El nitrógeno es el nutriente más esencial para la producción de cultivos, pero también uno de los más difíciles de regular. Este compuesto es vital para la producción agrícola mundial. Sin embargo, el exceso de nitrógeno de los fertilizantes se filtra al medio ambiente, lo que produce efectos perjudiciales.
En este artículo vamos hablar de la importancia del nitrógeno en la agricultura y cómo se pueden alimentar ciertos cultivos del nitrógeno del aire.
¿Cuál es la importancia del nitrógeno para el crecimiento de las plantas?
El nitrógeno cumple una función crucial tanto en las plantas como en los seres humanos, ya que se utiliza para sintetizar aminoácidos que generan las proteínas responsables de la construcción celular y constituye uno de los componentes fundamentales del ADN. Además, el nitrógeno es vital para el crecimiento de las plantas, ya que es un elemento principal de la clorofila, el compuesto que permite a las plantas aprovechar la energía de la luz solar para convertir el agua y el dióxido de carbono en azúcares.
El ciclo del nitrógeno se basa en una serie de procesos por los cuales el nitrógeno pasa de la atmósfera a la tierra, atraviesa el suelo y finalmente regresa a la atmósfera.
El proceso comienza con la fijación biológica del nitrógeno, un fenómeno en el que las bacterias fijadoras de nitrógeno que residen en los nódulos de las raíces de las legumbres transforman la materia orgánica en amonio, que luego se convierte en nitrato. Las plantas pueden absorber el nitrato del suelo y metabolizarlo en el nitrógeno necesario para su crecimiento, mientras que las bacterias desnitrificantes facilitan la conversión del nitrato sobrante en nitrógeno inorgánico, que posteriormente se libera a la atmósfera.
El nitrato excesivo, o el que se pierde por lixiviación (cuando los nutrientes esenciales se disuelven por la lluvia o el riego), tiene el potencial de infiltrarse y contaminar las fuentes de agua subterránea.
¿Cuál es el papel de los fertilizantes nitrogenados?
Durante milenios, la humanidad no se preocupó en gran medida por el nitrógeno. Sin embargo, a principios del siglo XX, se hizo evidente que las prácticas agrícolas intensivas estaban agotando los niveles de nitrato del suelo, lo que provocó aprensiones con respecto al aumento de la población mundial y la amenaza inminente de una crisis alimentaria.
Después de la industrialización de la producción, la introducción de fertilizantes nitrogenados sintéticos desempeñó un papel crucial en el impulso de la Revolución Verde, lo que llevó a un aumento sustancial de la producción agrícola mundial a partir de fines de la década de 1960. Durante este período, tanto México como las naciones de la India y Pakistán lograron la autosuficiencia en la producción de trigo, a pesar de estar al borde de la hambruna.
En las prácticas agrícolas intensivas contemporáneas, la importancia de los fertilizantes nitrogenados sintéticos ha crecido notablemente. Actualmente, la producción mundial supera los 100 millones de toneladas métricas de este producto básico anualmente, y las proyecciones de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura indican que se espera que la demanda aumente de manera constante, en particular en regiones como África y el sur de Asia.
¿Es viable a largo plazo?
Con la creciente demanda mundial, el desafío de la gestión del nitrógeno radica en suministrar suficiente nitrógeno para satisfacer las necesidades de seguridad alimentaria mundial y, al mismo tiempo, reducir la liberación de nitrógeno en exceso, 300 veces más perjudicial para el medio ambiente que el dióxido de carbono.
En ciertas áreas, una deficiencia de nitrógeno obstaculiza el logro de la seguridad alimentaria y nutricional. Por el contrario, en otras regiones, casi el cincuenta por ciento del fertilizante nitrogenado utilizado en la agricultura se escapa al medio ambiente, lo que produce efectos adversos como mayores riesgos ambientales, degradación irreversible de la tierra y contaminación de los recursos hídricos.
Esta cuestión se puede abordar mejorando la eficiencia del uso del nitrógeno, que se basa en un cálculo multifacético que a menudo requiere una comparación entre la biomasa del cultivo (principalmente el rendimiento económico) o el contenido/absorción de nitrógeno (rendimiento) y el nitrógeno aplicado (insumo) a través del estiércol o fertilizantes sintéticos. Al optimizar esta relación, no sólo se aumenta la productividad del cultivo, sino que también se reducen las pérdidas ambientales mediante una gestión agronómica meticulosa, lo que contribuye a la mejora a largo plazo de la calidad del suelo.
En la actualidad, la eficiencia media mundial de utilización del nitrógeno no supera el 50%, muy por debajo del 67% estimado necesario para satisfacer las demandas mundiales de alimentos en 2050, garantizando al mismo tiempo que el exceso de nitrógeno se mantenga dentro de los umbrales aceptables para la calidad del aire y del agua.
Aunque están surgiendo soluciones tecnológicas avanzadas para la gestión del nitrógeno, los agricultores pueden lograr mejoras inmediatas en la eficiencia del uso del nitrógeno mediante diversos métodos, incluida la aplicación de fertilizantes, el empleo de fertilizantes nitrogenados de liberación lenta, la utilización de herramientas de aplicación de nitrógeno de precisión (como el Green Seeker) o mediante la implementación de la fertirrigación mediante microirrigación.
Tecnología óptima
Se han logrado avances significativos en el desarrollo de tecnologías orientadas a la gestión eficiente del nitrógeno, que, en combinación con prácticas agronómicas adecuadas, han demostrado tener potencial para mejorar el rendimiento de los cultivos. Este enfoque mejora la eficiencia del uso del nitrógeno y minimiza el excedente de nitrógeno en los cultivos.
Los investigadores están examinando las ventajas de la inhibición biológica de la nitrificación, un mecanismo a través del cual las plantas liberan sustancias que afectan el ciclo del nitrógeno en el suelo. Este fenómeno natural, observado en ciertas gramíneas y en los parientes silvestres del trigo, desempeña un papel crucial en la reducción significativa de las emisiones de nitrógeno.
En 2007, los investigadores identificaron características de nitrificación biológica en un pariente del trigo y, en 2018, transfirieron con éxito estos rasgos a una variedad de trigo de primavera chino. Aunque los resultados preliminares indicaron una baja productividad y todavía se encuentran en las primeras fases de desarrollo, los científicos están interesados en evaluar la posible aplicación de este proceso a las variedades comerciales de trigo en el futuro. Si tiene éxito, esta tecnología tiene el potencial de afectar significativamente el logro de los objetivos globales de eficiencia en el uso del nitrógeno.