Los fertilizantes, especialmente el fósforo, el nitrógeno y el potasio (NPK), son esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas en el sector agrícola. Su uso busca incrementar la velocidad y tamaño del crecimiento de los cultivos.
Uso Ineficiente y sus Consecuencias Ambientales
Un estudio publicado en Nature Communications ha analizado el uso de los tres principales fertilizantes (fósforo, nitrógeno y potasio) durante las últimas seis décadas en los cuatro cultivos fundamentales del mundo: soja, arroz, maíz y trigo. Los hallazgos constatan que en muchos lugares se han empleado de manera ineficiente, lo que implica que una parte importante no es absorbida por los cultivos y puede generar un impacto negativo en el medioambiente, como la contaminación del agua y del suelo.
Variaciones Regionales en la Gestión de Fertilizantes
Los motivos detrás de este desperdicio dependen de la región, el tipo de cultivo o el clima. Por ejemplo, en regiones más ricas como Europa o Estados Unidos, la gestión de fertilizantes ha mejorado en los últimos años gracias a una regulación ambiental más estricta. Sin embargo, los investigadores alertan que todavía se aplican en exceso. En contraste, en algunas regiones de Asia, el uso puede ser descontrolado y excesivo, con menor eficiencia debido al acceso limitado a avances tecnológicos y políticas ambientales menos restrictivas.
El desafío en África es diferente, ya que allí el problema principal no es el exceso, sino la falta de acceso a fertilizantes fosfatados, que son más caros. Esta situación limita la productividad agrícola y la seguridad alimentaria en la región.
La Eficiencia Global y sus Raíces Históricas
Según los investigadores, a raíz de los impactos ambientales que se empezaron a detectar en el agua y el suelo durante la Segunda Revolución Verde, Europa comenzó a limitar el uso de fertilizantes. A pesar de estos esfuerzos, la eficiencia de su uso a nivel mundial sigue siendo inferior al 50%.
Para llevar a cabo el estudio, el equipo recopiló una base de datos global que abarca 3360 observaciones entre 1961 y 2018, incluyendo información sobre el tipo de cultivo, la cantidad de fertilizante aplicado y la producción obtenida en 205 países. Los cultivos analizados fueron principalmente el arroz, el trigo, la soja y el maíz, escogidos por representar más de la mitad de la producción agrícola mundial, el 49% de la superficie cultivada y consumir más de la mitad de los fertilizantes empleados, con una tendencia creciente, según explica Jordi Sardans, investigador del CREAF y coautor del estudio.
Impacto del Tipo de Cultivo y Clima
Los resultados también varían según el tipo de cultivo y el clima. Por ejemplo, el arroz presenta un mejor aprovechamiento de los fertilizantes en regiones tropicales, donde el calor, la humedad y los sistemas de cultivo inundados facilitan una mejor absorción de nutrientes. En cambio, su eficiencia es menor en regiones no tropicales o más secas.
Otro ejemplo que contrasta según la región son el cultivo de trigo y soja, que absorben menos fertilizantes en zonas secas. El maíz, al necesitar muchos nutrientes, a menudo recibe una aplicación excesiva de fertilizantes bajo la creencia de que mejorará el cultivo, pero una buena parte de estos se pierde.
Avances Innovadores: Biocarbón Líquido y la Duplicación de Cosechas
Un nuevo desarrollo en fertilización agrícola está captando la atención del sector: fertilizantes líquidos a base de biocarbón. Según ensayos recientes publicados en la revista científica Biochar, estos logran duplicar los rendimientos de los cultivos y mejorar el uso de nutrientes, abriendo una alternativa concreta frente a los esquemas tradicionales.
Resultados del Estudio con Biocarbón Líquido
Las pruebas mostraron que algunas combinaciones, especialmente las enriquecidas con nitrógeno, alcanzaron producciones superiores a 42 toneladas por hectárea en pasturas, superando tanto a los lotes sin fertilización como a los manejados con métodos convencionales. Este significativo salto productivo se explica por una mejor disponibilidad de nutrientes y una mayor eficiencia en su absorción.
Más Eficiencia, Menos Pérdidas y Mejor Uso del Suelo
Uno de los problemas más extendidos en la fertilización tradicional es la baja eficiencia, estimándose que hasta el 50% del nitrógeno y fósforo aplicado no es absorbido por los cultivos y se pierde por lixiviación o escorrentía, lo que reduce la rentabilidad y genera impacto ambiental.
