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Recomendaciones para optimizar la fertilización nitrogenada

 

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)

Con los precios del fertilizante cada vez más elevados es muy importante para los agricultores hacer un uso racional de este insumo. Además, el excesivo uso de fertilizante inorgánico afecta al medioambiente. Al utilizar menos fertilizante se reducen las emisiones contaminantes, pero ¿cuál es la cantidad de fertilizante nitrogenado que realmente se necesita y cómo deben los agricultores aplicarlo para aprovecharlo al máximo? 

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.

Con medidas sencillas como estas es posible hacer más eficiente el uso de fertilizante nitrogenado y evitar gastos innecesarios y daño al medioambiente.

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Frijol caupí, un cultivo alternativo con amplios beneficios

Cultivo de caupí en San Pedro Pochutla, Oaxaca, México. (Foto: Hub Pacífico Sur/CIMMYT)
Cultivo de caupí en San Pedro Pochutla, Oaxaca, México. (Foto: Hub Pacífico Sur/CIMMYT)

Originaria de África central, esta leguminosa es considerada actualmente una fuente de proteína vegetal de alta calidad que se consume en muchas partes del mundo. Se trata del cowpea o caupí (Vigna unguiculata), el cual también es un buen forraje y aporta diversos beneficios al suelo donde se cultiva.

El frijol caupí, frijol chino o chícharo de vaca, como también se le conoce, no es muy explotado en México, pero debido a sus diversas propiedades nutricionales, características agronómicas y a que se adapta a suelos de todas las texturas y a altitudes que van de los cero a los 1 500 metros sobre el nivel del mar, representa una buena alternativa para diversificar cultivos en el país. 

En el estado mexicano de Oaxaca, como parte de las acciones de diversificación de cultivos impulsadas en el marco de Cultivos para México —iniciativa de la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural y el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT)—, se han establecido parcelas con caupí para evaluar su comportamiento bajo condiciones de riego y temporal, evaluando además diferentes líneas de diferentes colores. 

Los resultados en San Pedro Pochutla, Oaxaca, muestran que el caupí tiene un excelente desarrollo y rendimiento, es tolerante a la sequía, a suelos poco fértiles y temperaturas altas, lo que lo reafirma al cultivo como una alternativa para incorporar en los sistemas de producción de amplias zonas de Oaxaca donde, en años recientes, las lluvias han sido muy erráticas y la producción de maíz ha sido limitada. 

El caupí se puede utilizar como grano seco, grano tierno y vainas para el consumo humano. Esto es importante ya que constituye una fuente de proteína, fibras, carbohidratos, minerales y vitaminas que perfilan al cultivo como una opción relevante para la dieta en comunidades con poblaciones vulnerables.

En el plano agronómico, el caupí es un abono verde que se puede incluir para el mejoramiento y la conservación de suelos ya que es un excelente fijador de nitrógeno. Así mismo, al incluirse en los sistemas de producción como rotación puede ser una alternativa de ingreso económico para las familias productoras. 

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Qué son los abonos verdes y los cultivos de cobertura 

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.

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Sensores ópticos, herramienta clave para optimizar la fertilización agrícola

Plataforma de Investigación DR011, en Irapuato, Guanajuato, México. (Foto: Hub Bajío-CIMMYT)
Plataforma de Investigación DR011, en Irapuato, Guanajuato, México. (Foto: Hub Bajío-CIMMYT)

En el sector agrícola de México persiste la aplicación de fertilizantes sin un sustento científico, lo que conlleva a una baja rentabilidad para los productores, particularmente ahora que el considerable aumento en los precios de los fertilizantes ha hecho que la adquisición de nutrientes básicos para los cultivos como el nitrógeno, fósforo y potasio, eleve significativamente los costos de producción.

Los métodos agrícolas convencionales necesitan una aplicación regular y constante de fertilizante, a menudo sin tomar en cuenta los diversos factores ambientales, como la temperatura, la humedad o la dosis, que pueden causar lixiviación —proceso por el cual los nutrientes y minerales son arrastrados por el agua— u otras formas en que los nutrientes se pierden.

Para abordar esta problemática, el pasado 28 de junio dio inicio una serie de capacitaciones con el equipo técnico de los diversos proyectos que operan en el Hub Bajío del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT). El punto de partida de estas capacitaciones fue el uso de sensores ópticos, una de las diversas tecnologías y métodos que se evalúan constantemente en el CIMMYT para brindar soluciones a las problemáticas de los productores. 

Conocer el protocolo de uso de sensores ópticos como el GreenSeeker® es importante para los técnicos que brindan acompañamiento a los productores porque este tipo de equipos portátiles “nos permite medir el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI, por sus siglas en inglés), en esta ocasión enfocado al cultivo de maíz; este índice nos permite conocer la respuesta fisiológica de las plantas a los nutrientes básicos, el estado del cultivo, el estrés, la eficacia de los herbicidas, etcétera”, comentan los instructores de la capacitación.

Los valores NDVI son una estimación del “verdor” de las plantas —una planta sana tiene un color característico, señal de una actividad fotosintética y una nutrición adecuadas—, que el sensor procesa mediante un modelo matemático para después arrojar una recomendación. En este sentido, el principal objetivo de esta capacitación es que los técnicos aprendan a realizar mediciones correctas para un manejo eficiente del nitrógeno y así desarrollar un plan integral de fertilidad para los productores.

“El uso de esta tecnología nos permite optimizar el uso de los fertilizantes nitrogenados, minimizando su impacto al medioambiente y reduciendo los costos de producción a fin de que los productores tengan mayor rentabilidad, por ello se realizaron prácticas de campo con sensores en la plataforma de investigación que está ubicada en el Distrito de Riego 011, en Irapuato (Guanajuato, México)”, puntualizan los organizadores del Hub Bajío del CIMMYT. 

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De fertilidad y fertilizantes

Prácticas de agricultura de conservación implementadas en una parcela de Guanajuato, México. (Foto: CIMMYT)
Prácticas de agricultura de conservación implementadas en una parcela de Guanajuato, México. (Foto: CIMMYT)

Hoy, ante el elevado costo de los fertilizantes, es muy importante que los productores apliquen los nutrientes en la cantidad, en el momento y la forma correcta. Existen además estrategias para optimizar el uso de los fertilizantes. Una de ellas es, mediante análisis de suelos en parcelas —con una ubicación estratégica—, generar mapas de fertilidad y recomendaciones puntuales para fertilizar de manera adecuada. 

Los mapas de fertilidad permiten visualizar, incluso a nivel de municipios, la situación particular de la fertilidad de los suelos. Esta es información valiosa para generar mezclas diferentes para cada zona o región, de acuerdo con las necesidades específicas de cada una. 

Normalmente la oferta comercial de fertilizantes no considera estas necesidades particulares, pero “un ejemplo de lo importante que es generar una mezcla diferente para cada zona es que si aplicamos fósforo a una que ya tiene mucho fósforo, creamos un banco de este nutriente y podemos generar un bloqueo de zinc. Esto puede desfavorecer los rendimientos”, comenta Francisco Buenrostro, técnico del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en la región de El Bajío, en México.

Dependiendo de los resultados que arroje el análisis de suelo hay otras opciones y áreas de oportunidad para realizar una fertilización balanceada. El suministro de nutrientes en forma foliar, el uso de sensores ópticos o la aplicación de yeso agrícola —que se considera un mejorador de suelos— son algunos ejemplos. 

Desarrollar e implementar estrategias de fertilidad integral permite, además de ahorrar en el tema de fertilizantes, tener otros beneficios: “También podemos impactar en la calidad del grano porque al aplicar nutrientes en los momentos adecuados es posible incrementar significativamente los niveles de proteína, en el caso del grano de trigo esto se logra con la aplicación de nitrógeno en el momento adecuado”, menciona Francisco. 

Al comparar el esquema convencional de fertilización contra la propuesta de fertilidad integral en las parcelas demostrativas de El Bajío, donde se ha implementado la estrategia,  se ha encontrado que con las prácticas para optimizar el uso de fertilizantes ha habido un incremento de la producción de hasta 15%, lográndose reducir la cantidad de aplicación de fertilizantes entre 30 y 40% por tonelada producida.  

En un contexto como el actual, donde los conflictos y el cambio climático imponen nuevos retos a la producción agrícola, estrategias como esta merecen ser consideradas para replicarse y escalarse en beneficio de los agricultores y de la sociedad en general.  

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Nitrógeno, entre el cielo y el suelo

Rotación de cultivos con leguminosas. (Foto: Fernando Morales/CIMMYT)
Rotación de cultivos con leguminosas. (Foto: Fernando Morales/CIMMYT)

La demanda de nitrógeno para la producción de cultivos aumentó rápidamente desde mediados del siglo XX y se prevé que hacia 2050 se tenga que duplicar para mantener la productividad de los principales cultivos alimentarios que sustentan la dieta básica de la mayoría de la población mundial.

El aumento de esta demanda tendrá́ que ser satisfecho por las dos fuentes principales de suministro de nitrógeno existentes: la fijación biológica de nitrógeno y el fertilizante nitrogenado elaborado a partir del proceso químico denominado Haber-Bosch, considerado tanto una de las grandes invenciones del siglo XX, como uno de los grandes peligros ambientales del siglo XXI. 

Ante esta situación, que se vuelve aún más compleja por el conflicto bélico entre Ucrania y Rusia —uno de los principales productores de fertilizantes nitrogenados—, la pregunta obligada es: ¿cómo se puede mejorar la disponibilidad del nitrógeno en los suelos agrícolas a la vez que reducir la dependencia de los fertilizantes nitrogenados elaborados mediante síntesis química?

Para contribuir a la respuesta de esta pregunta un grupo de científicos —de la Universidad de California, la Organización de Investigación Científica e Industrial del Commonwealth (CSIRO, por sus siglas en inglés) de Australia, El Instituto de Energía y Recursos (TERI, por sus siglas en inglés) de India, la Fundación Krishi Gobeshona y el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT)— publicó recientemente una investigación que recopila el estado de los estudios sobre el tema y aporta evidencia sobre prácticas potencialmente útiles para fijar nitrógeno en el suelo sin recurrir a la fertilización nitrogenada. 

La fijación biológica del nitrógeno, menciona el estudio, 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 los sistemas de cultivo de cereales, las legumbres en simbiosis con rizobios —bacterias fijadoras de nitrógeno— aportan la mayor entrada de nitrógeno fijado mediante esta vía y, por ello, el artículo revisa los beneficios de las asociaciones y relevos de cereales y distintas leguminosas. 

Además, ya que actualmente la identificación de estrategias eficaces para aumentar los insumos de fijación biológica de nitrógeno es un desafío para los sistemas de cultivo de cereales, los investigadores hacen una revisión del papel de otras bacterias que no desarrollan una simbiosis, pero que también proporcionan una fuente adicional de fijación de nitrógeno —diazótrofos de vida libre—.

Aunque aún hace falta estudiar con mayor detalle la influencia de la gestión agronómica o el genotipo de los cultivos en la abundancia de bacterias fijadoras de nitrógeno, los investigadores señalan que existe evidencia de que una mayor adopción de sistemas de cultivo gestionados con una menor perturbación del suelo, y el mantenimiento de los residuos de los cultivos o rastrojo como cobertura, son puntos de entrada prometedores para aumentar la fijación biológica del nitrógeno por parte de los diazótrofos de vida libre. 

Si bien la idea de transferir por alguna vía la capacidad de las bacterias fijadoras de nitrógeno a los propios cereales aún sigue siendo un objetivo a largo plazo e incierto en el mundo académico, esta revisión describe una serie de oportunidades en las que las aportaciones de la fijación biológica del nitrógeno podrían aumentar más allá de lo que actualmente se ha logrado. 

