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
Los 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 reducir la lixiviación.
El profesor de ingeniería civil y ambiental Praveen Kumar y el estudiante graduado 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 que tienen deficiencia de nitrógeno, precisamente en la cantidad que las plantas necesitan absorber, en lugar de aplicarlo de manera uniforme. Potencialmente, podríamos ver una reducción significativa en las cantidades de fertilizante».
Las plantas toman el nitrógeno del suelo a través de sus raíces como nutriente. El nitrógeno se agrega al suelo a través de la aplicación de fertilizantes o por 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 la producción de cultivos saludables, pero demasiado no es bueno, ya que el exceso puede contaminar los suministros de agua», dijo Richard Yuretich, director del programa en 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 maximiza 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 de maíz-maíz-soja común en el Medio Oeste. La aplicación de fertilizante fresco o la producción microbiana de nitratos y amonio se consideran «nacimiento» o edad cero. Luego, los investigadores calcularon la edad por las reacciones químicas o transformaciones que atraviesa 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 la 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 de nitrógeno en los campos de soja», dijo Woo. «Usamos fertilizantes en el maíz, no en la soja. Sin embargo, aunque contamos ese fertilizante fresco como edad cero, encontramos una edad promedio más baja de nitrógeno en los campos de soja. Descubrimos que esto se debe principalmente a que la soja absorbe el nitrógeno anterior, por lo que la edad promedio esta reducido.»
Al observar las capas del suelo, los investigadores inicialmente esperaban que el nitrógeno siguiera un camino de edad similar al del agua: más nuevo en la parte superior y envejeciendo a medida que migra hacia abajo a través del suelo. Sin embargo, encontraron que la capa superior de nitrógeno tenía una edad promedio relativamente alta en comparación con el agua. Mirando 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. «Por eso, observamos una edad del nitrógeno relativamente más alta 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 a través del suelo».
Los investigadores han establecido un sitio de campo para validar su modelo mediante el análisis de la composición isotópica de nitrógeno, oxígeno y agua en la escorrentía. Esperan que su trabajo pueda ayudar a los agricultores a usar 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 usar la edad para el análisis químico no es nueva, pero nadie ha estudiado la edad del nitrógeno en el contexto de un entorno agrícola», dijo Kumar. «Al hacer eso, podemos revelar patrones de estancamiento en el suelo, que es diferente a solo usar la concentración de nitrógeno. La idea principal es que hay una mejor manera de aplicar fertilizante sobre un paisaje que la que hacemos actualmente. debería buscar enfoques más precisos».