Los fertilizantes líquidos de biocarbón buscan corregir este punto. Su formulación permite que los nutrientes lleguen de manera más directa a las raíces, lo que mejora la absorción y reduce las pérdidas. Además, el estudio mostró que estos productos lograron balances positivos de nutrientes, evitando el agotamiento del suelo. Otro dato relevante es que su aplicación no alteró las comunidades microbianas a corto plazo, un aspecto clave para mantener la salud del suelo y la estabilidad del sistema productivo.
Desde el punto de vista económico, los ensayos arrojaron relaciones beneficio/costo de entre 1,9 y 2,5, indicando que la inversión se traduce en retornos positivos para el productor. El formato líquido, con partículas más finas y mayor movilidad, permite una mejor distribución de nutrientes en el suelo y una mayor disponibilidad para el cultivo, resultando en un crecimiento más uniforme y eficiente.
Fertilizantes y Sostenibilidad Ambiental: Una Perspectiva Integral
Curiosamente, y tal vez en contra de las percepciones de muchos, el uso racional de fertilizantes puede ser una herramienta importante para preservar el medio ambiente.
Protegiendo el Medio Ambiente por medio de la Productividad
Una de las razones más importantes para utilizar fertilizantes es aumentar el rendimiento agrícola. Si se aumenta la productividad de la tierra existente en lugar de ampliar la superficie cultivable, se reduce la presión para expandir la agricultura a nuevas zonas, lo que ayuda a prevenir la deforestación, la principal causa de la pérdida de bosques a nivel mundial.
Una investigación del Instituto Internacional de Agricultura Tropical (IITA) junto con el Centro de Investigación Forestal Internacional (CIFOR) concluyó que el cultivo de cacao, mandioca y palma aceitera, que requiere pocos insumos, provocó la deforestación y degradación generalizadas de los bosques tropicales de África occidental. El estudio reveló que la producción de cacao en la región de la selva tropical de Guinea en África occidental se duplicó entre 1987 y 2007, en gran medida gracias a la tala de bosques para crear nuevas tierras de cultivo. Esta deforestación provocó una gran pérdida de biodiversidad y altas emisiones de carbono.
Los agricultores de la zona utilizaban una media de tan solo 4 kg de nutrientes por hectárea, lo que resultaba en rendimientos muy bajos. Los investigadores calcularon que un mayor uso de fertilizantes para aumentar la productividad de la tierra disponible podría haber evitado la tala o degradación de más de 2 millones de hectáreas de bosque tropical. Un uso intensificado de fertilizantes y productos agroquímicos, junto con una mejor gestión de los cultivos, podría haber producido los mismos resultados, duplicado los ingresos de los agricultores y ayudado a evitar la deforestación, evitando la emisión de 1.300 millones de toneladas de CO2.
Luchando contra la Degradación del Suelo
Otras áreas también pueden beneficiarse del uso de fertilizantes. Las malas prácticas en zonas áridas, semiáridas y subhúmedas secas conducen a la disminución de la fertilidad del suelo, la degradación de la tierra y, al final, la desertificación. A nivel mundial, se pierden 24 mil millones de toneladas de suelo fértil anualmente, lo que afecta a 3.2 mil millones de personas. Con suelos degradados, la productividad disminuye, amenazando la seguridad alimentaria.
En el África subsahariana, por ejemplo, el 40% de los suelos están agotados de nutrientes, mientras que el consumo de fertilizantes es solo el 2% del promedio mundial. Al aumentar el uso de fertilizantes de acuerdo con el principio de las 4C (nutrientes correctos, dosis correcta, lugar correcto y momento correcto), los agricultores podrían aumentar de manera sostenible sus rendimientos, ingresos y medios de vida. La gestión de nutrientes de las 4C también evitaría una mayor degradación de la tierra y ayudaría a restaurar tierras ya degradadas, al tiempo que repone las reservas de nutrientes de los suelos.
Atrapando el Carbono del Suelo
Si bien el suelo es la fuente crucial de nitrógeno, fósforo y potasio que las plantas necesitan para prosperar, el contenido de carbono en el suelo también es un factor clave. Después de la cosecha, cualquier residuo de cultivo que quede en el campo es una valiosa fuente de carbono que puede incorporarse al suelo. Cada hectárea de suelo puede almacenar hasta 300 toneladas de carbono, equivalentes a 1.100 toneladas de CO2. Por lo tanto, aumentar el rendimiento de los cultivos mediante un mejor uso de fertilizantes puede dar como resultado un aumento de los residuos de cultivo que devuelven carbono al suelo directamente, después del compostaje o como estiércol animal.
