La nueva era de los fertilizantes

Eva García Ilizaliturri, Carlos Espinoza González, Enrique Ibarra Laclette y Claudia Anahí Pérez Torres

Debido a la situación que actualmente enfrentamos con la pandemia de COVID-19, si algún sistema puede contribuir de manera positiva a la salud humana mediante el fortalecimiento del sistema inmunológico de las personas es el sistema agroalimentario. En el escenario actual muchos son los factores que hacen vulnerable la seguridad alimentaria a nivel global.

Entre estos factores podemos mencionar el cambio climático ocasionado entre otras cosas por una creciente deforestación en aras de incrementar las superficies cultivables, el desbalance entre la producción y la demanda de alimentos, la emergencia de patógenos resistentes a todo tipo de agroquímicos y la baja disponibilidad de nutrientes en el suelo. Estos factores han provocado que cada vez existan más iniciativas hacia el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan mejorar los rendimientos actuales de los cultivos.

Aunque las interrupciones en la cadena del suministro de alimentos son por ahora mínimas, la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) menciona que la disponibilidad de nutrientes en el suelo es uno de los mayores obstáculos que limita el mejorar la producción de alimentos y el satisfacer las necesidades alimentarias inmediatas en las poblaciones vulnerables. Debido a lo anterior, es necesaria la adopción de mejores prácticas de manejo en los cultivos proporcionando a los suelos de una adecuada cantidad de nutrientes a través del uso juicioso de fertilizantes orgánicos y minerales.

Uno de los nutrientes que más limita la producción de los cultivos es el fósforo. Después del nitrógeno, a este se le considera como el segundo elemento químico esencial para el óptimo crecimiento y desarrollo de las plantas. En la agricultura, se emplea en forma de fosfatos; donde dichos fertilizantes son producidos a partir de la roca fosfórica, la cual constituye un recurso mineral finito y no renovable. Cabe mencionar que si bien es cierto la aplicación de fertilizantes fosfatados puede contrarrestar la deficiencia en suelos deficientes de este macronutriente, dependiendo de las características del suelo tales como el pH, la abundancia de cationes y/o materia orgánica, el fosfato, luego de su aplicación y debido a sus propiedades altamente reactivas, es rápidamente convertido a moléculas orgánicas, o forma compuestos minerales insolubles que no pueden ser asimilados por las plantas; esto provoca que su aprovechamiento oscile únicamente entre un 10 y un 30 % del total que se suministra (Figura 1). Está por demás decir que existen consecuencias negativas, como las pérdidas económicas que representa para los productores el uso poco eficiente de los fertilizantes aunado a un severo deterioro ambiental como lo es la contaminación de los cuerpos de agua superficiales y subterráneas mediante lixiviación, evento que da lugar al fenómeno conocido como eutrofización, es decir, la acumulación de residuos orgánicos en el litoral marino u otros cuerpos de agua como lagos y lagunas.

Debido a lo anterior, el modelo de la agricultura convencional requiere realizar cambios importantes que permitan llevar a cabo una producción agrícola sostenible y que a su vez garantice un mejor manejo de los recursos naturales. Como una estrategia para atender a esta demanda, se requiere del desarrollo de productos basados en innovaciones científicas, que brinden una opción parsimoniosa entre el uso de fertilizantes y el cuidado del ambiente. Los fertilizantes de liberación lenta y controlada son sin duda una tecnología emergente con enorme potencial. Estos basan su efectividad en disminuir la acelerada solubilidad de los minerales aplicados al suelo con el afán de evitar las pérdidas por inmovilización, volatilización y lixiviación y de esta forma mantener su estado químico en formas asimilables para las plantas. Este tipo de fertilizantes se comercializan desde hace varias décadas, principalmente, con el objetivo de evitar las constantes aplicaciones en el suelo y tratar de hacer más eficiente su empleo; sin embargo, para el desarrollo de estos sistemas, el uso de polímeros sintéticos ha predominado debido principalmente a su disponibilidad y variedad lo que ahora plantea una nueva problemática ambiental asociada con su lenta descomposición y acumulación en los suelos en donde se aplican.

