Fertilizantes. Fuentes sustentables para la agricultura.

Fertilizantes. Fuentes sustentables para la agricultura.

Categoría: 2. Ciencia y tecnología.

La búsqueda de fuentes de fertilización para aumentar el rendimiento de los cultivos agrícolas es una preocupación tan antigua como la agricultura misma. Las primeras estrategias que desarrolló la humanidad para cumplir este objetivo fueron la búsqueda de tierras fértiles con buenas fuentes de abastecimiento de agua. Al mismo tiempo, aprendió a aprovechar los abonos provenientes de las actividades ganaderas y a realizar rotaciones de cultivos.

Los suelos minerales, como los que se encuentran en las zonas desérticas del planeta, suelen tener abundantes reservas de fósforo y potasio, provenientes de la intemperización física y química de las rocas. Debido a la escasa precipitación pluvial en estos ecosistemas, el balance hídrico tiene un componente escaso de penetración o infiltración de agua en el suelo, por lo que la pérdida de nutrientes por solubilización / lixiviación es sumamente baja o nula. Incluso, la erosión eólica puede depositar materiales ricos en nutrientes en determinados sitios, en virtud de su relieve. De manera que el balance de nutrientes incluso se hace positivo, es decir, que los nutrientes no se pierden sino que se acumulan. Sin embargo, en estos suelos falta un tercer elemento nutritivo que las plantas requieren en cantidades importantes para poder dar un rendimiento satisfactorio. Se trata del nitrógeno, un elemento esencial que forma parte de las moléculas de todos los aminoácidos, de todas las bases nitrogenadas que forman el ADN y ARN, de todos los pigmentos fotosintéticos, y está presente en algunos azúcares aminados y en algunas moléculas del grupo de los lípidos. El nitrógeno de los aminoácidos, representa la mayor fuente de demanda de este elemento para las plantas ya que estas biomoléculas son las unidades que utiliza el metabolismo para sintetizar nuevas proteínas y también para transportar y traslocar el nitrógeno. Las proteínas constituyen la maquinaria bioquímica por excelencia en todos los seres vivos ya que se encargan de catalizar prácticamente todas las reacciones de importancia biológica.

Las fuentes de nitrógeno para la agricultura se encuentran en variadas formas. Los abonos verdes aprovechan la facultad de las raíces de muchas leguminosas para formar asociaciones simbióticas con bacterias de los géneros Rhyzobium y Agrobacterium, las cuales son capaces de asimilar el nitrógeno atmosférico (78% del aire es nitrógeno, N2), incorporándolo en forma de hidroxilamina en un primer paso al aminoácido glutamina, a partir del cual se forman los demás aminoácidos, una vez que el glutamato se ha traslocado en forma de savia bruta (Xilema) desde las raíces hasta los sitios de reacción, normalmente las hojas y finalmente dirigirse a través del tejido de conducción (Floema) en forma de savia rica en nutrientes, reguladores de crecimiento y otras sustancias de importancia biológica, para ser acumulados en los tallos (disacáridos, como en la caña de azúcar, resinas, como en los pinos resiníferos), en los tejidos subterráneos de almacenamiento como tubérculos (papas, con abudantes reservas de carbihidratos en forma de granos de almidón), raíces tuberosas (camotes y yuca, ricos en granos de almidón), semillas ricas en proteínas y grasas (oleaginosas como el girasol, la soya, el cártamo, la canola, entre otras) y frutos, ricos en azúcares como sacarosa y fructosa. Los sistemas de producción como el arroz aprovechan la capacidad de bacterias de vida libre para fijar nitrógeno atmosférico, como las del género Clostridium, que se desarrollan en las condiciones de inundación en las que se maneja este cultivo en el denominado sistema chino de cultivo, que incluye además la aportación de abonos animales, provenientes en su mayoría de la crianza de aves y cerdos, aportando materia orgánica que alimenta a esta población de bacterias y ayuda a mantener las condiciones anaerobias en que se desarrollan.

