Un ensayo en invernadero comprobó que la combinación de orina nitrificada y compost fecal produjo cosechas comerciales comparables a las obtenidas con fertilizantes minerales y aumentó la absorción de nitrógeno por las plantas.
Redactor: Valentina Ríos
Editor: Eduardo Schmitz
Los nutrientes recuperados de la orina y las heces humanas pueden sustituir a los fertilizantes minerales en la producción de colinabo sin reducir el rendimiento comercial del cultivo. Así lo demostró un ensayo controlado realizado por investigadores del Instituto Leibniz de Cultivos Hortícolas y Ornamentales, conocido como IGZ, en Alemania.
El estudio fue desarrollado por Caroline Ganglo y Stefan Karlowsky para determinar si los fertilizantes derivados de excretas humanas podían utilizarse en lugar de insumos minerales y conocer cómo afectaban la absorción de nitrógeno por las plantas y los flujos de este nutriente en el suelo.
Los resultados forman parte de P2GreeN, una acción de innovación financiada por el programa Horizonte Europa que estudia la recuperación y reutilización de nutrientes procedentes de los sistemas de saneamiento. El trabajo fue publicado en la revista científica Frontiers in Environmental Science.
Un cultivo exigente para evaluar los fertilizantes reciclados
Los investigadores seleccionaron el colinabo, Brassica oleracea var. gongylodes, porque es una hortaliza de crecimiento rápido y elevada demanda nutricional. Estas características permitieron evaluar si los fertilizantes recuperados podían suministrar suficiente nitrógeno y otros elementos durante un ciclo productivo corto.
El ensayo se realizó en un ambiente controlado de invernadero. Los científicos compararon la combinación de un fertilizante elaborado con orina humana nitrificada y un compost producido a partir de materia fecal con un fertilizante mineral sintético que contenía varios nutrientes.
La orina nitrificada aportó principalmente nitrógeno disponible para el crecimiento vegetal, mientras que el compost fecal incorporó carbono orgánico y nutrientes al suelo. La combinación buscaba reproducir las funciones de una fertilización convencional mediante recursos recuperados de los sistemas urbanos de saneamiento.
El aprovechamiento de estos materiales forma parte de una estrategia más amplia de agricultura circular basada en la recuperación de nutrientes, en la que las sustancias extraídas del suelo para producir alimentos regresan posteriormente a la actividad agrícola.
Rendimientos comparables a los fertilizantes minerales
La aplicación conjunta de orina nitrificada y compost fecal produjo rendimientos comerciales y cantidades de biomasa comparables a los obtenidos con el fertilizante mineral sintético.
Este resultado mostró que los fertilizantes derivados de excretas humanas suministraron los nutrientes necesarios para sostener el crecimiento del colinabo sin comprometer la productividad durante el ensayo.
La equivalencia productiva resulta especialmente relevante porque el colinabo requiere una disponibilidad adecuada de nutrientes durante un periodo breve. Una deficiencia de nitrógeno puede limitar rápidamente la formación de hojas, el desarrollo de la planta y el engrosamiento del tallo comestible.
El doctor Stefan Karlowsky, coordinador conjunto del proyecto P2GreeN en el IGZ, explicó que la evidencia científica disponible muestra que los fertilizantes reciclados derivados de excretas humanas pueden utilizarse en diferentes cultivos sin reducir sus niveles de rendimiento.
La combinación estudiada proporcionó los nutrientes requeridos por las plantas y, al mismo tiempo, produjo cambios en los flujos de nitrógeno del suelo que podrían beneficiar la retención de nutrientes y la salud edáfica.
Las plantas absorbieron un 13 % más de nitrógeno
Uno de los principales resultados fue el aumento de la absorción de nitrógeno por las plantas. Los colinabos fertilizados con los productos derivados de excretas humanas absorbieron un 13 % más de nitrógeno que los tratados con el fertilizante mineral.
Este incremento indica que los nutrientes aportados por la orina nitrificada y el compost estuvieron disponibles para las raíces y pudieron ser utilizados eficientemente por el cultivo.
El nitrógeno es esencial para la formación de proteínas, enzimas, clorofila y tejidos vegetales. Una gestión adecuada de este elemento es determinante para sostener la productividad, pero el exceso de nitrógeno mineral también puede favorecer pérdidas por lixiviación o emisiones hacia la atmósfera.
Otros trabajos han mostrado que sustituir parte del nitrógeno sintético por aportes orgánicos puede mejorar la eficiencia de absorción de los cultivos y modificar favorablemente el funcionamiento del sistema formado por el suelo y las plantas.
Cinco veces menos nitrógeno mineral en el suelo
Al finalizar la cosecha, los suelos fertilizados con productos derivados de excretas humanas contenían cinco veces menos nitrógeno mineral que aquellos tratados con fertilizante mineral sintético.
El nitrógeno mineral incluye formas como el nitrato y el amonio, que pueden ser absorbidas rápidamente por las plantas, pero también pueden perderse si permanecen en cantidades elevadas en el suelo.
La menor concentración registrada después de la cosecha sugiere que hubo menos acumulación de nitrógeno fácilmente lixiviable. Esto podría reducir el riesgo de que el nutriente sea arrastrado hacia capas profundas del suelo o llegue a las aguas subterráneas.
Los investigadores relacionaron este comportamiento con una posible inmovilización temporal del nitrógeno. Durante este proceso, los microorganismos incorporan parte del nutriente a su propia biomasa o a compuestos orgánicos, limitando momentáneamente su movilidad y conservándolo dentro del sistema edáfico.
