Los agricultores aplican fertilizantes nitrogenados a los cultivos para aumentar el rendimiento y alimentar a más personas y ganado. Pero cuando hay más fertilizante del que los cultivos pueden utilizar, parte del exceso puede convertirse en formas gaseosas, incluido el óxido nitroso, un gas de efecto invernadero que atrapa casi 300 veces más calor en la atmósfera que el dióxido de carbono. Alrededor del 70% del óxido nitroso antropogénico proviene de suelos agrícolas, por lo que es vital encontrar formas de limitar estas emisiones.
Antes de recomendar métodos para reducir las emisiones de óxido nitroso y otros gases de efecto invernadero de los suelos agrícolas, los científicos deben comprender primero dónde y cuándo se liberan. El muestreo de las emisiones del suelo es un proceso costoso y que requiere mucho trabajo, por lo que la mayoría de los estudios no han realizado muestreos extensos en el espacio y el tiempo.
Un nuevo estudio de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign buscó cambiar eso al tomar muestras cuidadosas de óxido nitroso y dióxido de carbono de campos comerciales de maíz y soja bajo escenarios de manejo práctico durante varios años, escribe Lauren Quinn en un comunicado de la Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Este conjunto de datos no sólo podría conducir a recomendaciones de mitigación, sino también a perfeccionar los modelos climáticos que predicen nuestro futuro global. El estudio se publica en la revista Agriculture, Ecosystems & Environment.
Reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de los suelos agrícolas puede ayudarnos a alcanzar los objetivos climáticos globales. Se necesitan datos de alta resolución espacial y temporal, a gran escala y plurianuales para desarrollar estrategias de mitigación fundamentadas. «Antes de nuestro estudio, estos conjuntos de datos simplemente no existían», afirmó Chunhwa Jang, coautor del estudio e investigador del Departamento de Ciencias Vegetales de la Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Zhang y sus colegas, dirigidos por Kaiyu Guan del Centro para la Resiliencia de los Agroecosistemas, han creado el conjunto de datos más extenso jamás disponible sobre las emisiones de óxido nitroso y dióxido de carbono de las granjas. Instalaron una gran red de puntos de muestreo de gas en campos comerciales de maíz y soja sometidos a manejo convencional, de conservación y sin labranza.
Imaginemos un campo equipado con pequeñas chimeneas a nivel del suelo que succionan gases del suelo. Los investigadores llegaron con máquinas para medir las concentraciones de estos gases semanalmente o cada dos semanas durante la temporada durante dos años. Las chimeneas que continuamente expulsaban altas concentraciones de gases se llamaban puntos calientes. Los puntos críticos se produjeron cuando las concentraciones aumentaron en la mayoría o en todas las chimeneas después de eventos como precipitaciones o aplicaciones de fertilizantes.
«Encontramos que el flujo de dióxido de carbono era similar en campos, parcelas y años individuales, e incluso entre sistemas de maíz y soja. Estos resultados nos indican que las emisiones de dióxido de carbono son constantes y que el muestreo de alta resolución espacial probablemente sea suficiente para estimar el flujo a nivel de campo», afirmó Zhang.
Por otra parte, el óxido nitroso fue todo menos constante. No sólo la cantidad de óxido nitroso en una «chimenea» particular fluctuaba enormemente de una sesión de muestreo a la siguiente (puntos calientes), sino que los investigadores descubrieron que no podían predecir en qué parte del campo encontrarían puntos calientes en una fecha determinada.
«El óxido nitroso era muy variable en el espacio y el tiempo», dice Zhang. «Un día, el punto A tenía un momento caliente, y la siguiente vez que lo medíamos, encontrábamos momentos calientes en los puntos B y C. Los puntos calientes simplemente se movían».
Este hallazgo es importante porque si estudios anteriores sólo tomaron muestras de un par de lugares o en un par de fechas, sus estimaciones del flujo de óxido nitroso podrían ser muy erróneas. Estas mediciones informan los modelos climáticos globales que nos dicen cuán pronto alcanzaremos puntos de inflexión, por lo que es vital que sean lo más precisos posible.
“Este proyecto nos permitió capturar cambios espaciales, temporales y de gestión para proporcionar datos de referencia y una plataforma para verificar las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel de campo. Esto es necesario para que las prácticas sostenibles satisfagan la demanda de alimentos y bioenergía y minimicen las emisiones”, afirmó DoKyung Lee, coautor del estudio y profesor de ciencias vegetales en Illinois.
Los resultados también mostraron cómo los sistemas de gestión y cultivo influyen en las emisiones de gases de efecto invernadero. Las emisiones de dióxido de carbono fueron similares para la rotación maíz-soja y para la labranza de conservación y la labranza cero, pero la labranza convencional con cincel y el monocultivo de maíz mostraron concentraciones más altas. Por otra parte, el óxido nitroso fue mucho más alto en el maíz que en la soja en condiciones de conservación y sin labranza, y estuvo casi por encima de los valores límite en el maíz cultivado con cincel de manera continua.
Mapas de interpolación de ponderación de distancia inversa (IDW) de los flujos acumulativos estacionales de CO2 del suelo (columna izquierda de cada año) y N2O (columna derecha de cada año) medidos por cámaras portátiles en tres sitios (Bondville, Villa Grove y Pesotum) para ambos años (2021 y 2022).
El número de puntos de muestreo para Bondville 2021 y Villa Grove 2022 ha aumentado a cuarenta, pero estos adicionales no se han mostrado explícitamente para facilitar visualmente las comparaciones entre años. Se colocaron varios íconos de cultivos plantados (maíz y soja) y métodos de labranza (labranza convencional, labranza reducida y labranza cero) sobre los mapas para indicar la gestión de cada parcela y año. Arriba a la derecha: códigos de colores del rango de caudal para representar la distribución del caudal por sitio y año. Fuente: Agricultura, Ecosistemas y Medio Ambiente (2025). DOI: 10.1016/j.agee.2025.109636
No podemos predecir dónde ni cuándo ocurrirá un aumento repentino de óxido nitroso, pero sabemos que la gestión es importante. Al cultivar maíz continuamente, los agricultores deben aplicar grandes cantidades de fertilizantes nitrogenados, que se convierten en óxido nitroso. Además, la labranza tradicional altera la superficie del suelo y libera gases. Sabemos qué hacer para mitigar esto», concluyó Jang.
Fuente y foto: Facultad de Ciencias Agrícolas, del Consumidor y Ambientales de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Autor: Lauren Quinn. En la foto, un analizador de gases mide el nivel de dióxido de carbono y óxido nitroso en los campos.