Esto ha motivado a los investigadores del Instituto de Ecología (INECOL) y el Centro de Investigación en Química aplicada (CIQA) a llevar a cabo el desarrollo de fertilizantes innovadores que permita, por un lado, hacer más eficiente la toma de fósforo mientras que, por el otro, se minimiza o erradica cualquier daño que se pudiera presentar en términos medioambientales. La innovación comprende tecnologías de proceso para desarrollar formulaciones capaces de liberar fertilizantes fosfatados en la cantidad y al momento de ser requeridos por la planta. Esta innovación presenta dos características diferenciadas respecto a las tecnologías y productos existentes en el mercado: 1) tecnologías de proceso de bajo consumo energético y libre de solventes, las cuales permiten diseñar sistemas micro y nanoencapsulados ad hoc al tipo de cultivo y condiciones de suelo (Figura 2), y 2) los microencapsulados se diseñan utilizando polímeros naturales derivados de recursos naturales renovables que confieren biodegradabilidad y propiedades sinergísticas que mejoran el rendimiento de cultivos, es decir, los polímeros además de su biodegradabilidad, funcionan como promotores del crecimiento/desarrollo de forma tal que menor cantidad de fertilizante es requerida (Figura 3). Además, al permitir una liberación gradual del agente activo (el fósforo) este puede ser asimilado por la planta sin necesidad de aplicaciones constantes y al estar “encapsulado” se evita su reactividad y pérdida en el suelo. Las tecnologías desarrolladas recibieron un reconocimiento como una de las 40 tecnologías más verdes de México en 2018 (Figura 4), en el concurso Cleantech Challenge México; y reciben financiamiento por parte del Programa Estratégico Nacional de Tecnología e Innovación (PENTA) del CONACyT para su escalamiento a nivel planta piloto.

Pie de fotos

Fig 1. Aprovechamiento del fósforo en el suelo (Crédito: Claudia Anahí Pérez Torres).

Fig 2. Desarrollo de fertilizantes innovadores a través de tecnologías de proceso de bajo consumo energético y libre de solventes orgánicos (Crédito: Carlos Espinoza González-Nicolaza Pariona Mendoza).

Fig 3. Efecto de fertilizantes innovadores sobre el crecimiento y desarrollo de plantas (Crédito: Eva García Ilizaliturri).

Fig 4. Reconocimiento en el concurso Cleantech Challenge México 2018 como una de las 40 tecnologías más verdes de México en 2018 (Crédito: Cleantech Challenge México).

Agradecimientos

El presente trabajo se desarrolla gracias al financiamiento otorgado a través de los proyectos: Atención a Problemas Nacionales del CONACYT PDCPN 2014-248760 “Fertilizantes nanoencapsulados: una estrategia para garantizar la seguridad alimentaria y mitigar el impacto de la escasez de fósforo” y Programa Estratégico Nacional de Tecnología e Innovación (PENTA) 2019-303383 “Escalamiento a Nivel Piloto de Tecnologías de Fertilizantes Encapsulados: Fortalecimiento de Cadenas Productivas Sustentables en Favor del Campo Agrícola Mexicano”. Agradecemos y reconocemos ampliamente el esfuerzo e invaluable apoyo de quienes conforman el grupo de trabajo: Dres. Nicolaza Pariona Mendoza, Antonio Cardenas Flores, Humberto Valenzuela Soto, Jorge Romero, Antonio Serguei Ledezma y Ana Carolina Zavala Parrales.

Referencias

1. A. Shaviv, Advances in controlled-release fertilizers. Adv. Agron. 71, 1–49 (2001).

2. Cordell, et. al., (2009). The story of phosphorus: Global food security and food for thought. Global Environmental Change, 19(2), 292–305.

3. FAO: World food situation. In.; 2016.

4. FAO: State of Food and Agriculture: FAO; 2017.

5. FAO: Nueva enfermedad por coronavirus (COVID-19); 2020

6. Navarro-Guajardo N, et. al., (2018). Candelilla Wax as Natural Slow-Release Matrix for Fertilizers Encapsulated by Spray Chilling, J. Renew. Mater., Vol. 6.

7. M.E. Trenkel, Slow- and Controlled-Release and Stabilized Fertilizers: An Option for Enhancing Nutrient Use Efficiency in Agriculture, pp. 11–122, IFA, International Fertilizer Industry Association, Paris, France (2010).

8. Roy A, Singh SK, Bajpai J, Bajpai AK: Controlled pesticide release from biodegradable polymers. Central European Journal of Chemistry 2014, 12(4):453-469.

9. Pérez-Torres C, et. al., (2018). Liberación controlada: cómo los plásticos pueden mejorar el rendimiento de la agricultura, Plastics Technology Mexico, Marzo No. 2 Vol. 3.