Por Adrián Bozal-Leorri; María Begoña González Moro y María del Carmen Begoña González Murua (*)
El nitrógeno es un elemento determinante para el crecimiento de los organismos vivos; es esencial en la formación de ácidos nucleicos, aminoácidos y proteínas. Por eso la agricultura altamente productiva necesita una aplicación intensiva de fertilizantes nitrogenados.
Gracias al proceso industrial conocido como Haber-Bosch, el nitrógeno atmosférico (N₂) es la materia prima empleada para la fabricación de fertilizantes. Sin embargo, este proceso tiene un alto coste en términos de combustible, principalmente de gas natural.
El trigo, uno de los principales cereales utilizados para la alimentación humana, consume el 20 % del fertilizante producido a nivel mundial. Desafortunadamente, sólo entre el 35 %-45 % del nitrógeno aplicado se asimila por el cultivo. Más de un 60 % llega a las aguas subterráneas o vuelve a la atmósfera en forma de gases de efecto invernadero, generando graves problemas en el medio ambiente.
Consecuencias medioambientales
Los fertilizantes contienen nitrógeno en forma de amonio (NH₄⁺) y/o nitrato (NO₃⁻). Por ejemplo, la urea, fertilizante nitrogenado más utilizado en el mundo, libera rápidamente amonio una vez en el suelo. Este amonio liberado de la urea o aplicado directamente es oxidado a nitrato por microorganismos del suelo mediante un proceso conocido como nitrificación.
El nitrato es muy soluble en agua, lo que hace que no quede retenido en el suelo y se pierda hacia el subsuelo. Cuando la concentración de nitrato en las aguas subterráneas aumenta se produce la eutrofización de ríos, lagos y mares.
Al mismo tiempo, el nitrato que se ha retenido en el suelo puede ser aprovechado por otros tipos de microorganismos. De esta manera, el nitrato se transforma en diferentes formas gaseosas, como el óxido nitroso (N₂O) o el nitrógeno molecular (N₂) mediante el proceso de desnitrificación.
El óxido nitroso es un gas con gran poder de efecto invernadero, 300 veces mayor que el del dióxido de carbono (CO₂) y con una vida media en la atmósfera de 100 años. Se estima que el sector agrario es el responsable del 60 %-80 % de las emisiones de óxido nitroso a la atmósfera.
¿Es posible evitar las pérdidas de nitrógeno?
La industria de los fertilizantes es consciente de las pérdidas de nitrógeno en los sistemas agrícolas y de sus consecuencias ambientales. Por ello, en las dos últimas décadas ha desarrollado formulaciones de los fertilizantes que llevan incorporados inhibidores sintéticos de la nitrificación. Al inhibir la nitrificación, el nitrógeno se puede mantener por más tiempo en forma de amonio en el suelo. Sin embargo, el alto coste de esta tecnología ha limitado su aplicación y aceptación de manera general por los agricultores.
Por otro lado, el descubrimiento de especies vegetales capaces de inhibir la nitrificación en ecosistemas naturales abrió nuevas oportunidades. Ciertas plantas, como pastos, sorgo o arroz, son capaces de liberar moléculas a través de sus raíces que impiden el crecimiento de los microorganismos nitrificantes. Estas moléculas se denominan inhibidores biológicos de la nitrificación (BNI).
La capacidad BNI de las plantas se considera una adaptación ecológica a suelos con baja disponibilidad de nitrógeno. Desafortunadamente, el trigo carece de esta capacidad. La adaptación a ambientes con gran disponibilidad de nitrógeno como resultado de su domesticación habría hecho que las variedades actuales de trigo altamente productivas prescindan de este carácter. No obstante, la clave para mantener el rendimiento del trigo y minimizar el impacto ambiental de la fertilización la podemos encontrar de nuevo en la naturaleza.
¿Puede el trigo inhibir la nitrificación?
Leymus racemosus es un cereal emparentado con el trigo. Sin embargo, a diferencia de éste, ha evolucionado poco. Está adaptado a ambientes con baja disponibilidad de nitrógeno, por lo que sí posee la capacidad de inhibir la nitrificación. Recientemente se ha logrado identificar en uno de sus cromosomas la región que le permite producir inhibidores biológicos de la nitrificación.
Gracias al parentesco entre ambas especies se pueden realizar cruzamientos para transferir esta región cromosómica al trigo. Esto nos ha permitido a genetistas, agrónomos y biólogos del JIRCAS (Japón), el CIMMYT (México) y la Universidad del País Vasco obtener trigos con capacidad de inhibir la nitrificación.
Las variedades de trigo que presentan la capacidad BNI mantienen por más tiempo el amonio en el suelo. Así aumenta su disponibilidad para el cultivo y la eficiencia en la absorción de nitrógeno. Estas nuevas variedades mantienen las propiedades de un trigo altamente productivo y con óptima capacidad panificable. A la vez, se reduce la formación de nitrato y los efectos de la eutrofización de aguas. Con todo ello se estima una reducción del 35 % al 40 % de las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
Hacia una agricultura sostenible
El logro de estas nuevas variedades de trigo supone un hito para la agricultura. Los agricultores mantendrían una producción elevada con la misma calidad de grano, al mismo tiempo que por las raíces de estos trigos se combate la nitrificación.
Estudios sugieren que, si el cultivo de este tipo de trigos se adoptara mundialmente, podría reducirse hasta en un 15 % la necesidad de utilizar fertilizante nitrogenado. A ello también habría que sumarle la reducción del gasto energético que supone la propia producción y transporte del fertilizante.
El avance científico y la tecnología caminan de la mano hacia una agricultura más sostenible. Nuestro principal objetivo debe ser garantizar la seguridad alimentaria, mitigando la contaminación del suelo, el agua y la atmósfera. La atmósfera, con un menor calentamiento, seguirá protegiendo la vida.
(*) Adrián Bozal-Leorri es Doctor en Agrobiología Ambiental, Universidad Pública de Navarra; María Begoña González Moro es Profesora Titular de Fisiología Vegetal, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea; y María del Carmen Begoña González Murua es Catedrática de Fisiología Vegetal, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea
