Fertilizantes nitrogenados; principal fuente de emisión de óxido nitroso en la agricultura y estrategias para mitigar su impacto
El óxido nitroso (N2O) es el más potente gas de efecto invernadero (GEI) generado por la agricultura en el mundo. Este gas tiene una capacidad para atrapar el calor 300 veces superior al CO2 de manera que, aun cuando no se emite a la atmósfera en cantidades comparables, desempeña un papel muy significativo en el calentamiento global.
Las emisiones de este GEI son parte del ciclo del nitrógeno, y se originan como consecuencia de procesos microbiológicos naturales que ocurren en el suelo durante la nitrificación y des-nitrificación de fuentes nitrogenadas como el estiércol, la biomasa vegetal y los fertilizantes nitrogenados sintéticos (Figura 1).
En la nitrificación, el N2O se genera durante la oxidación del amonio (NH4+) a nitrito (NO2–) asociada a bacterias del género Nitrosomonas. La oxidación del nitrito a nitrato (NO3–) la realiza un grupo distinto de bacterias llamadas Nitrobacter, sin emisión de N2O. Ambas etapas ocurren en condiciones aeróbicas y, por tratarse de reacciones biológicas, son fuertemente dependientes de la temperatura y humedad del suelo.
En la des-nitrificación, el N2O se emite cuando el nitrato (NO3–) se reduce a nitrógeno molecular (N2), un gas inocuo que representa el 78% de los gases en la atmósfera. Esta reducción ocurre en condiciones de anaerobiosis (sin requerimiento de oxígeno), por lo que se trata de un proceso microbiológico frecuente durante otoño e invierno y que es particularmente intenso en suelos agrícolas posterior a la ocurrencia de lluvias.
Durante la des-nitrificación también se libera óxido nítrico (NO), un gas que puede reaccionar con el ozono (O3) estratosférico para formar oxígeno (O2) y óxido nitroso [1]. En consecuencia, y sin ser un GEI, el óxido nítrico es un potente destructor de la capa de ozono.
Entre las fuentes nitrogenadas que participan como sustrato de la nitrificación y des-nitrificación, los fertilizantes nitrogenados sintéticos son la fuente de emisión de N2O de mayor impacto a nivel global. En Chile, esta fuente de emisión representó el 68,8% del total de emisiones directas de N2O desde suelos agrícolas en el año 2010 [2]. Por lo tanto, cualquier estrategia dirigida a mitigar la generación de este GEI desde suelos agrícolas debe focalizarse en mejorar la eficiencia de uso del nitrógeno. Entre las opciones, tanto el manejo racional de las aplicaciones de nitrógeno así como la adopción de innovaciones tecnológicas son las que pudieran tener mayor impacto.
Manejo racional del nitrógeno
La evidencia de la literatura indica que la emisión de N2O desde suelos agrícolas está exponencialmente relacionada con la dosis de fertilización nitrogenada utilizada, cuando ésta excede la requerida para el óptimo económico (Figura 2) [3,4,5]. De lo anterior se deriva que la utilización de dosis de nitrógeno racionales es la más relevante, simple, económica y sustentable recomendación para contribuir a reducir la emisión de N2O desde suelos agrícolas.
Cuando está disponible, las plantas pueden absorber nitrógeno más allá de sus requerimientos sin necesidad de manifestar síntomas de exceso o toxicidad. En nutrición mineral, este comportamiento se conoce como “consumo de lujo” ya que la planta utiliza energía para absorberlo, transportarlo y almacenarlo, sin un beneficio neto. En consecuencia, la utilización de dosis de nitrógeno racionales debiera complementarse con análisis foliares cada cierto tiempo de manera de verificar la efectividad de los programas de fertilización de cultivos.
Innovaciones tecnológicas
La principal tecnología disponible para mitigar la emisión N2O desde fertilizantes nitrogenados es el uso de inhibidores de la nitrificación. Estos productos reducen la actividad de las bacterias Nitrosomonas retrasando la oxidación del amonio a nitrato. De esta manera el nitrógeno se mantiene en su forma amoniacal lo que reduce la acumulación de nitratos y, como consecuencia, su lixiviación, o su utilización como sustrato en la des-nitrificación.
De acuerdo con la literatura, la efectividad de los inhibidores de la nitrificación en la reducción del N2O puede estar asociada a la especie, fuente de nitrógeno y factores del ambiente [6,7,8], de manera que su respuesta en un cultivo, suelo o clima determinado no puede ser necesariamente extrapolada. Esta dependencia ambiental también la comparten muchos inhibidores de ureasas, la enzima que hidroliza la urea a amoniaco/amonio (Figura 1), y en general cualquier compuesto que participe en la regulación procesos microbiológicos.
Otras opciones para mitigar el N2O generado desde fertilizantes nitrogenados son los fertilizantes de liberación controlada (FLC). Aun cuando la literatura informa de resultados notables con algunos FLC aplicados sólo o en combinación con inhibidores de la nitrificación o de ureasas [9,10], los resultados no son consistentes a través de diferentes ambientes debido probablemente a factores asociados con la liberación del nutriente y con su utilización por los cultivos.
Mientras estas innovaciones tecnológicas no logren masificarse, el manejo racional del nitrógeno, esto es, uso de la dosis correcta, aplicada de la forma correcta, en el periodo correcto y con el fertilizante correcto, seguirá siendo la estrategia más costo-efectiva para mitigar las emisiones de N2O generadas por los fertilizantes nitrogenados en la agricultura.
PHLOEM, Febrero de 2017
www.phloem.cl
Referencias
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