Áreas Clave de Investigación en Fertilizantes Nitrogenados para una Agricultura Sostenible

El nitrógeno (N) es un nutriente esencial para el crecimiento de las plantas y un pilar fundamental en la productividad agrícola. Sin embargo, su gestión presenta desafíos significativos debido a su fácil pérdida en el suelo y su impacto ambiental. La investigación en fertilizantes nitrogenados se enfoca en desarrollar soluciones más eficientes y sostenibles, buscando equilibrar la rentabilidad económica con la protección del medio ambiente.

Desafíos y Contexto de la Fertilización Nitrogenada

Impacto Ambiental y Eficiencia del Nitrógeno

Las pérdidas de nitrógeno ocasionadas como consecuencia del empleo de insumos agrícolas nitrogenados afectan a la calidad del aire y del agua. Elevadas concentraciones de N en el agua de escorrentía provocan la eutrofización de las aguas superficiales; las emisiones de amoniaco (NH3) tienen un gran impacto en los ecosistemas terrestres, y las elevadas concentraciones de nitrato (NO3) en las aguas subterráneas afectan a la calidad del agua potable. En la primavera de 2008, estas condiciones produjeron pérdidas severas de nitrógeno en varias zonas de Norteamérica, lo que resalta la importancia de una gestión adecuada. Estos insumos agrícolas comprenden tanto los fertilizantes minerales nitrogenados como los fertilizantes orgánicos procedentes de deyecciones ganaderas y biosólidos, además de la fijación biológica de N.

En Europa, aproximadamente el 60% del nitrógeno aplicado es asimilado por los cultivos, el resto se pierde al medioambiente. Desde los años 90, la Eficiencia en el Uso del Nitrógeno (NUE) ha aumentado, pasando del 51% al 60%, pero no lo suficiente como para alcanzar los objetivos medioambientales. A nivel mundial, hay grandes diferencias en los impactos generados por estos insumos nitrogenados entre regiones; mientras que en muchos países africanos, así como en grandes áreas de América Latina y el sudeste asiático, los insumos de N son insuficientes para mantener la fertilidad del suelo, lo que implica riesgos de degradación de la tierra. Por otro lado, muchas economías desarrolladas y de rápido crecimiento tienen grandes excedentes de N. Por lo tanto, en muchas partes del mundo se necesita un aumento en el aporte de N para evitar la degradación de la tierra y aumentar los rendimientos de los cultivos, mientras que en otras se puede reducir la aplicación de N manteniendo, o incluso mejorando, los rendimientos y reduciendo el impacto ambiental. En definitiva, se necesitan estudios pormenorizados que tengan en cuenta las condiciones particulares de cada caso.

Marco Regulatorio y Estrategias Nacionales

La necesidad de una gestión más sostenible del nitrógeno ha impulsado el desarrollo de normativas y guías. La Guía Práctica de la Fertilización Racional de los Cultivos en España (NIPO: 770-10-151-X) facilita formación e información para el uso correcto y adecuado de los abonos, tanto minerales como orgánicos, y tiene como objetivo último la fertilización racional de los cultivos en España, como vía para conseguir una agricultura económicamente rentable, cuidadosa con el medio ambiente y, en resumen, sostenible. Esta publicación responde al desarrollo de uno de los ejes fundamentales del Plan de reducción de uso de fertilizantes nitrogenados, "la divulgación de los principios de una buena fertilización". Este plan se cuenta entre las medidas urgentes de la Estrategia Española de Cambio Climático y Energía Limpia, aprobadas en Consejo de Ministros el día 20 de julio de 2007. La guía recoge, de forma clara y concisa, tanto conceptos básicos y generales sobre nutrición vegetal como aspectos concretos de la fertilización de los cultivos más representativos de la agricultura española, gracias a la colaboración de expertos procedentes de la universidad o de reputados centros de investigación de todas las regiones de España.