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Llevar el conocimiento científico a los agricultores

Representan el 49.6% de la población mundial y, sin embargo, en ámbitos como la ciencia a penas alcanzan el 30% de representación. Los factores que contribuyen a que la participación de las mujeres en la ciencia sea aún escasa son muchos, pero en general están asociados a estructuras culturales e ideológicas que necesitan transformarse. 

Como señala Audrey Azoulay, directora general de la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO), la ciencia es fundamental para hacer frente a los desafíos actuales —como el cambio climático o la inseguridad alimentaria— y, por ello, el mundo no puede privarse del potencial, la inteligencia y la creatividad de las mujeres. 

De entre los muchos campos donde la ciencia se aplica para dar respuesta a los grandes retos de la humanidad, está la agricultura. Allí, hay mujeres investigando cómo la humanidad podría librarse de los riesgos, siempre latentes, de crisis alimentarias, climáticas y ambientales que podrían, en menos tiempo del que se piensa, poner al mundo en jaque. 

“Hay estudios —de varios investigadores y organizaciones— que han abordado el ciclo de nitrógeno. Uno de estos realizó mediciones de nitratos y amonio en el agua de los drenes, que son pérdidas por escurrimiento. Los resultados muestran que estas aguas, que desembocan en el Golfo de California, están enriquecidas con nitrógeno. Otro de estos estudios evaluó el efecto de estas aguas y se vio que cada vez que hay un riego en el Valle del Yaqui hay un incremento de las algas en el mar —esto está relacionado con zonas de hipoxia (falta de oxígeno) y pérdida de biodiversidad marítima— y esto tiene que ver con la cantidad de nitrógeno que se aplica en la agricultura. Este fenómeno es visible incluso en imágenes de satélite”, comenta María Elena Cárdenas. 

María Elena es biotecnóloga y cuenta con estudios de posgrado en ciencias agropecuarias. Actualmente es parte del equipo de investigación del Hub Pacífico Norte del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), desde donde trabaja para identificar las mejores prácticas sustentables que permitan optimizar el uso de fertilizantes nitrogenados y así lograr que los agricultores de Sinaloa sigan produciendo y, a la vez, se minimice el impacto ambiental de la agricultura. 

“En algún momento me tocó conversar con un productor que tenía una parcela cerca del final del Valle del Yaqui y que tomaba el agua de estos drenes para fertilizar. Me comentaba que no necesitaba fertilizar más sus tierras porque estaban tan ricas de nitrógeno que no necesitaba más nitrógeno que aplicar. Obviamente el uso de estas aguas tiene otros problemas, no es lo ideal utilizarlas, pero es un ejemplo para ilustrar los ricas en nitrógeno que están estas aguas”, continua María Elena. 

“Hace ocho o diez años la dosis máxima que aplicaba un productor en su cultivo de trigo era de aproximadamente 250kg de nitrógeno por hectárea. La forma en la que lo aplicaba era 75% en presiembra y un 25% restante lo aplicaba en el primer riego de auxilio. Bueno, ahora ya no son 250kg de nitrógeno por hectárea, ahora se aplican de 275 a 280kg de nitrógeno en todo el ciclo, se dividen las aplicaciones 55% en presiembra, 30% en el primer riego de auxilio y 15% en el segundo riego de auxilio”.

“Actualmente hemos comprobado que las aplicaciones de presiembra son muy ineficientes. El 30% del nitrógeno que tú aplicas en presiembra ya lo habrás perdido al momento de la siembra. Como no hay planta, estamos dejando el nitrógeno expuesto al ambiente durante 20 días para perderse por lixiviación, por volatilización, por escorrentía o que alguna maleza lo utilice, pero no el cultivo. La propuesta es aplicar 30% a la siembra y el 55% en el primer riego de auxilio. Las aplicaciones cerca de encañe te ayudan a lo que es rendimiento, las aplicaciones cerca del inicio de floración te ayudan a evitar problemas de panza blanca y tener producción de proteína también”. 

