O cultivo de arroz — o grão básico para mais de 3,5 bilhões de pessoas ao redor do mundo — gera custos ambientais, climáticos e econômicos extremamente altos. Contudo, essa realidade pode estar prestes a mudar, graças a uma nova pesquisa liderada por cientistas da Universidade de Massachusetts Amherst e da Universidade Jiangnan da China. Eles demonstraram que aplicações em escala nanométrica do elemento seleno podem reduzir a quantidade de fertilizante necessária para o cultivo de arroz, mantendo a produtividade, aumentando a nutrição, melhorando a diversidade microbiana do solo e diminuindo as emissões de gases de efeito estufa. Além disso, em um novo artigo publicado nas Proceedings of the National Academy of Sciences, eles mostram pela primeira vez que tais aplicações em escala nanométrica funcionam em condições do mundo real.
“A Revolução Verde aumentou massivamente a produção agrícola no meio do século passado,” diz Baoshan Xing, Professor Distinto de Química Ambiental e de Solos, diretor da Escola de Agricultura Stockbridge da UMass e coautor sênior da nova pesquisa. “Mas essa revolução está perdendo força. Precisamos descobrir uma maneira de consertá-la e fazê-la funcionar.”
Parte do que tornou a Revolução Verde tão revolucionária foi a invenção de fertilizantes sintéticos ricos em nitrogênio que conseguiam manter altos os rendimentos agrícolas. No entanto, esses fertilizantes são caros de produzir, geram uma enorme quantidade de dióxido de carbono e grande parte deles se dissolve e é levada para longe.
A maioria das culturas utiliza apenas cerca de 40 a 60% do nitrogênio que recebem, uma medida conhecida como eficiência do uso de nitrogênio (NUE), e a NUE do arroz pode ser tão baixa quanto 30% — o que significa que 70% do que um agricultor aplica em seus campos é levado para ribeirões, lagos e oceanos, causando eutrofização, zonas mortas e diversos outros problemas ambientais. Isso também implica que 70% do custo do fertilizante é desperdiçado.
Além disso, quando o nitrogênio é aplicado ao solo, ele interage com a química e os micróbios complexos do solo, resultando em quantidades vastamente aumentadas de metano, amônia e óxido nitroso — todos eles contribuem para o aquecimento global. Ademais, a própria síntese de fertilizantes é um processo que emite muitos gases de efeito estufa.
“Todos sabem que precisamos melhorar a NUE,” diz Xing — a questão é como?
O que Xing e seus co-autores, incluindo o autor principal Chuanxi Wang e outro autor sênior, Zhenyu Wang, professores de processos ambientais e controle da poluição na Universidade Jiangnan, descobriram é que o seleno em nanometria, um elemento crucial para a saúde das plantas e dos seres humanos, quando aplicado às folhas e caules do arroz, reduziu os impactos ambientais negativos da fertilização nitrogenada em 41% e aumentou os benefícios econômicos em 38,2% por tonelada de arroz, em comparação com práticas convencionais.
“Usamos um drone aéreo para pulverizar levemente o arroz em um campo com a suspensão de seleno em escala nanométrica,” diz Wang. “Esse contato direto significa que a planta de arroz é muito mais eficiente em absorver o seleno do que se o aplicássemos ao solo.”
O seleno estimula a fotossíntese da planta, que aumentou em mais de 40%. Um aumento na fotossíntese significa que a planta absorve mais CO2, que ela então converte em carboidratos. Esses carboidratos descem para as raízes da planta, o que provoca seu crescimento. Raízes maiores e mais saudáveis liberam uma série de compostos orgânicos que promovem micróbios benéficos no solo, e são esses micróbios que, em simbiose com as raízes do arroz, extraem mais nitrogênio e amônio do solo para a planta, aumentando sua NUE de 30% para 48,3%, diminuindo a liberação de óxido nitroso e amônia na atmosfera em 18,8 a 45,6%.
Com a entrada de mais nutrientes, o próprio arroz produz um rendimento maior, resultando em grãos mais nutritivos: os níveis de proteína, certos aminoácidos críticos e seleno também aumentaram.
Além disso, Xing, Wang e seus colegas descobriram que suas aplicações de nano-seleno permitiram que os agricultores reduzissem suas aplicações de nitrogênio em 30%. Como o cultivo de arroz representa de 15 a 20% do uso global de nitrogênio, essa nova técnica oferece uma real promessa para ajudar a enfrentar a tríplice ameaça do crescimento populacional, das mudanças climáticas e dos crescentes custos econômicos e ambientais da agricultura.
