MEJORA DE LA EFICIENCIA EN EL USO DE NUTRIENTES MEDIANTE BIOESTIMULANTES VEGETALES

El cambio global en la forma de producir en la agricultura que tuvo lugar en la segunda mitad del siglo pasado y que se conoce como la "Revolución Verde" ha logrado grandes resultados, habiendo satisfecho la necesidad de alimentos de muchas personas en todo el mundo gracias también al uso masivo de fertilizantes químicos.

A pesar de que la productividad agrícola ha aumentado, este enfoque de altos insumos químicos ha producido múltiples daños medioambientales y ha contribuido al cambio climático. El sector agrícola no tiene más remedio que embarcarse en una revolución más verde, lo que significa aumentar la productividad y la calidad de los cultivos aplicando prácticas sostenibles y reduciendo la huella medioambiental.

En todo el mundo estamos experimentando escasez de materias primas y dificultades en la logística, lo que retrasará y aumentará el precio de los productos básicos.

En este escenario, la gestión sostenible de la fertilización es esencial para aumentar el rendimiento global de los sistemas de cultivo, proporcionando una nutrición económicamente óptima al cultivo, minimizando al mismo tiempo las pérdidas de nutrientes del campo y apoyando la sostenibilidad del sistema agrícola mediante el aumento de la Eficiencia del Uso de Nutrientes (NUE).

EFICIENCIA EN EL USO DE NUTRIENTES

NUE parece ser un término sencillo. Sin embargo, una definición significativa y operativa tiene una complejidad considerable debido al número de fuentes potenciales de nutrientes (suelo, fertilizantes, estiércol, atmósfera (deposición aérea), etc.), y a la multitud de factores que influyen en la demanda de nutrientes de los cultivos (gestión de cultivos, genética, clima).

Seis medidas comunes de NUE (según Dobermann, 2007):

1. La productividad parcial de los factores (PPF) es una expresión sencilla de la eficiencia de la producción, calculada en unidades de rendimiento del cultivo por unidad de nutriente aplicado.

PFP= Y/F

Y= rendimiento de la parte cosechada del cultivo con el nutriente aplicado
F= cantidad de nutriente aplicado

2. La eficiencia agronómica (EA) se calcula en unidades de aumento del rendimiento por unidad de nutriente aplicado. Refleja más fielmente el impacto directo en la producción de un fertilizante aplicado y se relaciona directamente con el rendimiento económico. El cálculo de la EA requiere conocer el rendimiento sin aporte de nutrientes, por lo que sólo se conoce cuando se han implantado en la explotación parcelas de investigación con aporte cero de nutrientes.

AE= (_Y-Y0) / F

Y= rendimiento de la parte cosechada del cultivo con nutriente aplicado
_Y0= rendimiento sin nutriente aplicado
F= cantidad de nutriente aplicado

3. El balance parcial de nutrientes (PNB) es la forma más simple de la eficiencia de recuperación de nutrientes, normalmente expresada como producción de nutrientes por unidad de entrada de nutrientes (una relación de "extracción a uso"). Con menos frecuencia se expresa como "producción menos entrada".

PNB= _UH/F

UH= contenido en nutrientes de la parte cosechada del cultivo
F= cantidad de nutrientes aplicados

4. La eficiencia aparente de recuperación (RE) es una de las formas más complejas de expresión de la NUE y se define más comúnmente como la diferencia en la absorción de nutrientes en las partes aéreas de la planta entre el cultivo fertilizado y el no fertilizado en relación con la cantidad de nutrientes aplicada. Suele ser la expresión de NUE preferida por los científicos que estudian la respuesta de los cultivos a los nutrientes. Al igual que la EA, sólo puede medirse cuando se ha aplicado una parcela sin nutrientes en el lugar, pero además requiere la medición de las concentraciones de nutrientes en el cultivo.

