Medición de los valores NDVI de un cultivo con el uso del sensor óptico GreenSeeker®. (Foto: Salvador Ramos)
Medición de los valores NDVI de un cultivo con el uso del sensor óptico GreenSeeker®. (Foto: Salvador Ramos)
El nitrógeno (N) es un elemento indispensable para el crecimiento y la fotosíntesis vegetal, por esta razón la fertilización nitrogenada es esencial en la agricultura; sin embargo, cultivos como el trigo solo absorben entre 20 y 35 % del fertilizante nitrogenado. El resto se pierde porque se volatiliza o escurre, ocasionando pérdidas económicas y contaminación ambiental —se estima que en México y otros países en desarrollo las pérdidas promedio de nitrógeno por volatilización son de 18 %—.
Gran parte del problema con la fertilización nitrogenada se relaciona con el manejo inadecuado del fertilizante y la falta de herramientas prácticas que permitan determinar las cantidades adecuadas que cada cultivo necesita, por lo que es fundamental optimizar su aplicación. Herramientas de diagnóstico como el sensor GreenSeeker® permiten determinar la cantidad correcta de unidades de nitrógeno requeridas para el cultivo establecido, por lo que su uso contribuye a una agricultura más sustentable.
Los sensores ópticos son una de las tecnologías que se están promoviendo entre los agricultores que participan en el proyectoAgriba Sustentable, una alianza estratégica entre PepsiCo México, Grupo Trimex y el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) cuyo propósito es impactar positivamente y de manera directa a los productores de trigo del Bajío mexicano que abastecen con su grano a Grupo Trimex, acercándoles tecnologías pertinentes y sostenibles para minimizar el impacto ambiental además de reducir sus costos de producción, tal es el caso de los sensores GreenSeeker®.
Estos dispositivos tienen un sensor óptico y funcionan emitiendo destellos de luz roja e infrarroja que permiten medir la biomasa y la condición de las plantas. Debido a que la vegetación sana absorbe más luz roja y refleja más luz verde e infrarroja, el sensor lee la cantidad de luz que regresa y arroja valores del Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI, por sus siglas en inglés), los cuales son una estimación del “verdor” de las plantas y la densidad del follaje. Estos valores varían entre 0,00 y 0,99, siendo un indicador de plantas en buenas condiciones los valores entre 0,8 y 0,9.
Para que la medición sea confiable, esta se debe realizar máximo tres días antes de la primera aplicación de reabone nitrogenado en el cultivo y mediante muestreos en forma de zigzag en toda la parcela. Después de que el sensor arroja la lectura del estado del cultivo —la cual queda registrada en el dispositivo—, los técnicos pueden sugerir con mayor precisión una dosis de fertilización nitrogenada al productor. Con esto se consigue una mayor uniformidad del cultivo, un ahorro importante de fertilizante y en general una optimización de proceso.
Después de la medición se ejecuta un algoritmo —que en este caso específico fue elaborado por el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) Bajío— para calcular las unidades de nitrógeno que demanda el cultivo.
Gracias a esta práctica de fertilidad integral, productores que participan en Agriba Sustentable han logrado reducir significativamente sus costos de producción. En el reciente ciclo de maíz —es decir, el segundo cultivo del ciclo primavera-verano al que se le da seguimiento para evaluar su aportación al lote de producción que posteriormente será sembrado con trigo—, por ejemplo, redujeron entre 80 y hasta 150 kilogramos de urea —uno de los fertilizantes nitrogenados más usados a nivel global— por hectárea, lo que equivale un ahorro de entre $1 326 y $2 475 pesos (1 326 – 2 475 MXN) por cada hectárea sembrada. Adicionalmente, la siembra con base en análisis de suelo les ha permitido lograr mayores ahorros, impactando positivamente en el medioambiente.
Productores de Larráinzar, Chiapas (México) y técnicos del Hub Chiapas del CIMMYT. (Foto: Fernando Morales)
Productores de Larráinzar, Chiapas (México) y técnicos del Hub Chiapas del CIMMYT. (Foto: Fernando Morales)
Para muchos agricultores acceder a un financiamiento puede ser muy complejo y, en muchas ocasiones, poco conveniente si no se toman las consideraciones necesarias. Para facilitar a los productores del sur y sureste de México el acceso a financiamiento sin que represente una complicación para ellos, un proyecto impulsado por Walmart Foundation y el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) está promoviendo el desarrollo de capacidades en temas de asociatividad y educación financiera.
“El financiamiento que promovemos en el marco de este proyecto es a través de FIRA o de Financiera Nacional, con porcentajes de alrededor del 17 % de interés anual, cuando con un intermediario financiero o un particular están cobrando el 15 % mensual”, comenta Jorge García, gerente del Hub Chiapas del CIMMYT.
Recientemente en el estado mexicano de Chiapas se realizaron jornadas con líderes comunitarios donde se compartieron experiencias exitosas de productores que han integrado prácticas de agricultura sustentable —particularmente la diversificación de cultivos— y han apostado por la asociatividad para realizar acciones en conjunto, como las compras consolidadas.
“Tenemos el caso de un grupo de productores que el año pasado ahorraron cien mil pesos en la compra de fertilizante porque lo hicieron de manera conjunta, eso ya es un recurso considerable. También hemos hecho algunos ejercicios de comercialización de manera conjunta con algunas instituciones locales y compradores locales, y esas experiencias exitosas las estamos difundiendo a través de los líderes comunitarios”, puntualiza el gerente del Hub Chiapas del CIMMYT.
“En esta tercera fase del proyecto estamos trabajando en este componente financiero, en el tema de desarrollo de modelos de mercado y manejo de riesgos. Lo que se busca es dinamizar la economía de las comunidades, dinamizar los mercados, crear condiciones propicias para generar empleo rural y, sobre todo, ampliar la capacidad productiva a través de la inversión y el desarrollo de capacidades”, menciona Ramiro Ortega, especialista en finanzas rurales del CIMMYT.
Para promover mejores prácticas agrícolas que amplíen la capacidad productiva y desarrollar capacidades en las comunidades es fundamental impulsar los liderazgos comunitarios porque “a través de ellos llega información a las comunidades, y esto es muy importante en términos tecnológicos y de capacitación porque no solo se involucra a los grupos de productores a quienes el proyecto brinda acompañamiento técnico directo, sino que es toda la comunidad la que puede acceder a la información, al conocimiento y la tecnología”, puntualiza Jorge García.
Además del acompañamiento técnico en temas agronómicos, el acceso al financiamiento y las compras consolidadas, se propicia también que los productores líderes establezcan vínculos con puntos de maquinaria especializada para desarrollar agricultura de conservación, que es otra de las estrategias que se están promoviendo en el marco del proyecto ‘Fortalecimiento del Acceso a Mercado para Pequeños Productores de Maíz y Leguminosas en Oaxaca, Chiapas y Campeche’, de Walmart Foundation y el CIMMYT.
Productor de Larráinzar, en el estado mexicano de Chiapas, muestra una de las variedades de frijol que cultiva en su milpa. (Foto: Fernando Morales / CIMMYT)
Productor de Larráinzar, en el estado mexicano de Chiapas, muestra una de las variedades de frijol que cultiva en su milpa. (Foto: Fernando Morales / CIMMYT)
Las legumbres son los frutos —semillas contenidas en una vaina— que producen las leguminosas —frijoles, habas, lentejas, cacahuates, etcétera—.Son una gran fuente de proteínas vegetales y, en el plano agronómico, mejoran con sus propiedades la tierra en la que se cultivan pues poseen la singular capacidad de aportar nitrógeno a la tierra de cultivo.
La fijación biológica del nitrógeno proporciona muchos beneficios funcionales para los agroecosistemas y ayuda en los esfuerzos para reducir los efectos ambientales negativos por el uso de fertilizante nitrogenado.
En México el frijol es la leguminosa por excelencia. Aunque el país cubre la mayor parte de su demanda de frijol, entre 2003 y 2019 importó alrededor de 123 mil toneladas anuales para complementar la demanda interna. En 2021 se registraron importaciones históricas, y en 2022 los menores niveles desde 2015 debido a significativos excedentes en la cosecha nacional.
El frijol se cultiva en prácticamente todo México, sin embargo, son ocho las entidades que producen tres cuartas partes de la producción nacional: Zacatecas, Sinaloa, Durango, Chihuahua, Chiapas, Nayarit, Guanajuato y San Luis Potosí.
Componente esencial de la milpa, el frijol ha formado parte importante de la dieta de los mexicanos y de su economía desde tiempos prehispánicos, por lo que forma parte de la cultura gastronómica del país.
“El pueblo mixe (ayuukjä’äy) —en el estado mexicano de Oaxaca— posee una cultura rica y distintiva. Su organización social, sincretismo cultural, música y gastronomía son característicos, así como su lengua (ayuuk) y su milpa, cuyos productos, particularmente el frijol, forman parte de su identidad y sus manifestaciones culturales”, comenta Zenaida Pérez Martínez, de la Agencia Mexicana para el Desarrollo Sustentable en Laderas (AMDSL).
“Preparado en tamales, el frijol es el acompañante indispensable del caldo mixe, un aromático y tradicional platillo que se consume en fiestas patronales y ocasiones especiales. También en la alimentación cotidiana es fundamental: con el grano seco se elaboran el “frijol en amarillo”, la pasta de frijol para la infaltable tortilla embarrada y el frijol caldoso, que es uno de los platillos comunes en la zona”, puntualiza Zenaida.
La ingesta de frijol es una forma de completar la calidad proteica de una dieta basada en maíz, ya que su proteína es deficiente en lisina y triptófano y el frijol contiene una cantidad de lisina suficiente para compensar esto.
En la región mixe se cultivan diversos frijoles en el sistema milpa. Destaca el ‘Frijol Gordo’ (Phaseolus dumosus) —que también se aprovecha en ejotes— yel frijol ‘Ayocote’ (Phaseolus coccineus).
Además de estos frijoles, hay otra leguminosa que comúnmente se establece en la región mixe: el chícharo. Este “se siembra en septiembre como cultivo de invierno porque es resistente a las heladas y se desarrolla bien con la humedad residual; se consume hervido o en guisos, tamales y las típicas empanadas de chícharo de la región”.
A pesar de la diversidad, los rendimientos no siempre son adecuados. En ocasiones, las familias productoras apenas alcanzan a cubrir sus necesidades de consumo debido a diversos factores: las pendientes pronunciadas que predominan en la región, la labranza convencional que prevalece, las lluvias irregulares de ciclos recientes y fechas de siembra que no aprovechan todo el potencial de los cultivos.
Para que las leguminosas sigan siendo parte de la cultura del pueblo mixe, la AMDSL y el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) promueven innovaciones sustentables en la región: se han establecido barreras vivas —plantas que se colocan perpendiculares a la pendiente— para evitar la pérdida de suelo, se han ajustado las fechas de siembra y se ha promovido la agricultura de conservación.
Así, también se busca fortalecer la seguridad alimentaria y potenciar los beneficios de las leguminosas para mejorar los suelos —ya que además son un abono verde con grandes aportes de biomasa— y para que sigan siendo parte de la identidad, alimentación y cultura de los pueblos de México.
Productores y técnicos del proyecto Cultivando un México Mejor, en Guanajuato, México. (Foto: Amador Aguillón/CIMMYT)
Productores y técnicos del proyecto Cultivando un México Mejor, en Guanajuato, México. (Foto: Amador Aguillón/CIMMYT)
La región del Bajío, en México, es una de las zonas productoras de cebada maltera más importantes del país. Allí, los agricultores suelen utilizar diferentes fuentes de fertilizante y se ha detectado que aplican cantidades excesivas de nitrógeno. Esto trae como consecuencia altos costos de producción, emisión de gases que contribuyen al cambio climático y cebadas de baja calidad.
Tomando en cuenta este contexto, el equipo técnico del proyecto Cultivando un México Mejor,de HEINEKEN México y el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), sugiere aplicar las denominadas 4R planteadas por el International Plant Nutrition Institute (IPNI), que son cuatro recomendaciones fundamentales para la fertilidad integral, referidos a la fuente, la dosis, el tiempo y el lugar de aplicación correctos.