Para obtener resultados óptimos, lo más deseable es mejorar la relación carbono-nitrógeno (tasa C:N) cuando los residuos de cultivos se incorporan al suelo, aumentando así la velocidad a la que se forma el carbono orgánico del suelo y minimizando cualquier aumento en las pérdidas de nitrógeno al medio ambiente.
Manejo Preciso de Nutrientes
La tecnología de fabricación y aplicación de los fertilizantes ha avanzado desde los inicios. Los fertilizantes contribuyen a que las plantas crezcan mejor nutridas, lo que se traduce en una mejor calidad y menores pérdidas durante el transporte, envasado y distribución hasta el consumidor final. Además, las plantas bien nutridas requieren de menos superficie cultivable, lo que permite cubrir las necesidades alimenticias de humanos y ganado roturando una menor cantidad de terreno. Los fertilizantes modernos son efectivos en pequeñas dosis, utilizando productos químicos como inhibidores de nitrificación, polímeros o tensioactivos para conseguir una gran efectividad con menos kilogramos de producto.
Fertilizantes Nitrogenados y el Medio Ambiente
Los fertilizantes nitrogenados acaparan la mayor parte de la atención cuando se habla del impacto ambiental de los fertilizantes, debido a la energía que se necesita para fabricarlos o a que su uso indiscriminado puede provocar la filtración de nutrientes en exceso a los torrentes de agua o la liberación de óxido nitroso a la atmósfera. Por ello, es esencial una aplicación precisa de los nutrientes.
El uso de fertilizantes de liberación controlada (FLC) aumenta la eficiencia de uso del nitrógeno (EUN) de los cultivos. El FLC gestiona la tasa de liberación de nutrientes, adaptándola a las demandas del cultivo a medida que crece. Esta liberación controlada no solo simplifica el proceso de aplicación de fertilizantes, sino que también significa que los cultivos absorben una mayor proporción del nitrógeno aplicado, perdiendo menos nitrógeno hacia el medio ambiente. Esto permite a los productores reducir su aplicación total de nitrógeno y lograr los mismos rendimientos.
Cuidando el Agua por medio de la Fertirrigación
Otro aspecto en el que la agricultura tiene un impacto sobre el medio ambiente es el uso del agua. La agricultura representa alrededor del 70% del agua extraída de los mantos acuíferos, arroyos y lagos, impulsando un crecimiento extraordinario de la productividad agrícola en los últimos 50 años. Sin embargo, la escasez de agua se está convirtiendo en una preocupación creciente.
Por medio de la fertirrigación, los agricultores pueden reducir el uso de fertilizantes y agua. La fertirrigación es la aplicación de nutrientes junto con el agua de riego, lo que proporciona un control preciso sobre la entrega de ambos. De hecho, los sistemas de fertirrigación por microirrigación pueden aumentar el rendimiento de los cultivos mientras aumentan la eficiencia del uso del agua en un 90% y la eficiencia del uso de nutrientes a un igualmente impresionante 90%. Esta eficiencia mejorada permite obtener los mismos rendimientos utilizando hasta un 50% menos de fertilizantes que otros métodos y, al mismo tiempo, reduciendo el consumo de agua.
La Fertilización Balanceada: Clave para Resultados Óptimos
Los cultivos necesitan 17 nutrientes esenciales para crecer, pero en algunos casos solo se realizan aplicaciones de nitrógeno, fósforo y potasio en grandes cantidades. La proporción de estos nutrientes debe ser acorde a las necesidades de los cultivos y de manera equilibrada con todos los elementos esenciales. El proceso de garantizar la aplicación de nutrientes adecuados en la proporción óptima se denomina “fertilización equilibrada”. Si no se consigue la proporción correcta, se puede producir una disminución en la fertilidad del suelo, menor rendimiento, una mala calidad de los cultivos y menores ganancias.
En esta ecuación, también se debe incluir el cambio climático. Josep Peñuelas, investigador del CSIC en el CREAF y coautor del estudio, concluye: "En el caso de Europa dependemos de importaciones de fertilizantes, y, como se ha evidenciado con las recientes crisis de suministros vinculadas a conflictos geopolíticos, esto puede poner en riesgo la seguridad del sistema agroalimentario."
El Paradigma de la Nutrición Agrícola: ¿Más es Mejor?
En el ámbito de la nutrición agrícola, la premisa de que “¿más es mejor?” es categóricamente falsa. La fisiología vegetal no funciona como un tanque de combustible que simplemente se puede llenar a tope. Las plantas son sistemas bioquímicos altamente complejos que requieren precisión, no excesos.
