Las estrategias de mitigación de emisiones procedentes de cultivos agrícolas no inundados se centran fundamentalmente en el N2O, un gas de efecto invernadero (GEI) mucho más potente y persistente que el dióxido de carbono (CO2) o el metano (CH4). Puesto que el N2O procede de la fertilización aplicada a los cultivos (tanto orgánica como mineral), las estrategias de mitigación más efectivas se basan en un manejo eficiente de la fertilización nitrogenada: adecuada dosis, localización, fraccionamiento y fuente (las “4R” en inglés). Otras estrategias de mitigación de N2O evaluadas se basan en el manejo del agua (en sistemas irrigados) o la agricultura de conservación (laboreo de conservación y rotación de cultivos). Sin embargo, la interacción del nitrógeno (N) con otros macronutrientes y especialmente con micronutrientes (como cobre, Cu, hierro, Fe, o zinc, Zn) apenas se ha estudiado.
Esquema del Ciclo del N y genes implicados. Fuente: Hallin et al. (2017).
Maximizar la eficiencia en el uso del N (EUN) es una estrategia clave para reducir las pérdidas de N al medioambiente, entre ellas las emisiones de N2O (Abalos y col., 2014). Sincronizar el aporte de N con la demanda por parte del cultivo nos ayuda a lograr este objetivo. Sin embargo, no se puede obviar la influencia de otros macro y micro nutrientes en la nutrición nitrogenada, puesto que la carencia de uno o más de los nutrientes esenciales limita el crecimiento y desarrollo del cultivo, pese al adecuado suministro de N. Además, las sinergias existentes entre el N y otros macro o micronutrientes pueden favorecer un incremento de la eficiencia en el uso de dichos nutrientes. En el caso del N, esto puede traducirse en una reducción en el N2O emitido (tal y como se ha indicado anteriormente). Y en el caso de los micronutrientes, en un incremento en la concentración en planta (lo que se conoce como biofortificación).
El Zn es uno de los micronutrientes principales para la salud humana. Su aporte se asocia con reducción de la incidencia de enfermedades infecciosas como neumonía, especialmente en niños y áreas con insuficiente aporte de este elemento, baja biodisponibilidad o cultivos sensibles (ej., trigo, arroz o maíz). La fertilización foliar y/o vía suelo con Zn en estos cultivos y/o suelos con baja biodisponibilidad (por ejemplo, suelos básicos o alcalinos) es esencial para lograr el incremento de la calidad de la cosecha a través de la biofortificación y por tanto, para evitar posibles carencias en la dieta (Cakmak y col., 2016).
Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) pusieron en marcha un ensayo de campo evaluando distintas fuentes de Zn: un fertilizante convencional como el ZnSO4, una mezcla de quelatos sintéticos DTPA-HEDTA-EDTA, Zn aplicado con ácidos húmicos y fúlvicos y Zn aplicado con lignosulfonato. En el ensayo se evaluaron también 3 dosis de N: 0, 120 y 180 kg N/ha. Todas las fuentes de Zn se aplicaron vía suelo/foliar por medio de un pulverizador, en una solución junto con el fertilizante nitrogenado (urea). Si bien el objetivo inicial era estudiar la sinergia entre ambos nutrientes en base a la asimilación de N y biofortificación en Zn, se decidió también medir la emisión de GEI (N2O, CH4 y CO2), por medio de cámaras estáticas y cromatografía de gases, y estudiar la abundancia de genes de microorganismos implicados en la emisión de N2O (en colaboración con la Estación Experimental del Zaidín, en Granada).
¿Por qué decidieron en la UPM medir las emisiones en este ensayo, cuando nadie prácticamente lo había hecho?
Tres argumentos lo explican: 1) la mejora de la nutrición nitrogenada como mecanismo para reducir las emisiones (si la planta toma más, se pierde menos); 2) el efecto de micronutrientes como el Zn en las emisiones de N2O y CH4 (al actuar como co-factores enzimáticos, Glass y Orphan, 2012); y 3) el efecto de los quelatos, especialmente del sintético DTPA-HEDTA-EDTA, en la nitrificación y por tanto en las emisiones. Este último hecho se basa en que una parte importante de los inhibidores de la nitrificación comerciales (por ejemplo, DCD o DMPP) actúan como agentes quelantes de metales que son co-factores enzimáticos en la nitrificación, fundamentalmente el Cu (Ruser y Schulz, 2015). Además, la medida conjunta de emisiones-rendimiento y calidad de las cosechas es fundamental a la hora de elegir estrategias de mitigación efectivas (win-win) y potencialmente adoptables por los agricultores.