El nitrógeno orgánico aumentó un 25 %
Además de reducir la cantidad de nitrógeno mineral residual, la fertilización basada en orina nitrificada y compost fecal elevó en un 25 % el contenido de nitrógeno orgánico del suelo en comparación con la fertilización mineral.
El compost fecal, rico en humus y carbono orgánico, tuvo un papel importante en esta dinámica. La materia orgánica puede retener nutrientes, alimentar la actividad microbiana y contribuir a una liberación más gradual del nitrógeno.
Este resultado coincide con investigaciones que han encontrado que los fertilizantes orgánicos modifican la actividad biológica y el almacenamiento de carbono del suelo. Sin embargo, los efectos dependen de la composición del producto, la dosis aplicada, el cultivo y las condiciones ambientales.
La presencia de más nitrógeno orgánico al final del ensayo no significa necesariamente que todo el nutriente pueda ser utilizado inmediatamente por otro cultivo. Parte de este nitrógeno debe ser transformada por los microorganismos antes de convertirse nuevamente en formas disponibles para las plantas.
La doxiciclina no llegó a las partes comestibles
El estudio también examinó el destino de posibles contaminantes presentes en los fertilizantes reciclados. Los científicos prestaron especial atención a la doxiciclina, un antibiótico ambientalmente estable que fue detectado en el compost fecal utilizado durante el ensayo.
Los análisis no encontraron cantidades detectables de doxiciclina en las partes comestibles de los colinabos. Este resultado indicó que, bajo las condiciones evaluadas, el antibiótico no fue transferido al tejido destinado al consumo.
La ausencia de residuos detectables en la cosecha constituye un dato importante, pero los investigadores destacaron la necesidad de mantener controles sobre los contaminantes presentes en los fertilizantes recuperados.
Los residuos farmacéuticos, los microorganismos patógenos y otras sustancias traza representan aspectos fundamentales para establecer la seguridad de estos productos y favorecer su aceptación entre productores, consumidores y autoridades regulatorias.
Recuperar nutrientes de los sistemas de saneamiento
La investigación muestra una vía para conectar el saneamiento urbano con la producción de alimentos. En lugar de tratar la orina y la materia fecal exclusivamente como residuos, estos materiales pueden procesarse para recuperar nitrógeno, fósforo y carbono orgánico.
La reutilización de los nutrientes permitiría reducir la demanda de fertilizantes obtenidos a partir de recursos finitos o mediante procesos industriales dependientes de combustibles fósiles.
El nitrógeno mineral se produce principalmente mediante procesos industriales de elevada demanda energética. El fósforo, por su parte, procede en gran medida de reservas minerales concentradas en un número limitado de países.
La dependencia de estas materias primas expone a la agricultura a fluctuaciones de precios, interrupciones comerciales y tensiones geopolíticas. En la Unión Europea, muchos fertilizantes o sus materias primas deben importarse y recorrer largas distancias antes de llegar a los productores.
El reciclaje de excrementos humanos y animales podría recuperar una parte de los nutrientes que actualmente se pierden y disminuir la necesidad de importar determinados fertilizantes minerales.
Una alternativa para cerrar el ciclo del nitrógeno y el fósforo
Los sistemas convencionales de saneamiento mezclan los nutrientes contenidos en la orina y las heces con grandes cantidades de agua. Posteriormente, las plantas de tratamiento deben retirar una parte de estas sustancias para evitar que contaminen ríos, lagos y zonas costeras.
La separación, el tratamiento y la reutilización agrícola permiten conservar los nutrientes dentro del sistema alimentario. Los elementos utilizados para cultivar alimentos, consumidos posteriormente por la población y eliminados a través de las excretas pueden regresar a los suelos agrícolas.
Este modelo contribuye a reducir la contaminación asociada con un sistema lineal en el que los nutrientes se extraen, se utilizan una vez y luego se eliminan como residuos.
También puede aumentar la eficiencia en el uso de recursos y ayudar a mantener los flujos de nitrógeno y fósforo dentro de límites ambientales más seguros.
La transformación de la orina humana en un producto agrícola requiere tratamientos que estabilicen el nitrógeno, reduzcan olores y mejoren su manejo. Entre las técnicas investigadas se encuentran la nitrificación y diferentes métodos de separación y concentración. Un desarrollo reciente mostró que es posible convertir la orina en fertilizante mediante procesos de bajo consumo energético.
Se necesitan estudios de aplicación prolongada
Los autores señalaron que el ensayo en invernadero demuestra la viabilidad agronómica de los fertilizantes recuperados durante un ciclo de cultivo, pero todavía se requieren investigaciones de larga duración.
Los próximos estudios deberán analizar los efectos de aplicaciones repetidas de orina nitrificada y compost fecal sobre la salinidad del suelo, el carbono orgánico, los flujos de nitrógeno y la lixiviación de nitratos.
También será necesario estudiar la dinámica del fósforo y determinar el destino de medicamentos, antibióticos y otros contaminantes traza después de varios años de aplicación.
La acumulación de sales constituye uno de los aspectos que deberá vigilarse, ya que determinados productos derivados de la orina pueden contener concentraciones relevantes de sodio y otros compuestos solubles.
Los datos obtenidos también podrían contribuir a la elaboración de estrategias de economía circular y a la adaptación de las normas sobre residuos y fertilizantes. El establecimiento de un marco jurídico específico será necesario para facilitar la recuperación de nutrientes y garantizar la calidad y seguridad de los productos.
El trabajo, titulado Application of nitrified urine fertilizer and fecal compost for growing kohlrabi in a controlled greenhouse environment, fue elaborado por Caroline Ganglo, Stefan Karlowsky y otros colaboradores del Instituto Leibniz de Cultivos Hortícolas y Ornamentales.
Fuente(s) referenciales