Ley del Mínimo de Liebig y Rendimientos Decrecientes
El concepto de “Rendimientos Decrecientes” es implacable. Existe una curva de respuesta óptima a la fertilización. El crecimiento de tu planta está limitado por el nutriente más escaso (ej. Zinc o Boro), no por el más abundante. Esto se explica por la Ley del Mínimo de Liebig y la ley de rendimientos decrecientes. Ignorar esta ley es un error muy común.
Antagonismos Químicos en el Suelo
El suelo es un campo de batalla químico donde las raíces de las plantas absorben nutrientes a través de “puertas” o canales específicos mediante un sistema de cargas eléctricas (cationes y aniones). La Tabla de Mulder ilustra perfectamente las interacciones entre los elementos. Un exceso de un mineral bloquea la absorción de otro porque intentan entrar por los mismos “canales” en la raíz o forman compuestos insolubles.
- El Choque Potasio (K) vs. Calcio (Ca) y Magnesio (Mg): Este es el error más costoso en fruticultura. Si un agricultor abusa del Potasio para intentar engordar el fruto en la fase final, el exceso de ión potasio (K+) satura la raíz y bloquea la entrada del Calcio (Ca²+) y Magnesio (Mg²+). Esto puede resultar en frutos que se rajan o hojas que amarillean a pesar de abonar.
- El Bloqueo del Fósforo (P) sobre Zinc (Zn) y Hierro (Fe): Dosis extremas de abonos fosfatados de fondo (como DAP o MAP) reaccionan en el suelo formando fosfatos de zinc y hierro, compuestos insolubles similares a una piedra. Mucho fertilizante puede literalmente “matar de hambre” a la planta.
Salinidad y Estrés Osmótico
Todos los fertilizantes químicos son sales. En condiciones normales, la raíz de la planta tiene una mayor concentración de solutos que el suelo, lo que le permite absorber agua por ósmosis. Sin embargo, si saturamos el suelo con sales fertilizantes, invertimos el gradiente osmótico. En este escenario de estrés osmótico, el suelo literalmente “chupa” el agua de las raíces de la planta, provocando marchitez osmótica.
Exceso de Nitrógeno y la Teoría de la Trofoabiosis
Cuando se aplica un exceso de nitrógeno (urea, nitratos), la planta absorbe más del que puede sintetizar rápidamente en proteínas complejas. Como resultado, sus tejidos se llenan de aminoácidos libres y azúcares simples, volviéndose blandos y acuosos. Esto convierte a la planta en un “buffet” irresistible para insectos picadores-chupadores (como pulgones, mosca blanca y ácaros) y facilita la penetración de tubos germinativos de hongos patógenos como Botrytis u Oídio. Esto está demostrado por la teoría de la Trofoabiosis.
El Mito de "Lo Orgánico no Quema": Riesgos de Abonos Orgánicos Masivos
Existe una creencia popular muy extendida, incluso dentro de la agricultura ecológica, que dicta: “Como es orgánico, no hace daño”. Este es un error agronómico gravísimo, ya que el suelo tiene una capacidad límite de digestión. El mito de "lo orgánico no quema" es falso.
- Cuando se aplican dosis masivas de abonos orgánicos frescos o parcialmente descompuestos (como la gallinaza, el guano de isla o estiércoles crudos), los microorganismos del suelo inician una fermentación violenta. Este proceso eleva la temperatura de la rizósfera a niveles letales (superando los 50°C) y libera grandes cantidades de gas amoníaco (NH³).
- Muchos agricultores ignoran que los abonos orgánicos, especialmente los de origen animal, poseen una altísima carga de sales solubles (sodio y cloruros). Al aplicar decenas de toneladas por hectárea creyendo que solo se está aportando materia orgánica, la Conductividad Eléctrica (CE) del suelo se dispara.
- A diferencia del nitrógeno, que puede volatilizarse, el fósforo aportado por el compost y los estiércoles se acumula fuertemente en el perfil del suelo. Un uso excesivo a lo largo de los años satura la tierra de fósforo orgánico. Tal como indica la Tabla de Mulder, este exceso reacciona bloqueando la absorción de microelementos vitales como el Zinc y el Hierro.
- Si el abono orgánico aplicado en exceso tiene mucha fibra o carbono (como restos de poda o paja no compostada), los microorganismos del suelo consumirán todo el nitrógeno disponible en la tierra para poder descomponer esa materia. Esto puede provocar que el cultivo se estanque o amarillee debido a la asfixia o el bloqueo de nitrógeno.
El primer paso para mitigar el exceso de sales solubles es realizar riegos pesados de lavado (flushing) para empujar las sales por debajo de la zona de las raíces.