Esto no es una idea que se nos ocurrió de la nada, esto está probado: en el Valle del Yaqui se hizo un trabajo en el que se probaron tanto la práctica convencional de aplicación en presiembra como la práctica que proponemos, es decir, evitando las aplicaciones de presiembra y poniendo la mayor cantidad de nitrógeno en el inicio de encañe. Cuando evitamos las aplicaciones de presiembra la proteína en todos los tratamientos se incrementó porque la planta lo esté aprovechando realmente y no se pierde en la medida en que sí ocurre con aplicaciones en presiembra”, enfatiza María Elena. 

Al llevar los resultados de las investigaciones hasta la parcela para compartirlos con los productores, María Elena Cárdenas contribuye a que la ciencia cumpla con su propósito social: mejorar la calidad de vida de la sociedad. Por esta razón, invita a que más niñas y mujeres se interesen en la ciencia para que la humanidad pueda afrontar los grandes retos que tiene delante de sí. 

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Los beneficios de eliminar las aplicaciones de nitrógeno durante la presiembra

“El nitrógeno es un nutriente muy dinámico en el suelo. En muchos sistemas de producción en México se aplica en forma de urea, una fuente de nitrógeno amoniacal que al entrar en contacto con el suelo, agua y materia orgánica inicia procesos de nitrificación (las plantas absorben mejor el nitrógeno cuando está en forma de nitrato), pero los nitratos también suelen perderse con el agua debido a la lixiviación y escorrentía. El nitrógeno no se queda solo como nitrato, después pasa a un proceso de desnitrificación, donde toma forma gaseosa como óxido nitroso, uno de los gases relacionados con la destrucción de la capa de ozono y uno de los que más contribuyen al cambio climático”, refiere María Elena Cárdenas, del Hub Pacífico Norte del CIMMYT. 

En México el 71% del fertilizante nitrogenado se aplica en los cultivos de maíz, trigo y caña de azúcar. La eficiencia de uso de nitrógeno en cereales a nivel mundial se estima en 33% y, en el país, varios trabajos de investigación en cereales en las zonas intensivas bajo riego reportan valores de eficiencia similarmente bajos (31% para el Valle del Yaqui). 

El nitrógeno que no es absorbido por los cultivos se volatiliza (se estima que en México las pérdidas promedio de nitrógeno por volatilización son de 18%), lixivia (proceso por el cual los nutrientes y minerales son arrastrados por el agua) o percola (pérdida de agua hacia las capas de la tierra). En conjunto, se estima que cerca de la mitad del nitrógeno aplicado termina perdiéndose hacia el ambiente causando importantes problemas de contaminación del agua y aire. 

Se ha documentado incluso que las aguas enriquecidas con nitrógeno que escurren de las parcelas de las zonas productivas de Baja California Sinaloa y Sonora desembocan en el Golfo de California, causando grandes floraciones de algas, relacionadas a su vez con zonas de hipoxia (falta de oxígeno) y pérdida de biodiversidad marítima. 

Además, la fertilización tiende a ser el principal costo de producción en los cereales y la fertilización nitrogenada en México representa alrededor del 40% de los costos de producción. En años recientes el costo del nitrógeno se ha elevado significativamente (para 2021 casi se ha duplicado con respecto a 2017), afectando la rentabilidad del cultivo de trigo. Esto significa que los fertilizantes nitrogenados son de los insumos más caro y que se manejan de manera poco eficiente. 

Si se incrementa la eficiencia de uso de nitrógeno se pueden reducir los costos de producción y de esta manera incrementar la rentabilidad del cultivo para reducir el impacto ambiental. Para lograr este propósito, el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y sus colaboradores en la región promueven diversas prácticas y tecnologías derivadas de la investigación científica, entre estas la identificación del momento y la dosis correcta de fertilización nitrogenada, así como la selección de las fuentes de nitrógeno correctas y el lugar de aplicación correcto.