Resultados
Los resultados confirmaron las sospechas iniciales: algunos de los tratamientos tuvieron un efecto significativo en las emisiones de N2O. Estos resultados se achacaron al efecto “fuente de Zn”, por encima de la biodisponibilidad del micronutriente o el efecto sinérgico Zn-N. Así, la aplicación de Zn con ácidos húmicos y fúlvicos incrementó la abundancia total de bacterias y de los genes implicados en la nitrificación y desnitrificación, provocando un incremento en la emisión de N2O. Por el contrario, el quelato sintético DTPA-HEDTA-EDTA mitigó las emisiones de N2O en más de un 20%, por medio de la quelación de Cu (cofactor enzimático en la nitrificación y desnitrificación). Esto quedó confirmado por la disminución del contenido de Cu asimilable en suelo, así como de las abundancias totales de genes implicados en ambas reacciones del ciclo de N. Sorprendentemente, la abundancia del gen nosZ, implicado en la reducción del N2O a N2, aumentó en más de un 30% con la aplicación del quelato sintético. Además, este tratamiento redujo significativamente la respiración del suelo (emisión de CO2), sugiriendo un efecto generalizado sobre la biomasa microbiana. Los mecanismos implicados en estos resultados deben ser estudiados en otros agrosistemas (ej. cultivos irrigados de verano como el maíz), puesto que los resultados en cultivos inundados (arrozales) son opuestos a los obtenidos por el equipo de la UPM en condiciones de secano y clima Mediterráneo (Pramanik y Kim, 2017).
Emisiones de N2O tras la aplicación de los distintos tratamientos
Análisis de Componentes Principales de las distintas variables evaluadas en el estudio.
Conclusiones
Los resultados de este ensayo demuestran que la aplicación de quelatos, pese a ser en muy pequeña dosis (0.36 kg Zn/ha), afecta significativamente a la emisión de N2O. El uso de quelatos sintéticos en cultivos sensibles al Zn (como el trigo panadero) y suelos con déficit en este micronutriente, junto con una dosis de N de 120 kg/ha es una estrategia win-win que minimizó las emisiones de N2O por kg de cosecha e incrementó el contenido de Zn en grano. El efecto sobre reacciones (desnitrificación) o microorganismos no-objetivo deberá, por otra parte, evaluarse en ensayos futuros para conocer al detalle el efecto de estos productos en la calidad biológica del suelo, tal y como se estudia para los inhibidores de la nitrificación o ureasa.
Autor: Guillermo Guardia Vázquez, Doctor Ingeniero Agronomo (UPM). guillermo.guardia@upm.es
REFERENCIAS
Abalos, D., Deyn, G. B., Kuyper, T. W., Van Groenigen, J.W., 2014. Plant species identity surpasses species richness as a key driver of N2O emissions from grassland. Glob. Change Biol. 20(1), 265-275, 2014.
Cakmak, I., McLaughlin, M.J., White, P., 2016. Zinc for better crop production and human health.
Glass, J., Orphan, V.J., 2012. Trace metal requirements for microbial enzymes involved in the production and consumption of methane and nitrous oxide. Front. Microbiol. 3, 61.
Hallin, S., Philippot, L., Löffler, F.E., Sanford, R.A., Jones, C.M., 2017. Genomics and ecology of novel N2O-reducing microorganisms. Trends Microbiol. 26, 43-55.
Pramanik, P., Kim, P.J., 2017. Contrasting effects of EDTA applications on the fluxes of methane and nitrous oxide emissions from straw-treated rice paddy soilsJ. Sci. Food Agric. 97, 278-283.
Ruser, R., Schulz, R., 2015. The effect of nitrification inhibitors on the nitrous oxide (N2O) release from agricultural soils—a review. J. Plant Nutr. Soil Sci. 178, 171-188.
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