Desafíos en la Combinación de Fertilizantes
Las plantas tienen la capacidad de adaptarse a ciertos tipos de estrés, como la temperatura o un exceso o falta de agua, y lo mismo ocurre con la salinidad. Sin embargo, una reciente investigación de la Universidad de Salamanca y el Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca (IRNASA-CSIC) indica que esa respuesta puede verse afectada en una situación muy concreta, pero habitual hoy en día: la combinación de fertilizantes químicos y biofertilizantes.
Estudio en Plantas de Tomate
En ensayos realizados en invernadero con plantas de tomate, los ejemplares con esa doble fertilización no respondieron de forma adecuada a la sal. Los científicos, al realizar experimentos relacionados con otra investigación, observaron anomalías y decidieron centrarse en ensayos relacionados con la salinidad. El objetivo era comparar las respuestas a la sal de plantas de tomate tratadas con un fertilizante de tipo NPK y con un biofertilizante que incluye al hongo Trichoderma harzianum.
En situaciones de estrés salino, el sistema de fitohormonas de la planta modifica sus niveles para adaptarse, cerrando sus estomas para no perder agua y deteniendo temporalmente su crecimiento. En este ensayo, tanto las plantas tratadas con fertilizante NPK como las tratadas con el fertilizante biológico pudieron adaptarse y lograr desarrollarse. Sin embargo, "la sorpresa fue cuando combinamos ambos tipos de fertilización en esta situación de estrés salino", explica Rosa Hermosa, investigadora del CIALE de la Universidad de Salamanca.
La investigación, publicada en Frontiers in Plant Science bajo el título "The Combination of Trichoderma harzianum and Chemical Fertilization Leads to the Deregulation of Phytohormone Networking, Preventing the Adaptive Responses of Tomato Plants to Salt Stress", midió numerosos parámetros como la altura y el intercambio gaseoso (fotosíntesis, concentración de CO2). Fue fundamental estudiar la respuesta molecular, donde la fitohormona ácido abscísico (ABA) es clave para responder a estreses abióticos.
Sobreestimulación y Desregulación Hormonal
Las plantas de tomate del tratamiento combinado (fertilizante NPK y T. harzianum) mostraron bajos niveles de expresión de genes relacionados con ABA y etileno en respuesta a un estrés moderado de sal. En dichas plantas, “los niveles de varias fitohormonas estaban absolutamente desregulados y ellas seguían creciendo como si no hubiera estrés salino”, comenta la experta. En definitiva, las plantas reaccionan perfectamente cuando son tratadas con un solo tipo de fertilizante, pero no cuando estos se combinan. Los investigadores creen que el problema puede ser la sobreestimulación, y es probable que ante otros tipos de estrés (hídrico, temperaturas extremas), las plantas también colapsen, ya que la fitohormona ABA es esencial en estos casos.
Este resultado tiene importantes consecuencias para la agricultura, dadas las tendencias actuales. Los fertilizantes habituales, como los que contienen nitrógeno, son muy contaminantes y las plantas solo aprovechan entre un 10% y un 30%. Por eso, Europa apuesta por los productos biológicos, que contienen bacterias y hongos capaces de beneficiar a los cultivos. Sin embargo, en esta época de transición, muchos agricultores podrían mezclar ambos tipos de productos, lo que subraya la necesidad de más investigación y directrices claras.
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Estrategias para una Fertilización Eficiente y Sostenible
La agricultura rentable y de vanguardia exige abandonar las aplicaciones masivas a ciegas. El éxito radica en la precisión y el equilibrio. Para mejorar la eficiencia, el equipo del estudio de Nature Communications propone algunas soluciones, que incluyen:
- Agricultura de precisión: Utilizar tecnología como sensores y satélites para aplicar fertilizantes de forma más exacta.
- Rotación de cultivos.
- Edición genética.
- Biofertilizantes: Aplicar microorganismos que se asocien con las plantas y las ayuden a aprovechar mejor los nutrientes.
El objetivo es avanzar hacia sistemas agrícolas que integren la interacción entre genotipo, ambiente y gestión. "Además, es fundamental adaptar las estrategias a cada contexto regional. Por ejemplo, impulsar el acceso a tecnología y formación en países con menos recursos o fomentar prácticas sostenibles con incentivos económicos", explica Josep Peñuelas. Navegar a ciegas es la principal causa de la fertilización excesiva. Realizar un análisis de suelo antes de sembrar y un análisis foliar durante el desarrollo del cultivo permite al ingeniero agrónomo conocer exactamente qué sobra, qué falta y qué está bloqueado. Esto permite aportar exactamente lo que dicta la Ley del Mínimo de Liebig, y potenciar la eficiencia interna de la planta mediante la bioestimulación.