Los cuatro requisitos del manejo responsable de nutrientes muestran, en términos generales, la importancia de usar adecuadamente los insumos que son aplicados para aprovechar su efecto al máximo. Con esto, se busca que los productores adopten las mejores prácticas de aplicación de fertilizantes para asegurar que su inversión realmente les brinde beneficios. De manera práctica, estos principios son más claros planteándose unas preguntas básicas:
Fuente correcta: ¿Qué voy a aplicar? Es importante conocer las propiedades (físicas y químicas) del suelo para tener datos sobre la disponibilidad de nutrientes, su interacción, así como posibles limitantes del suelo para usar alguna fuente de fertilizante. Esto puede evitar que, aunque sea la dosis adecuada, se presenten inconvenientes por la susceptibilidad del cultivo al nutriente o la fuente.
Dosis correcta: ¿Cuánto voy a aplicar? Una vez definidas las fuentes de fertilizantes disponibles para el cultivo se requiere hacer un balance con los nutrientes aportados por los abonos orgánicos (compostas, residuos de cultivos). Esto permitirá disminuir la dosis de uno o más nutrimentos a suministrar en el programa de fertilización. El uso de herramientas como los sensores ópticos son útiles para calcular la cantidad adecuada de nutriente para la planta. Asimismo, el análisis de suelo antes de establecer el cultivo es fundamental.
Tiempo correcto: ¿Cuándo lo voy a aplicar? Para maximizar la toma de nutrientes por parte de las plantas, la decisión del tiempo de aplicación determina el momento en que la planta acepta y utiliza los nutrientes. Por esta razón, para elegir la fecha adecuada es importante conocer cuándo las plantas absorben los nutrientes, es decir, cuál es la demanda por etapa de crecimiento, ya que cada nutriente es requerido en mayor o menor cantidad durante ciertas etapas del cultivo.
Lugar correcto: ¿Dónde lo voy a aplicar o colocar? La colocación adecuada de los nutrientes se refleja en una mayor cobertura y homogeneidad al proveer fertilizantes. En este sentido, se debe tomar en cuenta el tamaño y dirección del crecimiento de las raíces, así como la variabilidad del suelo pues cada tipo de suelo tiene características específicas, con diferentes capacidades de retención o susceptibilidad a la pérdida de nutrientes.
Para producir cebada de alta calidad es importante implementar prácticas de fertilidad integral que permitan incrementar los rendimientos y hacer más eficientes el uso de los fertilizantes, reduciendo los costos de producción y haciendo más rentable las unidades de producción. Los análisis de suelo, las enmiendas, el uso de sensores ópticos, la fertilización enterrada (particularmente en la siembra y segunda fertilización) y el fraccionamiento del fertilizante nitrogenado (70% a la siembra y el 30% en la segunda fertilización) son recomendaciones útiles para este propósito.
Segunda fertilización enterrada en el fondo de los surcos en el cultivo de trigo en el Valle del Yaqui, en Sonora, México. (Foto: Hub Pacífico Norte/CIMMYT)
Segunda fertilización enterrada en el fondo de los surcos en el cultivo de trigo en el Valle del Yaqui, en Sonora, México. (Foto: Hub Pacífico Norte/CIMMYT)
Aquí se resumen unas lecciones aprendidas de la investigación del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en el Campo Experimental Norman E. Borlaug (CENEB), en Ciudad Obregón, en el estado mexicano de Sonora, en las últimas décadas. Aunque la investigación se ha enfocado en agricultura de conservación y sus componentes, las recomendaciones generales de fertilización nitrogenada también son válidas para sistemas con labranza convencional.
1. Hay que enterrar el fertilizante inorgánico y evitar aplicaciones al voleo o en agua de riego por gravedad
La aplicación al voleo resulta en la volatilización del fertilizante —este se pierde en forma de gases que contribuyen al cambio climático— y con la aplicación de gas en el agua de riego la pérdida de nitrógeno en forma gaseosa es aún más grande que con la aplicación al voleo.
En un ensayo de cuatro años en el CENEB la aplicación de nitrógeno al voleo bajó el rendimiento tanto con camas permanentes como con camas con labranza convencional. Por esto, la recomendación es enterrar el fertilizante.
En presiembra el fertilizante se puede enterrar con un disco cortador en la parte superior de la cama y la segunda fertilización se puede enterrar en el fondo de los surcos. Así también se evita el contacto entre el rastrojo y el fertilizante, lo que reduce la inmovilización del nitrógeno. La única excepción a esta regla es aplicación de nutrientes en agua de riego por goteo, donde va directo a la zona radicular.
2. Parte del fertilizante inorgánico se puede reemplazar con composta
En un experimento en el CENEB se evaluó, desde 2016, si se puede reemplazar parte del fertilizante inorgánico con fertilizante orgánico, en este caso composta de origen bovino. Se observó que sí es posible reemplazar parte de la primera aplicación de nitrógeno con composta, pero es mejor usar también una parte de fertilizante inorgánico porque esto permite asegurar que los nutrientes estén disponibles cuando el cultivo los necesita —la composta es de liberación más lenta que el fertilizante inorgánico—.
Es posible aplicar la composta en la superficie en banda encima de la cama cuando el fertilizante inorgánico se incorpora con un disco cortador para asegurar que no haya contacto entre el fertilizante inorgánico y la composta. Esto porque el contacto entre ambos puede resultar en una inmovilización del nitrógeno, ya que los microorganismos pueden usar el nitrógeno de la urea para la mineralización de la materia orgánica en la composta.
3. Para mantener rendimientos altos de trigo a largo plazo se necesitan entre 150 y 300 unidades de nitrógeno por hectárea
La dosis de nitrógeno necesaria depende del potencial de rendimiento del suelo, del nitrógeno almacenado y liberado del suelo, y del clima que varía entre ciclos. Por la combinación de estos factores, la dosis exacta de nitrógeno necesario cambia y toda recomendación será un aproximado. Así, lo mejor que se puede hacer es llegar a un aproximado que permita alcanzar lo más que se pueda de rendimiento, sin aumentar demasiado los costos y la cantidad de nitrógeno que se pierde en el ambiente.
