Coated Urea Fertilizers to Improve Nitrogen Use Efficiency and Maize Performance without Impairing Soil Microbial Functions

Nitrogen use efficiency (NUE) is one of the main challenges in modern agriculture due to nitrogen losses associated with conventional fertilizers and their related environmental impacts. Among all different strategies to improve the sustainability of nitrogen fertilization, controlled-release fertilizers such as coated urea represent a promising solution. This study compared standard urea (US), coated urea (UC, with a 20% reduction in nitrogen compared to US), and an unfertilized control (NT) in a Pioneer maize hybrid (Zea mays L.) grown in pots under greenhouse treatments for five weeks. Plant morphological parameters (height, stem diameter, and biomass), leaf spectral indices (NI, SPAD, NDVI, CI Green, MCARI, TCARI), and soil microorganisms functional genes involved in the nitrogen cycle (nifH, nirK, nosZ) were analysed, together with microbial community markers (16S rRNA) and organic matter degradation (GH48). The results showed an overall increase in plant growth across all treatments, with lower performance in US compared to the other treatments. UC provided agronomic performance comparable to NT but superior to US, while maintaining good biomass levels. Spectral indices indicated an overall optimal plant nitrogen nutritional status in all treatments, with differences mainly related to the temporal dynamics of nitrogen release. Soil genes analyses showed limited variation among treatments, indicating a minimal short-term impact on soil microbial communities. Overall, UC can be considered a promising fertilization strategy to reduce nitrogen inputs and losses, due to improved NUE, without compromising soil health or maize agronomic performance.

L’efficienza d’uso dell’azoto (NUE) è una delle principali sfide poste dall’agricoltura moderna a causa delle perdite di azoto associate ai fertilizzanti convenzionali e dei relativi impatti ambientali. Tra le possibili strategie per migliorare la sostenibilità della fertilizzazione azotata, i fertilizzanti a rilascio controllato, come l’urea rivestita, rappresentano una soluzione promettente. Questo studio ha confrontato urea standard (US), urea rivestita (UC, con -20% di azoto rispetto a US) e un controllo non fertilizzato (NT) su ibrido di mais Pioneer (Zea mays L.) coltivato in vaso in serra, per cinque settimane. Sono stati analizzati parametri morfologici delle piante (altezza, diametro del fusto e biomasse), indici spettrali fogliari (NI, SPAD, NDVI, CI Green, MCARI, TCARI) e i geni funzionali dei microrganismi del suolo coinvolti nel ciclo dell’azoto (nifH, nirK, nosZ), oltre a marcatori della comunità microbica (16S rRNA) e della degradazione della sostanza organica (GH48). I risultati hanno mostrato un incremento della crescita in tutti i trattamenti, con prestazioni inferiori per US rispetto agli altri gruppi. UC ha garantito prestazioni agronomiche comparabili a NT ma superiori a US, mantenendo buoni livelli di biomassa. Gli indici spettrali hanno evidenziato uno stato nutrizionale azotato ottimale in ogni gruppo, con differenze legate alla dinamica di rilascio dell’azoto nel tempo. Le analisi sui geni del suolo hanno mostrato variazioni limitate tra i trattamenti, indicando un effetto minimo sulle comunità microbiche nel breve periodo. Nel complesso, UC può rappresentare una strategia di fertilizzazione promettente per ridurre gli input di azoto e le perdite, grazie alla maggiore NUE, senza compromettere la salute del suolo e le prestazioni agronomiche del mais.