Actualmente el manejo convencional del nitrógeno, para muchos productores del Valle del Yaqui, implica aplicar 55% de la dosis regularmente usada (alrededor de 275 kgN/ha en promedio) durante la presiembra (20 días antes de la siembra), pero gracias a diversos estudios hoy se sabe que las aplicaciones durante la presiembra son muy ineficientes y, de hecho, 30% de lo aplicado en presiembra ya se habrá perdido para el momento de la siembra. 

“Con base en el estudio de la curva de absorción de nitrógeno a través del desarrollo del cultivo de trigo se está proponiendo a los productores cambiar los momentos de aplicación del fertilizante. Esto es, 30% en la siembra, 55% durante el primer riego de auxilio que es cuando se requiere que la planta tenga más el fertilizante para expresar su máximo potencial de rendimiento y 15% cerca de la floración”, comenta la especialista. 

“Eliminar aplicaciones de nitrógeno durante la presiembra contribuye a hacer un uso más eficiente del fertilizante y se ha documentado su efectividad en ensayos con diferentes dosis de nitrógeno (de los 75 a los 300 kgN/ha) en campos de agricultores del Valle del Yaqui. Al eliminar las aplicaciones durante la presiembra no se afectan los rendimientos y la eficiencia del nitrógeno llega a ser de hasta 50% con dosis bajas, a diferencia de las dosis más altas donde la eficiencia del fertilizante es a penas del 30% (ya que el cultivo absorbe lo que necesita y lo demás se pierde). El cambio de los momentos de aplicación del nitrógeno no afectó el rendimiento del trigo y, en cambio, evitar las aplicaciones de presiembra sí favoreció el porcentaje de proteína del grano y por lo tanto constituye una práctica simple y eficiente que los productores pueden implementar”, enfatiza María Elena Cárdenas. 

Con información de María Elena Cárdenas.

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La capa de ozono y los fertilizantes nitrogenados

Texococo, Edo. Méx.- La capa de ozono protege a todos los seres vivos de la mayor parte de la dañina radiación ultravioleta del Sol que puede causar, entre otras cosas, quemaduras y cáncer en la piel, cataratas en los ojos, problemas con el sistema inmune y alteraciones en la fotosíntesis de las plantas.

El “agujero” en la capa de ozono forma parte de un fenómeno natural —diferente del calentamiento global— que ocurre en los polos durante el invierno, pero que es agravado por la emisión de gases clorofluorocarbonos —provenientes principalmente de la industria—. También el óxido nitroso es un gas que afecta la capa de ozono. Este gas contaminante es producto de la síntesis y aplicación de fertilizantes nitrogenados que son empleados en la agricultura.

El nitrógeno (N) está involucrado en la producción de la clorofila, sustancia que les da a las plantas su característico color verde. Este elemento esencial es indispensable para el crecimiento y la fotosíntesis vegetal, así como para la obtención de buenos rendimientos en la producción agrícola. Sin embargo, su ciclo y absorción son procesos muy complejos —en la naturaleza este elemento es abundante en el aire, pero escaso en el suelo—, por lo que en el ámbito agrícola se debe recurrir a los fertilizantes nitrogenados, cuya aplicación es igualmente compleja.

Cultivos como el trigo, por ejemplo, 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 está relacionado 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. 

El uso de sensores ópticos permite hacer un uso racional del fertilizante nitrogenado al determinar con mayor precisión la dosis que los cultivos requieren. Esto favorece una mayor uniformidad del cultivo, un ahorro importante de fertilizante y —en consecuencia— una optimización de este.

Los sensores ópticos funcionan leyendo los valores NDVI (Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada) tanto de una franja de referencia como del área de diagnóstico, donde se aplicaría la recomendación de fertilización dada por el sensor. Estos valores son una estimación del “verdor” de las plantas —una planta sana tiene un color característico, señal de una actividad fotosintética y una nutrición adecuada—, que el sensor procesa mediante un modelo matemático para, finalmente, arrojar una recomendación.

