El cultivo de arroz, el grano básico de más de 3.500 millones de personas en todo el mundo, conlleva costos ambientales, climáticos y económicos extremadamente altos.
por la Universidad de Massachusetts Amherst
Esto podría estar a punto de cambiar gracias a una nueva investigación dirigida por científicos de la Universidad de Massachusetts Amherst y la Universidad de Jiangnan (China). Han demostrado que las aplicaciones a nanoescala del selenio pueden reducir la cantidad de fertilizantes necesarios para el cultivo de arroz , a la vez que mantienen la producción, mejoran la nutrición, mejoran la diversidad microbiana del suelo y reducen las emisiones de gases de efecto invernadero.
En un nuevo artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , demuestran por primera vez que estas aplicaciones a nanoescala funcionan en condiciones del mundo real.
«La Revolución Verde impulsó enormemente la producción agrícola a mediados del siglo pasado», afirma Baoshan Xing, profesor distinguido de Química Ambiental y del Suelo de la Universidad de Massachusetts, director de la Escuela de Agricultura Stockbridge de la Universidad de Massachusetts y coautor principal de la nueva investigación. «Pero esa revolución está perdiendo fuerza. Necesitamos encontrar la manera de solucionarla y hacerla funcionar».
Parte de lo que hizo tan revolucionaria a la Revolución Verde fue la invención de fertilizantes sintéticos ricos en nitrógeno que podían mantener altos los rendimientos agrícolas. Sin embargo, su producción es costosa, generan enormes cantidades de dióxido de carbono y gran parte del fertilizante se elimina con el agua.
La mayoría de los cultivos solo utilizan entre el 40 % y el 60 % del nitrógeno que se les aplica, una medida conocida como eficiencia en el uso del nitrógeno (EUN). La EUN del arroz puede ser tan baja como el 30 %, lo que significa que el 70 % de lo que un agricultor aplica en sus campos se filtra en arroyos, lagos y océanos, causando eutrofización, zonas muertas y una serie de otros problemas ambientales. Esto también significa que se desperdicia el 70 % del costo del fertilizante.
Además, cuando se aplica nitrógeno al suelo, este interactúa con su compleja química y microbios, lo que, en última instancia, genera cantidades considerablemente mayores de metano, amoníaco y óxido nitroso, todo lo cual contribuye al calentamiento global. Además, la síntesis de fertilizantes es en sí misma una actividad con una alta emisión de gases de efecto invernadero.
«Todo el mundo sabe que tenemos que mejorar la NUE», dice Xing. La pregunta es ¿cómo?
Lo que descubrieron Xing y sus coautores, incluido el autor principal Chuanxi Wang y otro autor superior, Zhenyu Wang, profesores de procesos ambientales y control de la contaminación en la Universidad de Jiangnan, es que el selenio a nanoescala, un elemento crucial para la salud de las plantas y los humanos , cuando se aplica al follaje y los tallos del arroz, reduce los impactos ambientales negativos de la fertilización con nitrógeno en un 41% y aumenta los beneficios económicos en un 38,2% por tonelada de arroz, en relación con las prácticas convencionales.
«Utilizamos un dron aéreo para rociar ligeramente el arroz que crece en un arrozal con la suspensión de selenio a escala nanométrica», explica Wang. «Ese contacto directo significa que la planta de arroz absorbe el selenio con mucha mayor eficiencia que si lo aplicáramos al suelo».
El selenio estimula la fotosíntesis de la planta, que aumentó en más de un 40 %. Un aumento en la fotosíntesis significa que la planta absorbe más CO₂ , que luego convierte en carbohidratos. Estos carbohidratos fluyen hacia las raíces de la planta, lo que impulsa su crecimiento.
Las raíces más grandes y saludables liberan una gran cantidad de compuestos orgánicos que cultivan microbios beneficiosos en el suelo, y son estos microbios los que luego trabajan simbióticamente con las raíces del arroz para extraer más nitrógeno y amonio del suelo y llevarlo a la planta, aumentando su NUE del 30 al 48,3%, disminuyendo la cantidad de óxido nitroso y amoníaco liberados a la atmósfera entre un 18,8 y un 45,6%.
Al recibir más nutrientes, el arroz produce un mayor rendimiento y un grano más nutritivo: los niveles de proteínas, ciertos aminoácidos críticos y selenio también aumentaron.
Además de todo esto, Xing, Wang y sus colegas descubrieron que sus aplicaciones de nanoselenio permitieron a los agricultores reducir sus aplicaciones de nitrógeno en un 30 %. Dado que el cultivo de arroz representa entre el 15 % y el 20 % del uso mundial de nitrógeno, esta nueva técnica es muy prometedora para ayudar a afrontar la triple amenaza del crecimiento demográfico, el cambio climático y los crecientes costos económicos y ambientales de la agricultura.
Más información: Wang, Zhenyu et al., La coordinación de los sistemas de brotes y raíces impulsada por la nanotecnología mejora la eficiencia del uso del nitrógeno en el arroz, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). DOI: 10.1073/pnas.2508456122
