La agricultura moderna se enfrenta a dos grandes dilemas: cómo producir suficientes alimentos para alimentar a la creciente población humana y cómo minimizar el daño ambiental asociado a la agricultura intensiva.
por la Universidad de Princeton
Mantener más nitrógeno en el suelo en forma de amonio podría ser una clave para abordar ambos desafíos, según un nuevo artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) .
El uso actual de fertilizantes nitrogenados contribuye significativamente a las emisiones de gases de efecto invernadero , la contaminación atmosférica y la contaminación del agua , pero también son esenciales para el cultivo. Reducir esta contaminación es crucial, pero es probable que el uso de nitrógeno aumente con el aumento de la producción de alimentos. Al mismo tiempo, la población mundial está aumentando, y la agricultura necesita producir de manera eficiente suficientes alimentos para alimentar a todos sin recurrir a la tala de más bosques para la agricultura.
En el pasado, los agricultores lograron aumentar la producción de alimentos añadiendo más fertilizantes nitrogenados a sus tierras de cultivo, pero esto ya no es una solución viable ni aceptable. En su lugar, los agricultores deberían considerar la posibilidad de cambiar a una mezcla de nitrato y amonio, argumentan los investigadores, lo que puede reducir la contaminación y aumentar la producción de alimentos. El amonio, una forma de nitrógeno, se fija al suelo, por lo que es menos probable que se filtre a los cursos de agua.
«Los sistemas actuales de fertilización son contaminantes, ineficientes y perjudiciales para la salud del ecosistema», afirmó Guntur Subbarao, coautor del artículo e investigador principal del Centro Internacional de Investigación de Ciencias Agrícolas de Japón (JIRCAS). «Si la agricultura logra pasar de depender exclusivamente del nitrato en el suelo a un sistema con una mezcla de nitrato y amonio, esto podría tener consecuencias de gran alcance al limitar la contaminación por nitrógeno y, al mismo tiempo, aumentar el rendimiento de los cultivos».
«Nuevas herramientas para mantener una mayor cantidad de nitrógeno en el suelo en forma de amonio también podrían permitir la selección de variedades de cultivos que logren mayores rendimientos mediante una combinación de formas de nitrógeno», afirmó el coautor Tim Searchinger, investigador principal del Centro de Investigación de Políticas sobre Energía y Medio Ambiente, con sede en la Escuela de Asuntos Públicos e Internacionales de la Universidad de Princeton. «Existe la posibilidad de un doble beneficio: reducir la contaminación por nitrógeno, incluidas las emisiones de gases de efecto invernadero, y ayudar al mundo a proteger los bosques al producir una cantidad considerablemente mayor de alimentos en la misma superficie».
La mayoría de las estrategias para mitigar la contaminación por nitrógeno se basan en limitar la contaminación desde el inicio, mediante una aplicación más cuidadosa de los fertilizantes. Sin embargo, los autores explican que, independientemente del cuidado con el que se aplique el fertilizante, siempre se produce una fuga de nitrógeno en el final. Esta fuga se produce porque el nitrógeno del suelo en los cultivos se convierte rápidamente en nitrato, un tipo de nitrógeno que se filtra fácilmente a las aguas subterráneas y a los cursos de agua, y cuya descomposición libera óxido nitroso, un potente gas de efecto invernadero.
Aquí es donde entra en juego el amonio, según los autores. No se degrada en óxido nitroso a menos que se transforme primero en nitrato. El artículo muestra que, si bien los altos niveles de amonio son tóxicos para la mayoría de las plantas, una línea de investigación poco conocida ha demostrado que una mezcla de nitrato y amonio tiende a aumentar sustancialmente el rendimiento de los cultivos , incluso en un 50 % o más, en comparación con las condiciones comunes del suelo actuales, que se componen casi exclusivamente de nitrato.
Este hallazgo académico era irrelevante hasta hace poco, ya que los microorganismos en los campos de cultivo convierten rápidamente el nitrógeno en nitrato mediante un proceso conocido como nitrificación. Sin embargo, los autores identifican dos nuevas formas de mantener un mayor equilibrio de las formas de nitrógeno en los suelos. Una consiste en utilizar inhibidores sintéticos de la nitrificación con recubrimientos para limitar la nitrificación durante períodos prolongados. La otra consiste en aprovechar la capacidad natural de algunas plantas para prevenir la nitrificación. Una característica de las plantas que impide que los microbios conviertan el amonio en nitrato se descubrió inicialmente en una gramínea tropical común, pero recientemente los investigadores han comenzado a desarrollar variedades de todos los cereales principales, como el trigo, para que adquieran esta propiedad.
Al cultivar plantas que se benefician del amonio y que favorecen su retención en el suelo al inhibir la nitrificación, agricultores, científicos y legisladores podrían aumentar eficazmente la producción de alimentos y minimizar la degradación ambiental. Los autores recomiendan realizar más investigaciones, ya que actualmente no existe financiación a gran escala para estas iniciativas. También recomiendan políticas que desvíen los subsidios a los fertilizantes hacia formas o variedades de cultivos que inhiban la nitrificación.
«Un beneficio clave de esta investigación es que una vez creadas estas variedades, todos los agricultores del mundo podrán utilizarlas sin costo adicional y con el beneficio de mayores rendimientos», afirmó Subbarao.
Más información: GV Subbarao et al., Opinión: Una «solución con más amonio» para mitigar la contaminación por nitrógeno y aumentar el rendimiento de los cultivos, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2021). DOI: 10.1073/pnas.2107576118
