Uno de los problemas más acuciantes que enfrenta el mundo en la era del cambio climático es cómo producir suficientes alimentos saludables para satisfacer la creciente población mundial, incluso cuando aumenta la contaminación del suelo.
por la Universidad de Massachusetts Amherst
Una investigación publicada recientemente en Nature Food por un equipo internacional de científicos dirigido por la Universidad de Massachusetts Amherst, la Universidad Tecnológica de Guangdong y la Universidad Central Sur de Silvicultura y Tecnología ha demostrado que los nutrientes a escala nanométrica no sólo pueden mitigar algunos de los peores efectos de la contaminación por metales pesados y metaloides, sino también aumentar el rendimiento de los cultivos y el contenido de nutrientes.
“Gran parte del suelo cultivable del mundo está contaminado por metales pesados, como el cadmio, el plomo y el mercurio, así como por metaloides, como el arsénico y el selenio”, afirma Baoshan Xing, profesor distinguido de la Universidad y director de la Escuela de Agricultura Stockbridge en UMass Amherst.
Xing, quien también es el autor principal del artículo, señala que dicha contaminación genera una gran presión sobre la capacidad de cultivar cultivos básicos , lo que también afecta el valor nutricional de los cultivos que logran sobrevivir.
“Necesitamos encontrar soluciones para reducir los metales pesados que terminan en nuestros alimentos”, dice Xing, y un enfoque que ha demostrado ser prometedor es el uso de nutrientes a nanoescala, o lo que él llama una agricultura “nano-habilitada”.
Los fertilizantes a granel con los que quizás esté más familiarizado están compuestos de partículas grandes, que no son absorbidas tan fácilmente por el cultivo. Esto significa que los agricultores necesitan aplicar más, lo que aumenta los niveles de escorrentía de fertilizantes hacia arroyos, lagos y el océano. Sin embargo, los nutrientes para cultivos a escala nanométrica se pueden diseñar y mezclar específicamente para cultivos, condiciones de crecimiento y métodos de aplicación particulares, y se pueden diseñar de manera que la planta de destino pueda absorber los nutrientes de manera más eficiente en su sistema, reduciendo la cantidad de fertilizante necesario, manteniendo bajos los costos y limitando la escorrentía.
Aunque los nanomateriales ya están disponibles en el mercado agrícola y hay mucha ciencia revisada por pares que analiza su efecto sobre el suelo y el crecimiento de los cultivos, la investigación de Xing y sus colegas es el primer relato exhaustivo de la eficacia de los nanomateriales como clase, con resultados que ofrecen conocimientos prácticos para ayudar a orientar la agricultura sostenible y la seguridad alimentaria mundial.
“Recopilamos datos de 170 publicaciones anteriores sobre la eficacia de las nanopartículas para reducir la absorción de metales pesados y metaloides”, afirma Chuanxin Ma, coautor principal del artículo, que completó su formación doctoral en la Escuela de Agricultura Stockbridge de la Universidad de Massachusetts Amherst y ahora es profesor en la Universidad Tecnológica de Guangdong, en China. “De esos 170 artículos, recopilamos 8.585 observaciones experimentales de cómo responden las plantas a los nanomateriales”.
Luego, el equipo realizó un metanálisis de esta enorme cantidad de datos, pasándolos por una serie de modelos de aprendizaje automático para cuantificar el efecto de los nanomateriales en el crecimiento de los cultivos y la absorción de metales y metaloides, antes de probar finalmente un enfoque cuantitativo flexible, conocido como el método IVIF-TOPSIS-EW, que puede iluminar cómo elegir diferentes tipos de nanomateriales de acuerdo con una variedad de escenarios agrícolas realistas.
Los resultados muestran que los nanomateriales son más eficaces que los fertilizantes convencionales para mitigar los efectos nocivos de la contaminación del suelo (en un 38,3%), pueden mejorar el rendimiento de los cultivos (en un 22,8%) y el valor nutricional de esos cultivos (en un 30%), así como para combatir el estrés de las plantas (en un 21,6%) debido a la contaminación por metales y metaloides. Los nanomateriales también ayudan a aumentar las enzimas del suelo y el carbono orgánico, que ayudan a impulsar la fertilidad del suelo.
“Por supuesto, los nanomateriales no son una panacea”, explica Xing. “Deben aplicarse de forma diferente según el cultivo y el suelo “.
Aquí es donde entra en juego el método IVIF-TOPSIS-EW del equipo.
“Nuestro método puede ayudar a los responsables políticos a elegir el mejor curso de acción para su situación particular”, afirma Ma.
Más información: Yini Cao et al., Los nanomateriales diseñados reducen la acumulación de metal(oides) y mejoran la producción de alimentos básicos para una agricultura sostenible, Nature Food (2024). DOI: 10.1038/s43016-024-01063-1
