDP in 2020 as per the report of the Indian Economic Survey, 2023. Chemical fertilisers have been instrumental in increasing agricultural yields. However, the efficiency of chemical fertilisers remains relatively low, with around less than 10% for phosphorus (P), which leads to nutrient losses through leaching, run-off, gaseous emissions, and soil fixation or chelation, potentially causing soil and water quality degradation and overall environmental decline, posing a threat to human health, aquatic, and terrestrial ecosystems. Nano-fertilisers offer promising attributes, such as high surface area to volume ratio, enhanced uptake efficiency, reduced application frequency, and minimal environmental impact, making them a viable and sustainable alternative to conventional chemical fertilisers. Their utilisation also holds the potential to mitigate nutrient losses by enhancing soil fertility, boosting crop productivity, and minimising economic losses. This review focuses on an in-depth exploration of diverse synthesis methodologies used for producing nano-sized phosphorus particles intended for use as nano-fertilizers. The review also investigates the bio-distribution and fate of these nanoparticles within plant systems, providing insights into their interaction with phyllosphere, seed coat, plant roots, plant physiology, abiotic factors and subsequent nutrient translocation. Results show that nano P fertilizers significantly enhance nutrient uptake efficiency and reduce phosphorus loss through leaching and runoff compared to conventional fertilizers, resulting in better crop yields and more sustainable farming practices. However, the long-term effects on soil health, microbial communities, and plant physiology require further research.