En esta línea, el pasado jueves 13 de julio concluían las actividades de transferencia del proyecto “Estudio de las principales fuentes de contaminación y evaluación de medidas para la corrección de impactos ambientales derivados del uso de fertilizantes nitrogenados en zonas vulnerables a la contaminación por nitratos en Andalucía” con una jornada sobre gestión sostenible del nitrógeno en la agricultura. Este proyecto, desarrollado en el Bajo Guadalquivir, analizó el manejo del riego y el abonado nitrogenado en los cultivos del algodón y el tomate de industria regados con sistemas de aspersión y riego localizado. Se expuso la normativa actual sobre zonas vulnerables a la contaminación por nitratos en Andalucía y el nuevo Real Decreto de nutrición sostenible en los suelos agrarios. En ambos cultivos, no se obtuvo valor añadido con la aportación de abonado nitrogenado de fondo.

Innovación en Fertilizantes y Bioestimulantes Nitrogenados

Desarrollo de Nuevos Fertilizantes Sostenibles

El grupo de investigación de 'Química Agrícola' de la Universidad de Alicante posee un amplio conocimiento y experiencia en el desarrollo de nuevos fertilizantes y bioactivadores. En los últimos años, se ha generalizado el uso de bioactivadores obtenidos de diferentes materiales orgánicos, sobre todo comprenden péptidos, aminoácidos, polisacáridos, ácidos húmicos, fitohormonas y extractos de algas. Estos pueden ser absorbidos por las plantas y los microorganismos del suelo, desarrollando un efecto positivo, no solo sobre el crecimiento, sino también en la calidad y en la producción de las cosechas. La finalidad de estos productos no es proporcionar nutrientes, sino mejorar y estimular el metabolismo vegetal y la reducción de los efectos de los distintos tipos de estrés abiótico y/o biótico que pueden actuar sobre la planta, lo que indirectamente puede mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno. Todo ello ha llevado a que el desarrollo de nuevos bioactivadores se haya convertido en foco de interés para la industria y la investigación.

Tecnología NLB de Fertinagro Biotech: Nitrógeno Soluble Sostenible

Las plantas exudan a través de las raíces una parte considerable de los compuestos orgánicos generados en la fotosíntesis, con el fin de regular la composición de las comunidades microbianas de la rizosfera y promover el crecimiento de aquellos microorganismos que pueden aportar beneficios a la planta en un ecosistema dado. Regular las necesidades tróficas de las bacterias es una estrategia a seguir a la hora de utilizar bioestimulantes para influir sobre sus poblaciones. Los exudados radiculares pueden modificar la composición de las comunidades microbianas del suelo e influir en la dinámica del ciclo del nitrógeno, principalmente, a través de la regulación de los procesos de mineralización, nitrificación y fijación de nitrógeno del aire. Por lo tanto, los exudados radiculares pueden incrementar la disponibilidad de nitrógeno para las plantas y la eficiencia de su uso en suelos agrícolas.

El nitrógeno soluble sostenible de Fertinagro Biotech incorpora la tecnología NLB (patente WO2020/183033), que incluye un bioestimulante inspirado en la composición de los exudados radiculares que emiten las plantas bajo situación de demanda de nitrógeno y que está diseñado para potenciar el aprovechamiento del nitrógeno por los cultivos.

Estudio de Eficacia de Fertilizantes NLB en Lechuga

El objetivo de un ensayo fue evaluar y validar la eficacia de los fertilizantes nitrogenados de Fertinagro basados en esta nueva tecnología, frente a una fertilización convencional basada en nitrato amónico y un testigo sin fertilización nitrogenada. Para ello, se procedió a realizar una plantación de lechuga (Lactuca sativa L), cv Cervantes (Rijk Zwaan) el 21 de septiembre de 2022. El marco de plantación empleado fue de 0,9 m entre hileras y 0,33 m entre plantas al tresbolillo, lo que resultó una densidad de plantación de 67.340 plantas ha-1. Se realizó un diseño estadístico de bloques al azar con 3 repeticiones y 144 plantas por parcela elemental. La superficie por parcela elemental fue de 22 m2.

