Lo que es bueno para los cultivos no siempre es bueno para el medio ambiente. El nitrógeno, un nutriente clave para las plantas, puede causar problemas cuando se filtra en los suministros de agua.
por Liz Ahlberg Touchstone, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign
Ingenieros de la Universidad de Illinois desarrollaron un modelo para calcular la edad del nitrógeno en los campos de maíz y soja, lo que podría conducir a mejores técnicas de aplicación de fertilizantes para promover el crecimiento de los cultivos y al mismo tiempo reducir la lixiviación.
El profesor de ingeniería civil y ambiental Praveen Kumar y el estudiante de posgrado Dong Kook Woo publicaron su trabajo en la revista Water Resources Research .
«Al comprender cuánto tiempo permanece el nitrógeno en el suelo y los factores que lo impulsan, podemos mejorar la precisión con la que aplicamos nitrógeno para la productividad agrícola», dijo Kumar, también profesor de ciencias atmosféricas. «Es posible que podamos aplicar fertilizante específicamente en áreas con deficiencia de nitrógeno, precisamente en la cantidad que las plantas necesitan absorber, en lugar de simplemente aplicarlo de manera uniforme. Potencialmente, podríamos ver una reducción significativa en las cantidades de fertilizante».
Las plantas absorben nitrógeno del suelo a través de sus raíces como nutriente. El nitrógeno se agrega al suelo mediante la aplicación de fertilizantes o mediante microbios en el suelo que descomponen los compuestos orgánicos. Sin embargo, cuando hay más nitrógeno en el suelo del que necesitan las plantas, se filtra al agua y puede acumularse en lagos, ríos y océanos.
«El nitrógeno, generalmente en forma de fertilizante de nitrato, es necesario para una producción saludable de cultivos, pero demasiado no es bueno ya que el exceso puede contaminar los suministros de agua», dijo Richard Yuretich, director del programa de la División de Ciencias de la Tierra de la Fundación Nacional de Ciencias. , que financió la investigación. «Saber cuánto tiempo reside el nitrato en el suelo conducirá a una agricultura más eficiente que maximice la salud de las plantas sin sobredosificar el medio ambiente».
Kumar y Woo desarrollaron un modelo numérico para calcular cuánto tiempo ha estado el nitrógeno inorgánico en el suelo, utilizando una rotación maíz-maíz-soja común en el Medio Oeste. La aplicación de fertilizantes frescos o la producción microbiana de nitratos y amonio se consideran «nacimiento» o edad cero. Luego, los investigadores calcularon la edad mediante las reacciones o transformaciones químicas que sufre el nitrógeno en el suelo, mediadas por la humedad, la temperatura y los microbios.
El modelo reveló dos hallazgos sorprendentes al comparar la edad promedio del nitrógeno en la capa superior del suelo con el de las capas más profundas, y al comparar campos de maíz con campos de soja .
«La mayor sorpresa para mí fue que encontramos una edad promedio más baja del nitrógeno en los campos de soja», dijo Woo. «Usamos fertilizante en el maíz, no en la soja. Sin embargo, aunque contamos ese fertilizante fresco como de edad cero, encontramos una edad promedio más baja del nitrógeno en los campos de soja. Descubrimos que esto se debe principalmente a que la soja absorbe el nitrógeno viejo, por lo que la edad promedio esta reducido.»
Al observar las capas de suelo, los investigadores inicialmente esperaban que el nitrógeno siguiera un camino de edad similar al del agua: más nuevo en la parte superior y envejecido a medida que migra hacia abajo a través del suelo. Sin embargo, descubrieron que la capa superior de nitrógeno del suelo tenía una edad promedio relativamente alta en comparación con el agua. Al mirar más de cerca, se dieron cuenta de que una de las formas de nitrógeno, el amonio, se acumulaba en la capa superior del suelo.
«El amonio tiene una carga positiva que se adhiere a las partículas del suelo y evita que se filtre a las capas más profundas», dijo Woo. «Debido a esto, observamos una edad del nitrógeno relativamente mayor en las capas superiores, en comparación con la edad del nitrato que se disuelve en el agua, que no tiene esa barrera y puede migrar hacia abajo a través del suelo».
Los investigadores han establecido un sitio de campo para validar su modelo analizando la composición isotópica de nitrógeno, oxígeno y agua en la escorrentía. Esperan que su trabajo pueda ayudar a los agricultores a utilizar los recursos de manera más eficiente y al mismo tiempo reducir la contaminación de las fuentes de agua y los hábitats marinos.
«La idea de utilizar la edad para análisis químicos no es nueva, pero nadie ha estudiado la edad del nitrógeno en el contexto de un entorno agrícola», dijo Kumar. «Al hacer esto, podemos revelar patrones de estancamiento en el suelo, lo cual es diferente a simplemente usar la concentración de nitrógeno. La idea principal es que existe una mejor manera de aplicar fertilizantes sobre un paisaje que la que utilizamos actualmente. «Deberíamos buscar enfoques más precisos».
Más información: Dong K. Woo et al, Distribución de edad media del nitrógeno inorgánico del suelo, Water Resources Research (2016). DOI: 10.1002/2015WR017799
