Desenvolvimento de mecanismos de encapsulamento e de libertação controlada de nanofertilizantes em agricultura de precisão

Abstract

O aumento da população mundial intensifica a procura de alimentos. No entanto, as práticas de agricultura intensiva têm danos ambientais colaterais tais como a degradação do solo e a contaminação das águas subterrâneas. Por isso, é necessário encontrar estratégias para aumentar a produção agrícola de forma ambientalmente sustentável. A utilização de nanomateriais na aplicação de fertilizantes pode contribuir para a sustentabilidade na agricultura. Os nanomateriais podem ser utilizados por exemplo em práticas de “priming” de sementes, ou seja, “seedpriming”. O principal objetivo da presente dissertação foi avaliar se a aplicação de nanopartículas de ZnO (NPs ZnO) diretamente na semente antes da germinação, através de “seedpriming”, pode ter benefícios em termos da taxa de germinação da semente e do crescimento da planta. A aplicação de NPs ZnO foi comparada com a aplicação de Zn na forma iónica (ZnSO4), ou seja, o método de fertilização convencional. Foi ainda avaliado se o revestimento das NPs ZnO com mucilagem de sementes de manjericão (NPs ZnO M) poderia contribuir para aumentar a adesividade das NPs ao revestimento da semente e desta forma aumentar a biodisponibilidade do Zn aplicado para ser absorvido pela semente. Realizaram-se ensaios de “seedpriming” com concentrações de 0.5 e 120 mg/L de Zn na forma de ZnSO4, NPs ZnO e NPs ZnO M aplicados em sementes de tomate cereja da espécie Solanum lycopersicum L. foi utilizada água destilada como controlo. Os resultados obtidos mostram que a aplicação de Zn na forma de NPs ZnO (120 mg/L) promoveu um aumento de cerca de 8 % na taxa de germinação das sementes comparado com o controlo com água; e, uma concentração de Zn retido na semente cerca de 25 vezes maior do que o tratamento com água, e 3.7 vezes maior do que as sementes tratadas com ZnSO4. O ”seedpriming” com NPs ZnO M (120 mg/L) contribuiu para um aumento de 4 vezes no valor de biomassa seca das raízes e de 5 vezes de biomassa seca da parte aérea da planta comparativamente ao controlo com água. Este tratamento com NPs ZnO M promoveu ainda um aumento médio do comprimento da parte aérea da plantas em aproximadamente 7.8 cm em comparação com o tratamento com água. Os resultados obtidos neste trabalho sugerem que o tratamento das sementes com NPs ZnO M (120 mg/L) foi o que contribuiu para o melhor desenvolvimento da planta. De notar que, ambos os tratamentos de 120 mg/L de Zn na forma de NPs ZnO (com ou sem mucilagem) contribuíram para uma maior retenção de Zn quer nas sementes quer nas plântulas comparativamente ao controlo com água ou ao controlo iónico, promovendo assim uma maior disponibilidade de Zn para o desenvolvimento da planta.

The increasing world population intensifies the demand for food. However, intensive farming practices have collateral environmental damages such as soil degradation and groundwater contamination. Therefore, it is necessary to find strategies to increase agricultural production in an environmentally sustainable way. The use of nanomaterials in fertilizer application can contribute to sustainability in agriculture. Nanomaterials can be used for example in seed "priming" practices, that is, "seedpriming". The main objective of the present dissertation was to evaluate whether the application of ZnO nanoparticles (ZnO NPs) directly to the seed prior to germination, through "seedpriming", can have benefits in terms of seed germination rate and plant growth. The application of ZnO NPs was compared with the application of Zn in ionic form (ZnSO4), that is, the conventional fertilization method. It was further evaluated whether coating the ZnO NPs with basil seed mucilage (ZnO M NPs) could contribute to increase the adhesiveness of the NPs to the seed coat and thus increase the bioavailability of the applied Zn to be absorbed by the seed. "Seedpriming" trials were conducted with concentrations of 0.5 and 120 mg/L of Zn in the form of ZnSO4, ZnO NPs and ZnO M NPs applied to cherry tomato seeds of the species Solanum lycopersicum L. distilled water was used as control. The results obtained show that the application of Zn in the form of ZnO NPs (120 mg/L) promoted an increase of about 8 % in seed germination rate compared to the water control; and a concentration of Zn retained in the seed about 25 times higher than the water treatment, and 3.7 times higher than the ZnSO4 treated seeds. "Seedpriming" with ZnO M NPs (120 mg/L) contributed to a 4-fold increase in root dry biomass value and a 5-fold increase in plant aboveground dry biomass compared to the water control. This treatment with ZnO M NPs also promoted an average increase in plant aboveground length by approximately 7.8 cm compared to the water treatment. The results obtained in this work suggest that the seed treatment with ZnO M NPs (120 mg/L) was the one that contributed to the best plant development. Note that both treatments of 120 mg/L of Zn in the form of ZnO NPs (with or without mucilage) contributed to a greater retention of Zn in both seeds and seedlings compared to the water control or the ionic control, thus promoting a greater availability of Zn for plant development.