Los suelos del Valle del Yaqui y del Valle del Mayo (Sonora, México) son, en su mayoría, suelos arcillosos que pueden almacenar cantidades grandes de nitrógeno. Por ende, en campos donde se ha sobrefertilizado por muchos años es posible que por unos años se requieran dosis más bajas de entre 50 y 150 kilogramos de nitrógeno por hectárea. Desde la experiencia del Hub Pacífico Norte del CIMMYT, aplicar más de 300 kilogramos de nitrógeno por hectárea no es necesario y resulta en pérdidas de este fertilizante al medioambiente, además de elevar los costos de producción.
4. Colectar datos y experimentar dentro de la parcela puede ayudar a mejorar la fertilización año con año
Si existe duda sobre la dosis apropiada se puede hacer una franja dentro de la parcela, en donde se aumente la dosis de la segunda fertilización. Aparte de la dosis de fertilización, el manejo debe de ser igual que en el resto del campo. Al final del ciclo se determina por separado el rendimiento en la franja con dosis alta y el resto del campo, pudiéndose evaluar si conviene aumentar la dosis para el resto del campo al siguiente ciclo. De la misma forma, se puede hacer una franja con una dosis más baja, para evaluar si se puede reducir la dosis de fertilizante. De esta manera se puede ir afinando la fertilización en el transcurso de los años.
Cultivo de cobertura en los Valles Centrales de Oaxaxa, México. Foto: Desarrollo Agropecuario Integral Camino Real
Cultivo de cobertura en los Valles Centrales de Oaxaxa, México. Foto: Desarrollo Agropecuario Integral Camino Real
Los cultivos extraen los nutrientes del suelo durante su desarrollo. Si no se adoptan prácticas para mantener y mejorar la fertilidad —como mantener los residuos de cosecha como cobertura—, este desgaste continuo y la erosión disminuyen la fertilidad y la profundidad de los suelos, ocasionando que el rendimiento sea cada vez menor.
En los Valles Centrales de Oaxaca, México, la aplicación de fertilizantes químicos no es sostenible debido, entre otros factores, a la alta variabilidad del temporal y la escasez de recursos económicos. Por lo tanto, es necesario identificar y promover prácticas para que los productores de pequeña escala reduzcan la dependencia de estos insumos y mejoren la biodiversidad en sus parcelas.
En la comunidad de San Miguel Tlanichico, municipio de Trinidad Zaachila, los cultivos de cobertura y los abonos verdes han sido ampliamente adoptados por los productores. En sus parcelas es posible observar, además de maíz, canavalia, dolichos, ayocote, frijol y otros cultivos con los que los productores han observado mejores rendimientos que cultivando únicamente maíz.
Estas opciones para diversificar cultivos forman parte de las acciones promovidas por Desarrollo Agropecuario Integral Camino Real (DAIRC) y el Hub Pacífico Sur del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en el marco de Cultivos para México, iniciativa de la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural y el CIMMYT.
Con parcelas más diversas los productores de San Miguel Tlanichico también han disminuido la cantidad de fertilizante químico que aplicaban. Una vez cosechado el maíz y, en su caso, su cultivo asociado, los cultivos de cobertura se dejan sobre la superficie para aportar materia orgánica al suelo y, sobre todo, para conservar la humedad.
Los cultivos de cobertura son cultivos adicionales que se pueden integrar junto con el cultivo principal o se pueden establecer para cubrir la tierra a fin de proteger al suelo de los efectos erosivos del viento, la lluvia y las altas temperaturas fuera del ciclo productivo principal.
Por lo tanto, los abonos verdes también son considerados cultivos de cobertura, pero su fin primordial es mantener o incrementar el contenido de materia orgánica del suelo y elevar su nivel general de fertilidad. En general, se trata de especies de crecimiento rápido que se cortan en el mismo lugar en el que crecen, lo cual se hace antes de florecer porque esto desviaría la concentración de nutrientes a las semillas o el fruto.
Los cultivos de cobertura y los abonos verdes tienen ventajas similares y complementarias, incluyendo:
Proteger al suelo de la erosión y de que se seque, mejorando los niveles de humedad y la circulación del agua.
Impedir el desarrollo de malas hierbas, ya sea directamente al bloquear la luz, o indirectamente en el caso de algunas especies que actúan como herbicidas.
Enriquecer el suelo con nitrógeno —particularmente cuando se trata de leguminosas por su efecto de fijación de nitrógeno— y otros nutrientes.
Hospedar a enemigos naturales de las plagas.
Contribuir a mejorar la estructura y el contenido orgánico del suelo como resultado de una mayor actividad biológica.
Proporcionar un entorno más húmedo que contribuye a degradar los residuos.
Las especies más comúnmente usadas como cultivos de cobertura o abonos verdes son generalmente los frijoles u otras leguminosas, los pastos y también cultivos de la familia de las cucurbitáceas, como las calabazas y chilacayotes. En general, los cultivos de cobertura y los abonos verdes tienen la característica de poder crecer en suelos de mala calidad, producir grandes volúmenes de biomasa verde en corto tiempo, necesitar poca agua y tener un denso sistema de raíces.
La pequeña agricultora Sita Kumari con fertilizante en sus manos. (Foto: C. de Bode/CGIAR)
Un equipo internacional de científicos ha fortalecido nuestra comprensión de cómo una mejor gestión de los fertilizantes podría ayudar a minimizar las emisiones de óxido nitroso (N2O) y, al mismo tiempo, lograr altos rendimientos de los cultivos en la nueva publicación: Metaestudio de rendimiento y resultados de óxido nitroso para la gestión del nitrógeno en la agricultura. Esta investigación se realizó mediante un metanálisis, donde se combinaron estadísticamente los resultados de múltiples estudios científicos.
Para satisfacer la creciente demanda mundial de alimentos, los agricultores necesitan un suelo fértil. El nitrógeno, un elemento esencial en los fertilizantes para plantas, puede tener efectos extremadamente perjudiciales sobre el medio ambiente cuando no se maneja de manera efectiva. Numerosos estudios han confirmado que mejorar el uso de nitrógeno en la agricultura es clave para asegurar un futuro con seguridad alimentaria y la sostenibilidad ambiental.