RE= (_U-U0) / F

U= absorción total de nutrientes en la biomasa aérea del cultivo con nutrientes aplicados
_U0 = absorción de nutrientes en la biomasa aérea del cultivo sin nutrientes aplicados
F= cantidad de nutrientes aplicados

5. La eficiencia de utilización interna (EI) se define como el rendimiento en relación con la absorción total de nutrientes. Varía con el genotipo, el entorno y la gestión. Una EI muy alta sugiere deficiencia de ese nutriente. Una EI baja sugiere una mala conversión interna de nutrientes debido a otros factores de estrés (deficiencias de otros nutrientes, estrés por sequía, estrés por calor, toxicidades minerales, plagas, etc.).

IE= Y/U

Y= rendimiento de la parte cosechada del cultivo con el nutriente aplicado
U= absorción total de nutrientes en la biomasa aérea del cultivo con el nutriente aplicado.

6. La eficiencia fisiológica (EF) se define como el aumento del rendimiento en relación con el aumento de la absorción del nutriente por el cultivo en las partes aéreas de la planta. Al igual que la EA y la ER, necesita una parcela sin aplicación del nutriente de interés para su aplicación en el lugar. También requiere la medición de las concentraciones de nutrientes en el cultivo.

PE= (_Y-Y0) / (_U-U0)

Y= rendimiento de la parte cosechada del cultivo con nutrientes aplicados
_Y0= rendimiento sin nutrientes aplicados
U= absorción total de nutrientes en la biomasa aérea del cultivo con nutrientes aplicados.
_U0 = absorción de nutrientes en la biomasa aérea del cultivo sin nutrientes aplicados.

SEIS MEDIDAS COMUNES DE NUE

A VISIÓN DE LOS AGRICULTORES

Desde el punto de vista de los agricultores, sin descuidar la importancia de las implicaciones medioambientales de una baja NUE, resulta especialmente interesante vincular este indicador al rendimiento de los cultivos. En este caso, la NUE se define generalmente como el rendimiento de producto cosechable por unidad de nutriente disponible procedente del suelo y del abono. Es el producto de dos factores fisiológicos:

I. Eficiencia de absorción de nutrientes, definida como la cantidad de nutrientes absorbidos por el cultivo por unidad de nutrientes disponibles para el cultivo.

II. Eficiencia de utilización de nutrientes, definida como la cantidad de nutrientes absorbidos por el cultivo por unidad de nutrientes disponibles para el cultivo.

NUE = Rendimiento/Nutriente suministrado o disponible

NUE = Eficiencia de absorción de N x Eficiencia de utilización de N

Eficiencia de absorción de N = contenido de N en la planta/N suministrado o disponible

Eficiencia de utilización del N = Rendimiento/contenido de N en la planta

Esta subdivisión permite evaluar qué fenómeno reduce la NUE y, por tanto, comprender si existen limitaciones en la absorción o utilización de nutrientes.

¿CÓMO MEJORAN LOS BIOESTIMULANTES LA NUE?

Los bioestimulantes vegetales mejoran la NUE al aumentar tanto la eficiencia de absorción como de utilización de los nutrientes.

DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES

Por ejemplo, en el suelo tratado con hidrolisatos de proteínas (PH), la biodisponibilidad de nutrientes para su absorción por las plantas aumenta:

(1) la formación de aminoácidos/péptidos metálicos que impiden la insolubilización de nutrientes (Fe, Zn, Mn, Cu);
(2) la reducción de micronutrientes en formas más disponibles para la absorción por las plantas (por ejemplo, Cu2+ a Cu+ o Fe3+ a Fe2+), gracias a la actividad reductora de algunos aminoácidos;
(3) la estimulación de microorganismos beneficiosos como bacterias fijadoras de nitrógeno, bacterias/hongos solubilizadores de nutrientes.

Además, los microorganismos beneficiosos tienen la capacidad de mejorar la disponibilidad de nutrientes para su absorción por las plantas a través de diferentes vías:

(1) Aumento del volumen del suelo accesible a las raíces de las plantas
(2) Suministro de nitrógeno a las plantas
(3) Solubilización de los nutrientes de las plantas

ABSORCIÓN DE NUTRIENTES

Los PH pueden mejorar la absorción de nutrientes:

(1) promoviendo el crecimiento de la raíz fina y, por tanto, la capacidad de las raíces para absorber nutrientes;
(2) estimulando las enzimas de la raíz implicadas en la absorción de nutrientes (por ejemplo, la actividad de la ferricquelato reductasa);
(3) regulando los genes que codifican los transportadores de nutrientes (por ejemplo, los transportadores de nitrato). Además, los PH pueden aumentar la translocación de micronutrientes dentro de la planta como resultado de la formación de complejos metal-aminoácidos/péptidos.