Estrategias de Abonado Analizadas:

• Tratamiento 1 (T1): FTN-1. Producto fertilizante de Fertinagro en base a sulfato amónico con bioestimulantes basados en tecnología NLB. La cantidad total de fertilizante nitrogenado con la tecnología NLB en este tratamiento fue igual a la del tratamiento en base a nitrato amónico.
• Tratamiento 2 (T2): FTN-2. Producto fertilizante de Fertinagro en base a sulfato amónico con bioestimulantes basados en tecnología NLB. La cantidad total de fertilizante nitrogenado con la tecnología NLB en este tratamiento fue igual a la del tratamiento en base a nitrato amónico. En cada aplicación, se le aportó una cantidad adicional de "Cultivo/Extracto Microbiano" del 2,5% en peso de la cantidad de fertilizante nitrogenado aportado.
• Tratamiento 3 (T3): Control positivo. Fertilización convencional determinada para el cultivo en la que la fuente de nitrógeno fue nitrato amónico.
• Tratamiento 4 (T4): Control negativo. Ausencia de fertilización nitrogenada.

Las dosis de abonado fosforado y potásico empleados en la experiencia para los cuatro tratamientos fueron de 100 kg P2O5 ha-1 y 200 kg K2O ha-1. La fertilización se inició el día 29 de septiembre y finalizó el 4 de noviembre, con aplicaciones semanales.

Resultados y Discusión del Ensayo:

Se realizaron medidas de producción y análisis de nitratos en hoja, y se colocaron sondas de succión a 15 y 30 cm de profundidad. También se realizaron extracciones de la solución del suelo los días 14, 20, 28 de octubre y 3, 10 y 18 de noviembre, para medir conductividad eléctrica, pH, NO3-, K+, Ca2+ y Na+. La recolección se realizó el día 16 de noviembre de 2022 y se evaluó el rendimiento comercial, peso medio de las piezas, producción de destrío y producción total.

• Los tratamientos Fertinagro dieron lugar a una producción comercial similar al tratamiento control positivo con nitrato amónico. Con el tratamiento Fertinagro FTN-1 se incrementó ligeramente la producción comercial y total, como consecuencia de un mayor peso medio de las piezas. Con Fertinagro FTN-2 se consiguió una producción similar al tratamiento control positivo con nitrato amónico. Por el contrario, la menor producción comercial, total y peso medio se obtuvo con el control negativo.
• La calidad de las lechugas fue buena y similar para todos los tratamientos.
• En los análisis foliares, el mayor porcentaje de nitrógeno y de nitrato se obtuvo con el control positivo T3 y el menor con el control negativo T4. Los tratamientos que incorporaron nitrógeno incrementaron los niveles de nitrógeno nítrico en el suelo a nivel radicular y también incrementaron el porcentaje de nitrógeno y nitratos a nivel foliar, con respecto al control negativo sin fertilización nitrogenada, observando la mayor concentración con en el control positivo.
• Los niveles de nitratos en el perfil superficial de la solución del suelo (a 15 cm) fueron superiores en el control positivo con nitrato amónico, respecto al resto de tratamientos hasta el día 3 de noviembre en que se igualaron los valores. Se observó una lixiviación posterior de estos nitratos hacia capas más profundas (a 30 cm), donde también fueron superiores en el control positivo. Los dos tratamientos de Fertinagro tuvieron una evolución muy similar en todas las fechas, con menores niveles de nitratos en la solución del suelo en comparación con el control positivo, lo que sugiere una mejor absorción o menor pérdida.
• La mayor eficiencia en el uso de nitrógeno se consiguió con el formulado Fertinagro FTN-1, seguido por el tratamiento Fertinagro FTN-2.

