Application of the macroalgae Ulva sp. and Chondrus crispus extracts as biofertilizers in cabbage and oats

Abstract

Agriculture is a major source of greenhouse gas emissions and environmental disruption. With the human population expected to grow in the coming decades, new and sustainable ways of increasing agricultural production and minimizing pollution are needed. To address this objective, this research explores the potential of macroalgae, specifically Ulva sp. and Chondrus crispus from the Portuguese coast, as biofertilizers for two strategically important crops, cabbage and oats. Hot water extraction was evaluated as a method of producing macroalgae extracts with biofertilizer capabilities. The study involved a comprehensive physical and biochemical characterization of the macroalgae extracts, revealing distinctive and adequate electrical conductivity and viscosity. These extracts are rich in macro and micronutrients essential for plant growth, such as polysaccharides and phenolic compounds with biostimulant activity. Ulva sp. extract significantly enhances oat seedling germination in terms of size, weight, and chlorophyll content, whereas Chondrus crispus extract yields less favorable outcomes. In the case of cabbage seed germination, both extracts improve seedling vigour, with Chondrus crispus extract exhibiting the most promising effects on seedling size, weight, and pigment concentration. In contrast, the foliar application of the extracts in oat juveniles growing in ideal conditions did not produce observable differences. This research confirmed the potential of macroalgae extracts to enhance seedling vigor, offering prospects for improved agricultural yields. The findings of this study could contribute for sustainable agriculture and environmental preservation.

A agricultura é uma das principais fontes de emissões de gases de efeito estufa e perturbação ambiental. Com a expectativa de crescimento da população humana nas próximas décadas, novas formas de aumentar a produção agrícola de forma sustentável e minimizar poluição são necessárias. Neste contexto, esta investigação explora o potencial das macroalgas, especificamente Ulva sp. e Chondrus crispus da costa portuguesa, como biofertilizantes para duas culturas agrícolas estrategicamente importantes, couve e aveia. A extração com água quente foi avaliada como um método de produção de extratos de macroalgas com capacidades biofertilizantes. O estudo envolveu uma caracterização física e bioquímica abrangente dos extratos de macroalgas, que revelaram condutividade elétrica e viscosidade distintas e adequadas para serem usadas na agricultura. Os extratos obtidos são ricos em macro e micronutrientes essenciais para o desenvolvimento das plantas, como os polissacarídeos e compostos fenólicos com atividade bioestimulante. O extrato de Ulva sp. melhora significativamente a germinação de plântulas de aveia em termos de tamanho, peso e conteúdo de clorofila, enquanto o extrato de Chondrus crispus produz resultados menos favoráveis. No caso da germinação de sementes de couve, ambos os extratos melhoram o vigor das plântulas, sendo que o extrato de Chondrus crispus exibe os efeitos mais promissores no tamanho, peso e concentração de pigmentos das plântulas. Por outro lado, a aplicação foliar dos extratos em plantas jovens de aveia a crescer em condições ideais não produziu diferenças observáveis. Este trabalho confirmou o potencial dos extratos de macroalgas para melhorar o vigor das plântulas, oferecendo perspetivas de aumento na produção agrícola. Este estudo permite contribuir para uma agricultura sustentável e para a preservação ambiental.