ASIMILACIÓN DE NUTRIENTES

Numerosas investigaciones han demostrado que los bioestimulantes microbianos y no microbianos estimulan los genes que codifican las enzimas implicadas en la asimilación de nutrientes inorgánicos como los nitratos.

LOS BIOESTIMULANTES AUMENTAN LA NUE: DATOS EXPERIMENTALES

Los bioestimulantes vegetales no microbianos y microbianos pueden influir positivamente en la eficiencia del uso de nutrientes (NUE), en particular el nitrógeno (N), que es uno de los macronutrientes más importantes que limitan el crecimiento de las plantas, así como uno de los principales costes para los agricultores. Se han llevado a cabo varios experimentos para medir el aumento de la NUE tras la aplicación de bioestimulantes vegetales.

Carrillo et al.3 demostraron que las aplicaciones foliares semanales de un hidrolisato proteico derivado de leguminosas aumentaron el rendimiento comercial (+33% y +24%) de las plantas de espinaca de invernadero incluso bajo niveles subóptimos de fertilización nitrogenada (0 y 15 kg/ha de N como nitrato amónico) en comparación con las plantas no tratadas. Esto se asoció a la presencia de pequeños péptidos que actúan como moléculas de señalización que provocan actividades similares a la auxina y/o la giberelina tanto en las hojas como en las raíces, induciendo así una "respuesta de adquisición de nutrientes" que mejora la adquisición y asimilación de nutrientes. En este experimento, las aplicaciones foliares de hidrolizado proteico incrementaron la NUE en todas las dosis de fertilizante nitrogenado, con el valor más alto +25% con la dosis de nitrógeno más baja (15 kg/ha) donde la NUE fue de 0,56 en el control y 0,70 en el tratamiento bioestimulante.

Rouphael et al^.4, se demostró la acción sinérgica mediante la aplicación de bioestimulante microbiano (Trichoderma virens) y no microbiano (biopolímero vegetal que contiene aminoácidos, péptidos y vitaminas) en lechugas de invernadero cultivadas con tres condiciones de N: subóptima, óptima y supraóptima (0, 70 y 140 kg/ha). La lechuga cultivada en condiciones no fertilizadas mostró un aumento del rendimiento comercial cuando se inoculó sólo con T. virens (45%) y un aumento mayor con el bioestimulante microbiano y no microbiano (67%). El efecto beneficioso del bioestimulante vegetal fue menos pronunciado en condiciones óptimas de N y estuvo ausente en condiciones de N de lujo. Los autores concluyeron que, basándose en la mejora del rendimiento en fresco y la NUE en plantas de lechuga de invernadero, el tratamiento con bioestimulantes vegetales mejoró no sólo la síntesis de clorofila y el estado mineral, sino también la síntesis y acumulación de metabolitos antioxidantes responsables de reactivar la actividad fotosintética y, en consecuencia, el rendimiento agronómico.

La urgente necesidad de reducir el uso de fertilizantes sintéticos, aumentando al mismo tiempo la NUE y maximizando la productividad de los cultivos, es un gran reto para la agricultura moderna. Además, el aumento de los precios de los productos básicos, que se está produciendo a nivel mundial, abre la necesidad de aplicar estrategias agronómicas para reducir la dosis de aplicación de fertilizantes salvaguardando, al mismo tiempo, la productividad de los cultivos y la rentabilidad de los agricultores. Los bioestimulantes vegetales representan una estrategia prometedora para impulsar la producción agrícola sostenible gracias a su capacidad de mejorar directa o indirectamente la eficiencia en el uso de nutrientes de los cultivos, especialmente en condiciones de baja disponibilidad de nutrientes.