«La sociedad necesita estrategias matizadas basadas en enfoques de gestión de nutrientes personalizados que mantengan los balances de nitrógeno dentro de límites seguros», dijo Tai M Maaz, investigador de la Universidad de Hawái en Manoa y autor principal del estudio.
Cuando los agricultores aplican fertilizante nitrogenado a sus cultivos, normalmente solo el 30-40% es absorbido por la planta y el resto se pierde en el medio ambiente. Un subproducto es el óxido nitroso (N2O), uno de los gases de efecto invernadero más potentes de la atmósfera. La agricultura mundial es uno de los principales contribuyentes de las emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente los derivados de las emisiones de óxido nitroso.
Aunque ahora se les dice a los agricultores que practiquen la reducción de la tasa de fertilizantes, o simplemente, que apliquen menos fertilizantes, hay casos en los que esa estrategia no es posible o no es aconsejable.
Predictores alternativos de emisiones
El estudio encontró que los indicadores de producción, como el balance de nitrógeno parcial (PNB), un indicador de la cantidad de nitrógeno propenso a la pérdida, y la productividad del factor parcial (PFP), una medida de la eficiencia del uso de insumos, predecían las emisiones de óxido nitroso y mejor que la tasa de aplicación sola. Esto significa que en algunos casos, donde la reducción de la tasa de nitrógeno no es posible, la emisión de óxido nitroso aún puede reducirse aumentando el rendimiento mediante la implementación de prácticas mejoradas de manejo de fertilizantes, como las «4R:» fuente, dosis, momento y lugar correctos.
Tek B Sapkota, científico del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y coautor del estudio, enfatizó que “la reducción de la tasa sigue siendo importante en los sistemas de cultivo donde el nivel actual de aplicación de nitrógeno es excesivamente alto. Pero, al comparar los sistemas con las mismas tasas de aplicación de nitrógeno, la emisión de óxido nitroso se puede reducir aumentando el rendimiento”.
“Las prácticas de gestión de nutrientes de las 4R deben adaptarse a regiones específicas para ayudar a cerrar las brechas de rendimiento y mantener la sostenibilidad ambiental: el escenario en el que todos ganan. El futuro requerirá que las instituciones públicas y privadas trabajen juntas para difundir dicha información de manejo de nutrientes para sistemas de cultivo específicos en geografías específicas”, dijo Sapkota, quien también es editor de revisión del sexto informe de evaluación del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC).
PARA OBTENER MÁS INFORMACIÓN O PARA PROGRAMAR ENTREVISTAS, CONTACTE A:
Marcia MacNeil, Oficial de Comunicaciones, Gerente del Programa de Investigación de Trigo del CGIAR (WHEAT), CIMMYT. M.macneil@cgiar.org
Acerca del CIMMYT
El Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo es el líder mundial en investigación de maíz, trigo y sistemas agrícolas asociados financiada con fondos públicos. Con sede cerca de la Ciudad de México, el CIMMYT trabaja con cientos de socios en todo el mundo en desarrollo para aumentar de manera sostenible la productividad de los sistemas de cultivo de maíz y trigo, mejorando así la seguridad alimentaria global y reduciendo la pobreza. El CIMMYT es miembro del Sistema CGIAR y dirige los Programas de Investigación de Maíz y Trigo del CGIAR y la Plataforma de Excelencia en Mejoramiento. El Centro cuenta con el apoyo de gobiernos nacionales, fundaciones, bancos de desarrollo y otros organismos públicos y privados.
El nitrógeno es el nutriente más importante en la producción de cultivos, pero también uno de los más difíciles de manejar. El compuesto es fundamental para la producción agrícola mundial —en particular para los principales cereales— pero si bien muchas partes del mundo no tienen suficientes recursos para lograr la seguridad alimentaria y nutricional, el exceso de nitrógeno de los fertilizantes se filtra al medio ambiente con consecuencias dañinas.
¿Qué es el nitrógeno?
Alrededor del 78% de la atmósfera de la Tierra está formada por nitrógeno gaseoso o N2 — una molécula formada por dos átomos de nitrógeno unidos por un enlace triple estable.
Aunque constituye una gran parte del aire que respiramos, la mayoría de los organismos vivos no pueden acceder a él de esta forma. El nitrógeno atmosférico debe pasar por un proceso natural llamado fijación de nitrógeno para transformarse antes de que pueda usarse para la nutrición de las plantas.
¿Por qué las plantas necesitan nitrógeno?
Tanto en las plantas como en los seres humanos, el nitrógeno se usa para producir aminoácidos, que producen las proteínas que construyen las células, y es uno de los componentes básicos del ADN. También es esencial para el crecimiento de las plantas porque es un componente importante de la clorofila, el compuesto por el cual las plantas usan la energía de la luz solar para producir azúcares a partir del agua y dióxido de carbono (fotosíntesis).
El ciclo del nitrógeno
El ciclo del nitrógeno es el proceso a través del cual el nitrógeno se mueve de la atmósfera a la tierra, a través de los suelos y se libera de nuevo a la atmósfera — convirtiéndose en sus formas orgánicas e inorgánicas.
Comienza con la fijación biológica del nitrógeno, que ocurre cuando las bacterias fijadoras de nitrógeno que viven en los nódulos de las raíces de las leguminosas convierten la materia orgánica en amonio y posteriormente en nitrato. Las plantas pueden absorber el nitrato del suelo y descomponerlo en el nitrógeno que necesitan, mientras que las bacterias desnitrificantes convierten el exceso de nitrato nuevamente en nitrógeno inorgánico que se libera a la atmósfera.
El proceso también puede comenzar con un rayo —el calor por el cual se rompen los triples enlaces del nitrógeno atmosférico— liberando sus átomos para que se combinen con el oxígeno y generen gas de óxido nitroso, que se disuelve en la lluvia como ácido nítrico y es absorbido por el suelo.