Las fuentes minerales de fósforo y potasio en los suelos provienen de la intemperización física y química de las rocas (degradación o descomposición por acción de reacciones de hidrólisis, disolución, descomposición ácida o alcalina, fragmentación por temperaturas extremas, fragmentación por acción de la gravedad, erosión eólica e hídrica, entre ortos procesos de intemperismo conocidos). En el caso del abastecimiento de fósforo, las raíces de las plantas han desarrollado varios mecanismos a lo largo de su evolución. Uno de ellos consiste en la excreción de enzimas fitasas y fosfatasas que disuelven el fósforo contenido en las partículas de suelo. También en el caso de este elemento se han desarrollado asociaciones simbióticas que permiten a las plantas obtener fósforo a partir de las fuentes minerales que lo contienen, pero su disponibilidad es normalmente escasa para las raíces de una planta. Uno de estos mecanismos es la asociación simbiótica de las raíces de las plantas con hongos conocidos como micorrizas. Las micorrizas del género Frankia han sido ampliamente documentadas y estudiadas en los ecosistemas de bosques templados, asociadas con especies de pinos, principalmente. El mecanismo de acción de esta asociación simbiótica consiste en ampliar la capacidad de las raíces de la planta para explorar un mayor volumen de suelo. Es decir, que el micelio del hongo se extiende por el suelo de la rizósfera (volumen explorado por las raíces de un grupo de plantas o una planta individual) con una rapidez muy superior al  lo que puede crecer la raíz de una planta, este micelio cuenta también con mecanismos para la disolución del fósforo utilizando las enzimas fosfatasas y fitasas y tiene la capacidad de comunicar sus tejidos de conducción con los tejidos de conducción del vegetal, de manera que la planta se abastece de fuentes minerales de nutrientes y el hongo obtiene un abastecimiento de sustancias orgánicas sintetizadas por el vegetal. De esta manera, ambas especies se benefician mutuamente de su asociación.

El fósforo tiene una gran movilidad en el suelo y en algunos cultivos las fuentes orgánicas de este elemento pueden ser importantes. Se sabe que las reservas minerales de fósforo que se utilizan actualmente como fertilizantes, se agotarán en el transcurso del siglo 21. Para enfrentar este problema se tendrá que echar mano de reservas dispersas de este elemento. En algunas plantas de tratamiento de aguas residuales se efectúa el proceso de remoción de fósforo. En estos sistemas biológicos (Bardenpho y Phostrip) se alternan ciclos bajo condiciones aerobias con ciclos bajo condiciones anóxicas (oxígeno molecular ausente pero presente en aceptores de electrones como nitratos y sulfatos), de manera que en la fase anóxica las bacterias agotan sus reservas de ATP liberando el fósforo, en forma de fosfato inorgánico, a la solución, mientras que en la fase aerobia el fósforo se acumula en forma de ATP dentro del citoplasma de las bacterias (Winkler, 1998). En este momento se efectúa la separación de la biomasa celular por sedimentación, obteniéndose la mayor concentración de fósforo dentro de la biomasa obtenida. La base de este proceso será bastante útil para concentrar el fósforo de fuentes dispersas, en este caso en el medio acuático.

El nitrógeno asimilable por los vegetales debe estar en forma de nitrato o en forma de amonio. Sin embargo, se sabe que el amonio (con una carga positiva) tiene menos movilidad en los suelos (con cargas negativas en su superficie de intercambio) que el nitrato (con una carga negativa). Debido a que la eficiencia de la fertilización es sumamente baja, se espera que las formas amoniacales van a ser las más ampliamente utilizadas. Esta forma química permite que el nitrógeno se acumule en las superficies de intercambio del suelo y permanezca disponible por más tiempo que el caso del nitrógeno (Orduna y col., 2002). Las aplicaciones foliares de nutrientes son también una forma de aumentar la eficiencia del uso de los nutrientes aplicados en la agricultura.

Bibliografía.

Orduna MA, Silva AE., Martínez PP.2002. Migración de compuestos nitrogenados de lodos de tratamiento de aguas residuales aplicados en columnas de suelo. Universidad Nacional Autónoma de México. Programa de Posgrado en Ingeniería. Sección de Ingeniería Ambiental.

Winkler, Michael A. 1998. Tratamiento biológico de aguas de desecho. Editorial Limusa SA de CV. México DF. México.