Nanopartículas e suprapartículas para fertilização de ferro e zinco: um estudo em cultivo hidropônico de Lactuca sativa

Abstract

Os nanomateriais como potenciais insumos agrícolas têm se destacado como alternativas promissoras para aumentar a eficiência da fertilização e reduzir perdas de nutrientes, contribuindo para sistemas de cultivo mais sustentáveis. Neste estudo, avaliou-se o potencial de nanopartículas (NPs) e suprapartículas (SPs) de óxido de zinco (ZnO) e óxido de ferro (Fe₃O₄) como fontes de micronutrientes em sistemas hidropônicos no cultivo de alface (Lactuca sativa). As NPs foram sintetizadas por co-precipitação e as SPs por automontagem ancorada em nanofibrilas de celulose (NFC). Ambos os materiais foram caracterizados quanto ao tamanho, morfologia e estabilidade coloidal e aplicados à solução nutritiva em diferentes concentrações. Após 28 dias de cultivo, foram realizadas análises fisiológicas, bioquímicas, morfológicas e nutricionais. De forma geral, as NPs apresentaram melhor desempenho, promovendo maiores teores de clorofila (até 44% de aumento nos tratamentos com ferro), maior acúmulo de biomassa (5,9% para ZnO e 59,3% para Fe₃O₄) e maior biodisponibilidade de nutrientes (aumentos de aproximadamente 242% para ZnO e 50,4% para Fe₃O₄). As NPs de ZnO favoreceram a absorção e translocação de zinco, enquanto as NPs de Fe₃O₄ se mostraram mais eficientes na adsorção radicular. Por outro lado, as SPs ZnO:NFC apresentaram baixa eficiência em hidroponia, provavelmente devido à liberação retardada, desfavorável em sistemas onde o ciclo de cultivo é mais curto. Como referência comparativa, foram aplicados também fertilizantes convencionais (ZnSO₄ e FeSO₄), que resultaram em maiores indicadores de estresse oxidativo — especialmente no tratamento com ferro, que apresentou cerca de 238% mais indicadores de estresse em relação aos tratamentos nanoparticulados. Os resultados demonstram que os nanomateriais podem aumentar significativamente a eficiência nutricional das culturas e, quando associados a sistemas hidropônicos, constituem uma tecnologia sustentável capaz de mitigar desafios relacionados à produção de alimentos. Contudo, destaca-se a necessidade de aprofundar estudos sobre segurança e comportamento ambiental desses materiais.

Nanomaterials as potential agricultural inputs have stood out as promising alternatives to increase fertilization efficiency and reduce nutrient losses, contributing to more sustainable cropping systems. In this study, the potential of zinc oxide (ZnO) and iron oxide (Fe₃O₄) nanoparticles (NPs) and supraparticles (SPs) as micronutrient sources in hydroponic systems for lettuce (Lactuca sativa) cultivation was evaluated. NPs were synthesized by co-precipitation and SPs by self-assembly anchored to cellulose nanofibrils (CNF). Both materials were characterized in terms of size, morphology, and colloidal stability and applied to the nutrient solution at different concentrations. After 28 days of cultivation, physiological, biochemical, morphological, and nutritional analyses were performed. Overall, the NPs performed better, promoting higher chlorophyll levels (up to a 44% increase in iron treatments), greater biomass accumulation (5.9% for ZnO and 59.3% for Fe₃O₄), and greater nutrient bioavailability (increases of approximately 242% for ZnO and 50.4% for Fe₃O₄). ZnO NPs favored zinc absorption and translocation, while Fe₃O₄ NPs proved more efficient in root adsorption. On the other hand, ZnO:NFC SPs showed low efficiency in hydroponics, probably due to delayed release, which is unfavorable in systems where the growing cycle is shorter. As a comparative reference, conventional fertilizers (ZnSO₄ and FeSO₄) were also applied, which resulted in higher indicators of oxidative stress — especially in the iron treatment, which showed approximately 238% more stress indicators compared to the nanoparticulate treatments. The results demonstrate that nanomaterials can significantly increase the nutritional efficiency of crops and, when associated with hydroponic systems, constitute a sustainable technology capable of mitigating challenges related to food production. However, the need to deepen studies on the safety and environmental behavior of these materials is highlighted.