Los sensores ópticos son una de las tecnologías que promueve el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) para disminuir el impacto ambiental de la agricultura. Si algún productor está interesado en saber más sobre esta tecnología, puede contactar a nuestro equipo técnico: @accimmyt

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Comunicados de prensa

Los trigos eficientes en nitrógeno pueden proporcionar más alimentos con menos emisiones de gases de efecto invernadero

Una colaboración internacional ha descubierto y transferido a variedades de trigo de élite un segmento cromosómico de la hierba silvestre que hace que las raíces segreguen inhibidores naturales de la nitrificación, lo que ofrece una forma de reducir el uso de fertilizantes pesados para el trigo y de disminuir las fugas de nitrógeno del cultivo a las vías fluviales y al aire, al tiempo que se mantiene o aumenta su productividad y la calidad del grano, según un nuevo informe en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América.

El cultivo de variedades de trigo dotadas del rasgo de inhibición biológica de la nitrificación (BNI, en inglés) podría aumentar el rendimiento tanto en suelos bien fertilizados como en los pobres en nitrógeno, según G.V. Subbarao, investigador del Centro Internacional de Investigación de Ciencias Agrícolas de Japón (JIRCAS) y autor principal del nuevo informe.

«El uso de variedades de trigo que presentan BNI abre la posibilidad de una mezcla más equilibrada y productiva de nutrientes nitrogenados para los campos de trigo, en los que actualmente predominan los compuestos nitrogenados altamente reactivos que proceden en gran parte de los fertilizantes sintéticos y pueden dañar el medio ambiente», dijo Subbarao.

El trigo, el cultivo alimentario más extendido del planeta, es consumido por más de 2.500 millones de personas en 89 países. Casi una quinta parte de los fertilizantes a base de nitrógeno que se utilizan en el mundo se destinan cada año al cultivo del trigo, pero, al igual que ocurre con otros grandes cereales, hortalizas y frutas, el cultivo absorbe menos de la mitad del nitrógeno aplicado.

Gran parte del resto es arrastrado por la corriente, contaminando las aguas subterráneas con nitrato y contribuyendo a la proliferación de algas en lagos y mares, o es liberado al aire, a menudo como óxido nitroso, un gas de efecto invernadero 300 veces más potente que el dióxido de carbono.

El equipo del estudio se centró primero en la región cromosómica asociada a la fuerte capacidad de BNI en la especie de hierba perenne Leymus racemosus y la trasladó de la hierba, mediante técnicas de «cruce amplio», al cultivar Chinese Spring, una variedad autóctona de trigo utilizada a menudo en estudios genéticos. A partir de ahí, transfirieron la secuencia cromosómica BNI a varias variedades de trigo de élite de alto rendimiento, lo que permitió casi duplicar su capacidad BNI, medida mediante análisis de laboratorio del suelo cerca de sus raíces.

Los nuevos trigos —variedades de élite del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en las que se cruzó el rasgo BNI— redujeron en gran medida la acción de los microbios del suelo que suelen convertir los fertilizantes y las sustancias orgánicas nitrogenadas en compuestos ecológicamente nocivos, como el gas óxido nitroso, según Hannes Karwat, becario posdoctoral del CIMMYT y coautor del estudio.

«La alteración del ciclo del nitrógeno en el suelo se reflejó incluso en el metabolismo de las plantas», dijo Karwat, «dando lugar a varias respuestas indicativas de una absorción de nitrógeno más equilibrada en las plantas.”

Los científicos implicados dijeron que los trigos convertidos en BNI en este estudio también mostraron una mayor biomasa global y rendimiento del grano, sin efectos negativos en los niveles de proteína del grano o en la calidad de la panificación.

«Esto señala el camino para que los agricultores puedan alimentar a los futuros consumidores de trigo utilizando menores dosis de fertilizantes y reduciendo las emisiones de óxido nitroso», dijo Masahiro Kishii, un citogenetista de trigo del CIMMYT que contribuyó a la investigación. «Si podemos encontrar nuevas fuentes de BNI, podremos desarrollar una segunda generación de variedades de trigo de élite que requieran aún menos fertilizantes y que disuadan mejor las emisiones de óxido nitroso».