El exceso de nitrato o el que se pierde por lixiviación — en el que los nutrientes clave se disuelven debido a la lluvia o el riego, puede filtrarse y contaminar las corrientes de agua subterránea.
Un diagrama muestra el proceso a través del cual el nitrógeno se mueve de la atmósfera a la tierra, a través del suelo y se libera nuevamente a la atmósfera. (Gráfico: Nancy Valtierra/CIMMYT)
¿Qué pasa con los fertilizantes nitrogenados?
Durante miles de años, los seres humanos no tuvieron que preocuparse por el nitrógeno, pero a principios del siglo XX era evidente que la agricultura intensiva estaba agotando el nitrato en el suelo, lo que generó preocupaciones sobre el aumento de la población mundial y una posible crisis alimentaria.
En 1908, un químico alemán llamado Fritz Haber ideó un proceso para combinar nitrógeno atmosférico e hidrógeno bajo calor extremo y presión para crear amoníaco líquido — un fertilizante de nitrógeno sintético. Más tarde trabajó con el químico e ingeniero Carl Bosch para industrializar este proceso y hacerlo comercialmente disponible para los agricultores.
Una vez que se industrializó la producción, los fertilizantes nitrogenados sintéticos —utilizados en combinación con nuevas variedades de semillas de alto rendimiento— ayudaron a impulsar la Revolución Verde e impulsar significativamente la producción agrícola mundial desde finales de la década de 1960 en adelante. Durante este tiempo, México se volvió autosuficiente en la producción de trigo, al igual que India y Pakistán, que estaban al borde de la hambruna.
En los sistemas agrícolas intensivos actuales, los fertilizantes nitrogenados sintéticos se han vuelto cada vez más importantes. En todo el mundo, las empresas producen actualmente más de 100 millones de toneladas métricas de este producto cada año, y la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura predice que la demanda seguirá aumentando de manera constante, especialmente en África y el sur de Asia.
¿Es sostenible?
A medida que la demanda continúa aumentando en todo el mundo, el desafío de la gestión del nitrógeno es proporcionar suficiente para satisfacer las necesidades de seguridad alimentaria mundial y, al mismo tiempo, minimizar el flujo de nitrógeno no utilizado, que es 300 veces más contaminante que el dióxido de carbono, al medio ambiente.
Si bien en muchas regiones hay escasez de nitrógeno disponible para lograr la seguridad alimentaria y nutricional, en otras casi la mitad del nitrógeno fertilizante aplicado en la agricultura se filtra al medio ambiente, con consecuencias negativas que incluyen un aumento de los peligros ambientales, la degradación irreparable de la tierra y la contaminación de los recursos acuáticos.
Este desafío se puede abordar mejorando la eficiencia del uso del nitrógeno, un cálculo complejo que a menudo implica una comparación entre la biomasa de los cultivos (principalmente rendimiento económico) o el contenido/absorción de nitrógeno (rendimiento) y el nitrógeno aplicado (insumo) a través de cualquier abono o fertilizante sintético. Mejorar esta proporción no solo mejora la productividad de los cultivos, sino que también minimiza las pérdidas ambientales a través de un manejo agronómico cuidadoso y ayuda a mejorar la calidad del suelo con el tiempo.
En la actualidad, la eficiencia media global en el uso de nitrógeno no supera el 50%, lo que no llega al 67% estimado necesario para satisfacer la demanda mundial de alimentos en 2050 y, al mismo tiempo, mantener el exceso de nitrógeno dentro de los límites para mantener la calidad aceptable del aire y el agua.
Una mujer en India usa un esparcidor de precisión para aplicar fertilizante en su granja. (Foto: Wasim Iftikar)
Tecnología ideal
Se ha avanzado mucho en el desarrollo de tecnologías para un manejo eficiente del nitrógeno, que junto con una buena agronomía ha demostrado mejorar la cosecha de los cultivos y la eficiencia del uso de nitrógeno con un menor excedente del mismo.
Los científicos están investigando los méritos de la inhibición biológica de la nitrificación, un proceso mediante el cual una planta excreta material que influye en el ciclo del nitrógeno en el suelo. Cuando este proceso ocurre naturalmente, en algunos pastos y parientes silvestres del trigo, ayuda a reducir significativamente las emisiones de nitrógeno.
En 2007, los científicos descubrieron rasgos biológicos de nitrificación en un pariente del trigo y en 2018 lograron transferirlos a una variedad china de trigo de primavera. El resultado inicial mostró una baja productividad y permanece en las primeras etapas de desarrollo, pero los investigadores están ansiosos por evaluar si este proceso puede aplicarse a las variedades comerciales de trigo en el futuro. Si es así, esta tecnología podría cambiar las reglas del juego para alcanzar los objetivos globales de eficiencia en el uso del nitrógeno.
This entry in our photo competition for CIMMYT staff and friends is by Hilda Hernandez Lira of the Crop Research Informatics Laboratory, and shows us wheat spikes against the sky at CIMMYT's El Batán, Mexico headquarters.
Photo credit: H. Hernandez Lira/CIMMYT.
Una nueva investigación realizada por un equipo internacional de científicos, incluido el científico en sistemas agrícolas y cambio climático del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), Tek Sapkota, ha identificado las tasas óptimas de aplicación de fertilizantes nitrogenados para cultivos de arroz y trigo en las llanuras indogangéticas de la India.
Al medir el rendimiento del cultivo y los flujos de óxido de nitrógeno (N2O) durante dos años, Sapkota y sus colegas informaron que la tasa óptima de fertilizante N es de entre 120 y 200 kg por hectárea para el arroz, y entre 50 y 185 kg por hectárea para el trigo. Los resultados del estudio permiten a los agricultores ahorrar dinero y minimizar las peligrosas emisiones de gases de efecto invernadero, al tiempo que mantienen la productividad de los cultivos.
El óxido de nitrógeno, uno de los gases de efecto invernadero más importantes en la atmósfera de la tierra, es responsable de la reducción del ozono y del cambio climático global, y tiene un potencial de calentamiento global 265 veces mayor que el dióxido de carbono (CO2).
