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Cómo un fertilizante «biofriendly» podría ofrecer una forma más ecológica de cultivar plantas


Cada año, una » zona muerta » del tamaño de Massachusetts se extiende por todo el Golfo de México. El río Mississippi, que atraviesa el cinturón agrícola de la nación, barre el exceso de fertilizante y arroja los productos químicos al Golfo, donde alimentan algas rampantes, agotan el oxígeno y matan la vida marina.


por Caitlin McDermott-Murphy, Universidad de Harvard


En todo Estados Unidos, versiones más pequeñas de zonas muertas similares infectan lagos, estanques y ríos. En años con mayores precipitaciones, como 2018, el río Charles de Massachusetts recolecta suficientes contaminantes de las calles, estacionamientos y recintos ajardinados de la ciudad que lo rodean para que la calidad del agua disminuya. El crecimiento incontrolado de algas, a menudo el resultado del exceso de fertilizantes, puede dañar la salud marina, humana e incluso de las mascotas: este año, varios perros murieron después de nadar en el agua asfixiada con algas tóxicas de color verde azulado.

Ahora, los científicos de Harvard se están asociando con oficiales de sostenibilidad y expertos en paisajismo para probar un nuevo fertilizante que no llegue al suministro de agua. Utilizando el campus de Cambridge como laboratorio vivo, el equipo, que incluye a Dilek Dogutan, Quentin Gilly y Paul Smith, planea pilotar el biofertilizante sostenible en los terrenos de Harvard, a partir de este invierno. Desarrollado en el laboratorio de Daniel Nocera, el profesor de energía Patterson Rockwood, el biofertilizante vivo, que opera solo con luz solar, aire y agua, permanece con las plantas, produce muestras más grandes y saludables, y es negativo en carbono, absorbe dióxido de carbono desde el aire y secuestrando los peligrosos gases de efecto invernadero en el suelo.

El esfuerzo pionero comenzó la primavera pasada, cuando Dogutan, un científico investigador principal del grupo Nocera, recibió un correo electrónico del Fondo de Innovación Administrativa del Presidente (PAIF). En ella vio la oportunidad de aplicar la investigación de su laboratorio al campus justo afuera de su ventana. En experimentos anteriores, el equipo había utilizado el biofertilizante para cultivar rábanos más de tres veces el tamaño de los controles cultivados sin fertilizante. Pero los experimentos tuvieron lugar en las condiciones estables de un invernadero.

«Queríamos sacar la investigación del ambiente controlado, para ver el efecto de la acidez del suelo, el aire, la temperatura, la humedad, todo», dijo Dogutan. Para hacer eso, ella necesitaba ayuda. A través de PAIF, formó un equipo colaborativo con Gilly, gerente de sostenibilidad de laboratorio y energía del Programa Verde FAS en la Oficina de Sostenibilidad de Harvard, y Smith, gerente asociado de servicios de jardinería.

Gilly dijo que la Universidad está en el proceso de transición a todos los fertilizantes orgánicos, con una meta del 75 por ciento de paisajismo orgánico para 2020. Pero estos fertilizantes aún terminan en el agua; el biofertilizante del laboratorio Nocera no.

Inventado en 2018, el fertilizante biofriendly se basa en una cianobacteria diseñada llamada Xanthobacter autotrophicus . La invención incorpora años de investigación, volviendo a la tecnología de hojas artificiales de Nocera, que divide el agua para producir hidrógeno y oxígeno, realizando la fotosíntesis mejor que cualquier hoja.

El nuevo tratamiento utiliza el hidrógeno de la división del agua y lo combina con nitrógeno en el aire para producir amoníaco, que las plantas pueden absorber en sus raíces. Dado que los fertilizantes inorgánicos y orgánicos a menudo dan a las plantas más nitrógeno y fósforo de lo que pueden usar al mismo tiempo, el exceso se elimina. Pero el biofertilizante se mantiene seguro dentro de las raíces de las plantas, almacenado para su uso futuro.

La innovación tiene otro truco ecológico: las bacterias absorben dióxido de carbono del aire. «Utilizando los nuevos métodos de biofertilizantes en los Estados Unidos, podríamos eliminar cantidades significativas de CO 2 por año secuestrando el carbono en el suelo», dijo Dogutan.

Con la ayuda de la Oficina de Desarrollo de Tecnología, Nocera, Pamela Silver, el profesor Elliot T. y Onie H. Adams de Bioquímica y Biología de Sistemas en la Facultad de Medicina de Harvard, y Xiaowen Feng, ex miembro de su laboratorio, fundaron una compañía llamada Kula Bio, que organizó una primera prueba de campo fuera del campus. Marchando hacia la comercialización, Kula Bio espera que su producto reemplace todos los fertilizantes de nitrógeno sintético, los responsables de los altos niveles de escorrentía y emisiones de CO 2 , con un biofertilizante orgánico de bajo costo.

En el campus, con fondos del PAIF, Dogutan y su equipo realizarán pruebas a gran escala del fertilizante desde el invierno de 2020 hasta el otoño siguiente. Pero, con una subvención anterior del Campus Sustainability Innovation Fund, ya ha plantado dos pequeñas parcelas de prueba. En uno, ella y Daniel Loh, un Ph.D. estudiante en el Departamento de Química de la Escuela de Graduados de Artes y Ciencias y miembro del Laboratorio Nocera, despejó dos jardines del tamaño de un lugar de estacionamiento con una barrera de césped de dos pies entre ellos. Loh plantó rábanos, nabos y espinacas en cada uno. Luego, cada semana, fertilizaba uno con 100 mililitros de cianobacterias de ingeniería mezcladas con agua y lo rociaba sobre las plantas. La otra parcela obtuvo la misma cantidad de agua, sin la bacteria.

De abril a agosto, Loh y los investigadores universitarios Ellen Deng y Lauren Church monitorearon las plantas y recolectaron datos. Las mediciones de Loh mostraron que el biofertilizante no solo ayudó a que sus plantas crecieran más que las de la parcela no fertilizada, sino que las bacterias no se filtraron a las plantas circundantes. «Las plantas absorben los nutrientes antes de que puedan difundir grandes distancias», dijo.

Con la recopilación de datos completa, Loh se comió su investigación: cosechó y compartió sus verduras con todo el grupo Nocera.

Luego, Deng quiere plantar rosas rosadas, su flor favorita. Gilly espera usar el biofertilizante en los jardines pluviales del campus, diseñados por estudiantes universitarios para absorber mejor el agua de lluvia y evitar la acumulación. «Todos los años, los nuevos estudiantes de primer año que entran son cada vez más apasionados por las causas ambientales», dijo Gilly. «Son una fuerza de sostenibilidad cada vez mayor».

Durante el próximo año, los servicios de jardinería de Dogutan y Harvard reemplazarán el fertilizante orgánico con el biofertilizante en áreas en todo el campus de Cambridge de Harvard; el tamaño de las parcelas solo depende de cuánto del nuevo tratamiento pueden obtener de Kula Bio, que lo está donando. Cuanto más, mejor, dijo Dogutan. Más datos la ayudarán a ella y al equipo a perfeccionar su producto para su uso a gran escala.

«Esto todavía es una investigación muy nueva», dijo Dogutan. «Todavía estamos tratando de descubrir los detalles: la carga, la secuencia, tal vez necesitemos diseñar las bacterias de una manera diferente». Una vez que lo hagan, esperan alentar a todos los campus de Harvard a considerar cambiar al biofertilizante como una forma de mejorar el compromiso de la Universidad con la sostenibilidad y, finalmente, ganar una mayor aceptación y quizás terminar con las «zonas muertas».

«Tenemos que hacer algo porque, realmente, estamos destruyendo el mundo», dijo Dogutan. «Llegar al trabajo todos los días es genial, pero ¿cuál es nuestro propósito más elevado? No es solo enviar esos correos electrónicos. El propósito más importante, al menos para mí, es devolverle a la comunidad de Harvard la mejor manera que pueda».


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