Optimización y Gestión de la Aplicación de Nitrógeno

Debido al elevado coste de los fertilizantes nitrogenados, los agricultores se están planteando otras formas para reducir sus pérdidas y optimizar los insumos en este importante gasto del cultivo. Todas las campañas, los productores de maíz deben decidir la cantidad correcta de nitrógeno que van a aplicar. Recientemente, el aumento de los precios del nitrógeno y de los rendimientos del maíz han impulsado a los especialistas en abonado de cultivos extensivos a volver a examinar sus recomendaciones para este nutriente. Han surgido nuevas recomendaciones y se han desarrollado calculadoras de la tasa de nitrógeno que se basan en los estudios más recientes de respuesta al nitrógeno, en sus costes, en los precios de la materia prima y, en algunos casos, en los rendimientos de grano. Las investigaciones han demostrado que el rendimiento, por sí solo, no es una forma precisa de estimar las necesidades de nitrógeno. El tipo de suelo, el contenido en materia orgánica, el cultivo anterior, las aplicaciones de abono y otros factores también deben considerarse en el cálculo de la cantidad a aportar.

Momento y Método de Aplicación

Las plantas utilizan el nitrógeno de forma más eficiente si se aplica lo más cerca posible al momento de absorción del cultivo. Sin embargo, en muchas zonas, la aplicación en fondo previa a la siembra es una opción viable como herramienta de gestión de los plazos. Las aplicaciones invernales son adecuadas si los suelos tienen texturas finas y la temperatura media del suelo es inferior a 10 ºC durante una semana o más y se espera que continúe siendo fría. El amoníaco anhidro es la única fuente de nitrógeno que debe aplicarse en fondo anticipado (porque, en principio, no es lixiviable). La aplicación de nitrógeno en cobertera permite un uso más eficiente ya que el productor aplica el nitrógeno cerca del momento de máxima absorción del maíz. Todos los fertilizantes de nitrógeno habituales se pueden utilizar para la fertilización de cobertera.

En caso de aplicaciones superficiales, el fertilizante puede incorporarse mediante lluvia o riego para posicionar el nitrógeno en la zona radicular. Con aplicaciones inyectadas, se recomiendan aplicaciones entre líneas para reducir el potencial de daño. No hay ninguna ventaja en aplicar el nitrógeno cerca de la línea. También es posible, aunque menos recomendable, aplicar nitrógeno de forma aérea o con equipos de altura. Con la aplicación aérea, es importante mantener tasas por debajo de 550 l de nitrógeno por hectárea y evitar aplicarlo cuando el envés está húmedo para reducir los daños a la planta.

Uso de Estabilizadores de Nitrógeno

Cuando el nitrógeno se aplica con bastante antelación a la absorción por parte del maíz, es más susceptible a perderse debido a los procesos naturales del suelo. Dos de los productos más utilizados para ayudar a reducir estas pérdidas son N-Serve® y Agrotain®.

• N-Serve®: Es un inhibidor de la nitrificación que se utiliza, principalmente, con amoníaco anhidro. Funciona inhibiendo las bacterias responsables de la nitrificación; por tanto, ralentizando la conversión a nitrato y reduciendo el riesgo de pérdida. Los iones de amoníaco están cargados positivamente y se adhieren a las partículas del suelo, que tienen carga negativa, protegiendo así el nitrógeno. N-Serve también aporta beneficios con las aplicaciones de amoníaco anhidro en primavera.
• Agrotain®: El componente NBPT [triamida N(n-butil) tiofosfórica] es un inhibidor de la ureasa que se utiliza tanto con ureas como con soluciones de urea-nitrato de amonio. El uso de Agrotain es apto cuando la urea se distribuye en superficie y no se incorpora mediante labor o riego, ayudando a prevenir las pérdidas por volatilización de amoniaco.
• ESN® (Environmentally Smart Nitrogen): Es otro tipo de estabilizador del nitrógeno que encapsula el nitrógeno en una membrana de polímero patentada que libera nitrógeno cuando el suelo se calienta, permitiendo una liberación controlada y sincronizada con la demanda del cultivo.