Se ha demostrado que los suelos agrícolas representan alrededor del 60% de las emisiones mundiales de óxido de nitrógeno. Estas emisiones están directamente relacionadas con la aplicación de fertilizantes nitrogenados a las tierras de cultivo. Si bien,estos fertilizantes ayudan a los rendimientos de los cultivos, los estudios muestran que solo alrededor de un tercio del nitrógeno aplicado es realmente aprovechado. El resto se libera como óxido de nitrógeno o se infiltra en las vías fluviales, causando floraciones de algas nocivas.
En India, el consumo total de fertilizantes nitrogenados es de aproximadamente 17 millones de toneladas y se espera que aumente a 24 millones de toneladas en 2030 para alimentar a una población en crecimiento. Las emisiones de óxido de nitrógeno aumentarán si los agricultores no minimizan el uso de fertilizantes y manejan la aplicación de manera más eficiente. Además, los agricultores reciben un subsidio más alto para el fertilizante nitrogenado, una política que lleva a los agricultores a aplicar más fertilizante que la dosis recomendada.
Métodos moderados
El estudio, dirigido por Sapkota, estimó la tasa de aplicación de fertilizantes nitrogenados con el rendimiento económicamente más óptimo y la huella ambiental mínima. Aplicar más fertilizante que el calculado sería un desperdicio de dinero del agricultor y causaría daños innecesarios al medio ambiente.
Los investigadores midieron el rendimiento de los cultivos y los flujos de óxido de nitrógeno para dos temporadas de trigo y una temporada de arroz de 2014 a 2016. Los científicos descubrieron que la tasa de fertilizante nitrogenado influyó claramente en las emisiones diarias y acumulativas de óxido de nitrógeno del suelo en el trigo y arroz durante ambos años. Las emisiones de óxido de nitrógeno fueron mayores tanto en trigo como en arroz en las parcelas fertilizadas con nitrógeno en comparación con las parcelas de control.
Utilizando métodos estadísticos, los investigadores pudieron medir la relación entre la productividad del cultivo, la tasa de nitrógeno y la intensidad de las emisiones, tanto en arroz como en trigo. Esto les dio la tasa óptima de aplicación de fertilizantes nitrogenados.
Este trabajo fue llevado a cabo por el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y se implementó como parte del Programa de Investigación del CGIAR sobre Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS en inglés), con el apoyo del Fondo del CGIAR y a través de acuerdos de financiación bilaterales.
Understanding tropical maize (Zea mays L.): the major monocot in modernization and sustainability of agriculture in sub-Saharan Africa. 2019. Awata, L.A.O., Tongoona, P., Danquah, E., Ifie, B.E., Mahabaleswara, S.L., Jumbo, M.B., Marchelo-D’ragga, P.W., Sitonik, C. En: International Journal of Advance Agricultural Research v. 7, no. 2, p. 32-77.
CGIAR Operations under the Plant Treaty Framework. 2019. Lopez-Noriega, I., Halewood, M., Abberton, M., Amri, A., Angarawai, I.I., Anglin, N., Blummel, M., Bouman, B., Campos, H., Costich, D.E., Ellis, D., Pooran M. Gaur., Guarino, L., Hanson, J., Kommerell, V., Kumar, P.L., Lusty, C., Ndjiondjop, M.N., Payne, T.S., Peters, M., Popova, E.,Prakash, G., Sackville-Hamilton, R., Tabo, R., Upadhyaya, H., Yazbek, M., Wenzl, P. En: Crop Science v. 59, no. 3, p. 819-832.
Más de 11 000 científicos firmaron un informe reciente que muestra que el planeta Tierra se enfrenta a una emergencia climática y las Naciones Unidas advirtieron que el mundo está en camino a un aumento de 3.2 grados para 2100, incluso si se cumplen los compromisos del Acuerdo de París 2015.
La agricultura, la silvicultura y el cambio en el uso del suelo están implicados en aproximadamente una cuarta parte de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.
La agricultura también ofrece oportunidades para mitigar el cambio climático y ayudar a los agricultores, en particular a los pequeños productores en las economías en desarrollo y emergentes que han sido los más afectados por el clima cálido y la reducción de las precipitaciones más erráticas.
La mayor parte del trabajo del CIMMYT se relaciona con el cambio climático, lo que ayuda a los agricultores a adaptarse a las crisis mientras satisface la creciente demanda de alimentos y, cuando es posible, reduce las emisiones.
El agricultor familiar Geofrey Kurgat (al centro) con su madre Elice Tole (a la izquierda) y su sobrino Ronny Kiprotich en su campo de trigo de Korongo cerca de Belbur, Nukuru, Kenia. (Foto: Peter Lowe/CIMMYT)
Cultivos resistentes al clima y prácticas agrícolas
53 millones de personas se benefician del maíz tolerante a la sequía. Las variedades de maíz tolerantes a la sequía desarrolladas mediante el mejoramiento convencional proporcionan al menos un 25% más de grano que otras variedades en condiciones secas en el África subsahariana — esto representa hasta 1 tonelada por hectárea más de grano en promedio. Estas variedades ahora se cultivan en casi 2.5 millones de hectáreas, beneficiando a unos 6 millones de hogares o 53 millones de personas en el continente. Un estudio muestra que el maíz tolerante a la sequía puede proporcionar a las familias de agricultores de Zimbabue 9 meses adicionales de alimentos sin costo adicional. La mayor productividad se genera cuando estas variedades se desarrollan con labranza reducida o cero y manteniendo residuos de cultivo en el suelo, como se demostró en el sur de África durante la sequía de El Niño de 2015 a 2016. Finalmente, la tolerancia del maíz a las altas temperaturas en combinación con la tolerancia a la sequía tiene un beneficio de al menos el doble que cualquier otro rasgo.
Los rendimientos de trigo aumentan en ambientes difíciles.Casi dos décadas de datos de 740 ubicaciones en más de 60 países muestran que el mejoramiento del CIMMYT está aumentando los rendimientos de trigo en casi un 2% cada año, es decir, unos 38 kilogramos por hectárea más al año durante casi 20 años, en condiciones secas o difíciles. Esto se debe en parte al uso de líneas y cruces tolerantes a la sequía con pastos silvestres que aumentan la resistencia del trigo. Un consorcio internacional está aplicando ciencia de vanguardia para desarrollar trigo resistente al clima. Tres líneas de trigo tolerantes al calor y la sequía de este trabajo están ayudando a los agricultores en Pakistán, una potencia de trigo que enfrenta temperaturas crecientes y condiciones más secas; la línea más popular se cultivó en aproximadamente 40 000 hectáreas en 2018.
