En entornos ambientales y agronómicos, incluso desequilibrios menores pueden desencadenar una serie de respuestas no previstas. A pesar del uso generalizado de nanopartículas (NPs) basadas en metales y nuevos bio-nanofertilizantes, su impacto en la producción de cultivos está ausente en la literatura. Por lo tanto, nuestra investigación se centra en el efecto agronómico de la aplicación por pulverización de nanopartículas de oro ancladas a sílice mesoporosa (AuSi-NPs), nanopartículas de óxido de zinc (ZnO-NPs) y nanopartículas de óxido de hierro (FeO-NPs) en girasoles en entornos del mundo real. Nuestros hallazgos revelaron que las AuSi-NPs y ZnO-NPs preparadas biosintéticamente fueron altamente efectivas para mejorar la fisiología estacional del girasol, por ejemplo, el valor del índice NDVI aumentó de 0.012 a 0.025 después de la aplicación de AuSi-NPs. La distribución de los tricomas foliares mejoró y el rendimiento de grano aumentó de 2.47 t ha a 3.29 t ha después de la aplicación de ZnO-NPs. El tratamiento con AuSi-NPs resultó en un mayor contenido de ácido linoleico esencial (54.37%) en comparación con el control sin NPs (51.57%), que tenía un mayor contenido de ácido oleico determinado. No se detectaron NPs ni metales residuales translocados en las semillas de girasol completamente maduras, excepto por un contenido de sílice ligeramente más alto después del tratamiento con AuSi-NPs. Además, las AuSi-NPs y el control sin NPs mostraron una amplia biodiversidad de insectos, mientras que el tratamiento con ZnO-NPs tuvo el valor más bajo de fósforo como antinutriente. Se observó un efecto contradictorio pero insignificante en la fisiología, el rendimiento y la biodiversidad de insectos en el tratamiento con FeO-NPs. Por lo tanto, se necesitan más estudios para comprender completamente la sostenibilidad ambiental y agrícola a largo plazo de las aplicaciones de NPs.