Diagnóstico del Estado del Nitrógeno

La evaluación del estado de nitrógeno en el suelo y en la planta es fundamental para tomar decisiones informadas sobre la fertilización.

Análisis de Suelo

• Analítica de nitratos pre-siembra: Se ha utilizado desde siempre al oeste del río Missouri, donde las precipitaciones son lo suficientemente bajas para prevenir una lixiviación sustancial del nitrato en la zona radicular entre final de otoño y principio de primavera. Esta prueba cuantifica la cantidad de nitrato residual presente en la zona que explora la raíz para que los agricultores puedan ajustar sus aportes en consecuencia. Es más útil en campos en los que se espera una residualidad de nitrógeno sustancial.
• Prueba de nitratos de precobertera (PSNT): Se utiliza en áreas más húmedas donde las pruebas en el suelo para el nitrógeno residual no han demostrado ser efectivas. Es, básicamente, una prueba de mineralización in situ para determinar si es necesario añadir fertilizantes nitrogenados. Se toman muestras a 30 cm de profundidad cuando el maíz mide de 15 a 30 cm y se analiza la concentración de nitrógeno. La concentración crítica de nitrógeno-nitratos normalmente está entre 21 y 25 ppm.

Análisis de Planta

• Medidor de clorofila en hoja de Minolta (modelo SPAD 502): Permite que los usuarios midan rápida y fácilmente el contenido foliar en clorofila. El contenido en clorofila depende de varios factores, siendo uno de ellos el estado de nitrógeno en la planta. Las ventajas del medidor SPAD son que es rápido, no destructivo, repetible y puede detectar una deficiencia antes de que sea visible al ojo humano.
• Sensores remotos: Se han realizado esfuerzos para utilizar determinados sensores instalados en satélites, aviones o equipos a gran altura. Estos sensores podrían determinar la misma información por el reflejo foliar que se observa en el medidor de clorofila en una zona más amplia. Los sensores podrían estar instalados en difusores de altura y conectados a los mecanismos de pulverización que proporcionarían dosis adicionales solo a aquellas zonas que lo necesitaran, dirigiendo la aplicación de nitrógeno sobre la marcha.
• Prueba de nitratos en la parte baja del tallo: Se basa en la concentración de nitratos en la parte más baja del tallo después de que el grano haya madurado. Las investigaciones han demostrado que la cantidad de nitratos presente está directamente relacionada con el suministro de nitrógeno aplicado a lo largo de la campaña. Se toman muestras cortando el tallo del maíz a una altura de entre 15 y 35 cm por encima del suelo y se analiza la concentración de nitrato. Si la concentración está entre 700 y 2000 ppm, se suministró el nitrógeno adecuado. Concentraciones superiores a 2000 ppm indican un exceso de nitrógeno.

Modelado y Evaluación de la Eficiencia del Nitrógeno (NUE)

En la UE-27 (excluyendo Croacia e incluyendo Reino Unido), para evaluar dónde se superan las consideradas como “emisiones críticas” de N en sus distintas formas (N, NH3 y NO3), con relación a los impactos ambientales, se emplean modelos basados en balances de N. Para ello, se calculan las entradas de N necesarias para alcanzar los rendimientos y producciones objetivos y las entradas reales. Cuando las entradas reales o necesarias exceden las entradas críticas, se calcula la reducción que hace falta y el aumento del NUE para alcanzar el rendimiento real u objetivo, mientras se alcanzan simultáneamente los objetivos de calidad del aire y el agua.