Gestión de suelos y fertilizantes climáticamente inteligente. Las rotaciones de arroz y trigo son el sistema agrícola predominante en más de 13 millones de hectáreas en las llanuras indogangéticas del sur de Asia, proporcionando alimentos y medios de subsistencia a cientos de millones de personas. Si los agricultores de la India solo ajustaran las dosis de fertilizantes para cultivos utilizando las tecnologías disponibles, como teléfonos celulares y sensores de fotosíntesis, cada año podrían producir cerca de 14 millones de toneladas más de granos, ahorrar 1.4 millones de toneladas de fertilizantes y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero equivalentes a CO2 en 5.3 millones de toneladas. Los científicos han estudiado y promovido ampliamente tales prácticas, al igual que el uso de la siembra directa sin labranza y manteniendo los residuos de los cultivos en el suelo, métodos de cultivo que ayudan a capturar y retener el carbono y pueden ahorrar hasta una tonelada de emisiones de CO2 por hectárea en cada ciclo de cultivo. Asesorados por investigadores del CIMMYT, los funcionarios estatales de la India que buscan reducir la contaminación estacional en Nueva Delhi y otras ciudades han implementado medidas políticas para frenar la quema en los campos de arroz en el norte de la India mediante el uso generalizado de la labranza cero.
Los agricultores van a casa a desayunar en el distrito de Motoko, Zimbabue. (Foto: Peter Lowe/CIMMYT)
Medición de los impactos y ahorros del cambio climático
En un estudio histórico que involucró a fisiólogos del trigo del CIMMYT y subrayó los impactos nutricionales del cambio climático, se descubrió que el aumento del CO2 atmosférico reduce el contenido de proteína del grano de trigo. Dado el papel del trigo como fuente clave de proteínas en las dietas de millones de personas de escasos recursos, los resultados muestran la necesidad de mejoramiento y otras medidas para abordar este efecto.
Los científicos del CIMMYT están ideando enfoques para medir las reservas de carbono orgánico en los suelos. El carbono almacenado mejora la resistencia y la fertilidad del suelo y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. Su investigación también proporciona la base para un nuevo sistema global de información del suelo y para evaluar la efectividad de las prácticas de manejo de cultivos que conservan los recursos.
El científico del CIMMYT, Francisco Pinto, opera un dron sobre parcelas de trigo en la estación experimental del CIMMYT en Ciudad Obregón, México. (Foto: Alfonso Cortés/CIMMYT)
Manejo de plagas y enfermedades
El aumento de las temperaturas y el cambio de las precipitaciones están causando la aparición y propagación de nuevas enfermedades mortales de los cultivos y plagas de insectos. Los socios de investigación en todo el mundo están ayudando a los agricultores a ganar ventaja al monitorear y compartir información sobre los movimientos de patógenos y plagas, al difundir medidas de control y fomentar el acceso oportuno a los fungicidas y pesticidas, y al desarrollar variedades de maíz y trigo que presentan resistencia genética a estos organismos.
Los virus y las larvas de la polilla atacan el maíz. La acción rápida y coordinada entre las instituciones públicas y privadas en África subsahariana ha evitado un desastre de seguridad alimentaria al contener la propagación de la necrosis letal del maíz, que apareció en Kenia en 2011 y se trasladó rápidamente a los campos de maíz en toda la región. Las medidas han incluido el desarrollo de capacidades con compañías de semillas, extensionistas y agricultores, y el desarrollo de nuevos híbridos de maíz resistentes a las enfermedades.
El insecto conocido como gusano cogollero llegó a África en 2016, se extendió rápidamente por casi todos los campos de maíz del continente y actualmente se extiende en Asia. Los consorcios regionales e internacionales están combatiendo la plaga con orientación sobre el manejo integrado de plagas, capacitaciones organizadas y videos para apoyar a los pequeños agricultores, al igual que con las variedades de maíz mejorado que pueden resistir, en parte, al gusano cogollero.
Nuevas enfermedades fúngicas amenazan las cosechas mundiales de trigo. La raza Ug99 surgió en África oriental a fines de la década de 1990 y generó 13 nuevas cepas que finalmente aparecieron en 13 países de África y más allá. Además de la adversidad del trigo, una enfermedad devastadora en las Américas conocida como «brusone de trigo» apareció repentinamente en Bangladesh en 2016, causando pérdidas de cosechas de trigo de hasta un 30% en una gran área y amenazando con moverse rápidamente por las vastas tierras de trigo del sur de Asia.
Un voluntario comunitario de una cooperativa agrícola (a la izquierda) utiliza la aplicación para teléfonos inteligentes Plantix para ayudar a un agricultor a diagnosticar plagas en su campo de maíz en el distrito de Bardiya, Nepal. (Foto: Bandana Pradhan/CIMMYT)
Socios y patrocinadores de la investigación climática del CIMMYT
El CIMMYT, líder mundial en investigación de maíz y trigo financiado con fondos públicos y sistemas agrícolas relacionados, es miembro del CGIAR y lidera el Programa de Investigación del CGIAR sobre Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS en inglés).
El CIMMYT recibe apoyo para la investigación relacionada con el cambio climático de gobiernos nacionales, fundaciones, bancos de desarrollo y otras agencias públicas y privadas. Los principales financiadores incluyen los Programas y Plataformas de Investigación del CGIAR, la Fundación Bill & Melinda Gates, la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural de México (SADER), la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID), el Departamento para el Desarrollo Internacional del Reino Unido (DFID), el Centro Australiano para la Investigación Agrícola Internacional (ACIAR), la Universidad de Cornell, Agencia de Cooperación Alemana (GIZ), el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas del Reino Unido (BBSRC) y los contribuyentes del Fondo del CGIAR.