En un artículo reciente de PNAS realizado por Subbarao y el científico de la Universidad de Princeton Timothy D. Searchinger se menciona al BNI como una tecnología que puede ayudar a fomentar suelos con una mezcla más homogénea de fuentes de nitrógeno, incluyendo más del compuesto menos reactivo químicamente, el amonio, una condición que puede aumentar el rendimiento de los cultivos y reducir las emisiones de óxido nitroso.

CIMMYT researcher Masahiro Kishii examines wheat plants in a greenhouse. (Photo: CIMMYT)
El investigador del CIMMYT Masahiro Kishii examina plantas de trigo en un invernadero. (Foto: CIMMYT)

¿Escala para frenar el calentamiento global?

El presente estudio llega justo cuando el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) ha publicado su Sexto Informe de Evaluación, en el que, entre otras cosas, se afirma que «… limitar el calentamiento global inducido por el hombre… requiere limitar las emisiones acumuladas de CO2… junto con fuertes reducciones de otras emisiones de gases de efecto invernadero».

En todo el mundo, el 30% de las emisiones de gases de efecto invernadero proceden de la agricultura. Los cultivos de trigo con BNI pueden desempeñar un papel importante en la reducción de esa huella. Los países productores de trigo que se han comprometido con el Acuerdo Climático de París, cuyas disposiciones incluyen la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en un 30% para 2050, podrían ser los primeros en adoptar la tecnología BNI, junto con China e India, los dos principales productores de trigo del mundo, según Subbarao.

«Este trabajo ha demostrado la viabilidad de introducir segmentos cromosómicos controlados por la tecnología BNI en los trigos modernos, sin alterar su rendimiento ni su calidad», dijo Subbarao. «Para aprovechar todo el potencial de la tecnología, tenemos que transferir la característica BNI a muchas variedades de élite adaptadas a diversas zonas de cultivo de trigo y evaluar su rendimiento en muchos entornos agrícolas y con distintos niveles de pH del suelo, fertilización y uso del agua».

Recientemente, Japón ha aprobado un proyecto para establecer sistemas de producción de trigo eficientes en nitrógeno en las llanuras indogangéticas utilizando la BNI, que está en marcha, con la colaboración del JIRCAS, el Consejo Indio de Investigación Agrícola (ICAR) y el Instituto Borlaug para el Sur de Asia (BISA). En el marco del proyecto, se ensayarán en la India líneas de trigo convertidas en BNI, desarrolladas a partir de la colaboración entre el JIRCAS y el CIMMYT, y se transferirá el rasgo BNI a las variedades nacionales de trigo más populares.

«La tecnología BNI también aparece en Green Technology, un documento político del gobierno japonés para avanzar hacia una economía con cero emisiones de carbono», dijo Osamu Koyama, Presidente de JIRCAS, que también ha publicado una nota sobre el nuevo estudio del PNAS.

«Las soluciones de adaptación y mitigación como la tecnología BNI, que ayudan a disminuir la huella de los sistemas de producción de alimentos, desempeñarán un papel importante en la investigación para el desarrollo del CGIAR, como parte de las Iniciativas One CGIAR a partir de 2022», dijo Bram Govaerts, Director General del CIMMYT.

PUBLICACIONES DE INVESTIGACIÓN RELACIONADAS:

El uso de genes de hierbas silvestres para combatir la nitrificación en el cultivo de trigo: Una solución basada en la naturaleza (en inglés)

OPORTUNIDADES DE ENTREVISTA:

Hannes Karwat – Becario postdoctoral, Eficiencia en el uso del nitrógeno, Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT)

Masahiro Kishii – Citogenética del trigo, Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT)

Victor Kommerell – Director del Programa de Investigación de Trigo del CGIAR (WHEAT)

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Rodrigo Ordóñez, Gerente de Comunicaciones, CIMMYT. r.ordonez@cgiar.org, +52 (55) 5804 2004 ext. 1167.