Para este estudio se utilizó el modelo INTEGRATOR, mediante el cual se calculan:

• Entradas reales de N: Suma de los aportes a través de fertilizantes minerales, estiércol, biosólidos, deposición atmosférica y fijación biológica de N. La absorción de N consiste en el N que se elimina del suelo a través la cosecha.
• Entradas de N necesarias: Para alcanzar el rendimiento objetivo de los cultivos, definido como el rendimiento máximo que se puede obtener de un cultivo con una disponibilidad de agua del 80%. Estos cálculos suponen que el NUE de las entradas necesarias es el mismo que el de las reales.
• Pérdidas de N en el aire y agua: Las emisiones de compuestos gaseosos de N y la lixiviación y la escorrentía al agua superficial se deben a los aportes de N de heces y orina, almacenamiento de estiércol, pastoreo, aplicación de estiércol y fertilizantes minerales, deposición atmosférica, fijación de N y empleo de residuos en los cultivos.
• Entradas de N críticas: Aquéllas en las que no se exceden las pérdidas críticas en el agua y en el aire para cumplir los objetivos medioambientales. Estas se obtienen identificando valores críticos para los indicadores de N definidos en el aire y el agua.

Resultados del Modelo INTEGRATOR en la UE-27 y España

Los resultados muestran que las entradas de N de la UE-27 son, de media, un 27% inferiores a las entradas necesarias para alcanzar el rendimiento objetivo de los cultivos. No obstante, en lo que respecta a las emisiones de NH3 y a la escorrentía de N al agua superficial, las entradas reales son 31% y 43% superiores a las entradas críticas de N, respectivamente. Por otro lado, en relación con la lixiviación de NO3 al agua subterránea, estas entradas están un 1% por debajo del límite. Se hace, por tanto, necesario incrementar el NUE.

Una reducción general de las entradas de N del 30% parece una estimación razonable para cumplir los objetivos de calidad del aire y del agua, alcanzando los rendimientos objetivos. No obstante, en la UE-27 hay también grandes diferencias entre regiones. Las entradas se superan con creces en zonas con altas aplicaciones de N, como Irlanda, Países Bajos, Bélgica y Luxemburgo, Bretaña en Francia y el valle del Po en Italia a causa de la producción ganadera intensiva.

Como ya se ha indicado, en Europa el NUE real es del 60%. Este valor tiene que aumentar hasta el 72% para proteger la calidad del agua superficial a los rendimientos reales de los cultivos y hasta el 74% para alcanzar los rendimientos objetivo de los cultivos. Por lo tanto, es factible reducir el impacto ambiental de la agricultura si se incrementa este factor, al mismo tiempo que se impulsa un incremento de la producción de los cultivos en Europa. Sin embargo, en algunas zonas, por sus especiales características de suelo y de clima, sería necesario aumentar el NUE el 90% para alcanzar los objetivos medioambientales alcanzando el rendimiento objetivo. En estas áreas, la solución pasaría por reducir la aplicación de N, a expensas de disminuir la producción de los cultivos.

Situación Específica en España

En España, este estudio indica que en algunas zonas las entradas necesarias de N son diferentes a las entradas reales, lo que provoca una clara brecha de rendimiento (diferencia entre el rendimiento real y potencial). Por otro lado, en determinadas áreas se exceden las emisiones de NH3 debido a que las características de la zona llevan a establecer límites reducidos, a pesar de no ser un país con una elevada densidad ganadera como Irlanda o parte del Reino Unido. Además, es necesario aumentar significativamente el NUE en aquellas zonas de España en las que se excede la escorrentía crítica a las aguas superficiales para proteger su calidad. En definitiva, en España se debe mejorar el manejo de insumos agrícolas con nitrógeno, con el fin de minimizar las consecuencias al medio ambiente y de mejorar los rendimientos agrícolas de los cultivos. Para ello, una eficiente utilización de fertilizantes minerales a base de nitrógeno es clave, aplicando el fertilizante adecuado, en la cantidad correcta y en el momento y el lugar idóneos, adaptándose a las necesidades de cada cultivo y de cada situación específica con la ayuda de expertos que asesoren sobre el modo en el que se debe llevar a cabo la fertilización.

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