Retrogradación del fósforo

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Los nutrientes mayoritarios que necesitan las plantas son nitrógeno, fósforo y potasio, de ahí que un fertilizante básico se denomine NPK, por su símbolo periódico respectivo. A través de la raíz, la planta toma estos y otros elementos (llamados oligonutrientes) del suelo. Para asegurar tanto una buena cosecha como que no haya contaminación ambiental, es necesario conocer la química de estos elementos en el suelo, y también en qué formas son captados por la planta. Antes se fertilizaba atendiendo solo a la primera variable, pero ahora se ha desarrollado suficientemente la ciencia como para conocer qué ocurre al aplicar fertilizante químico a un suelo. La llamada Química del Suelo trata de todos estos temas. Nos permite conocer que existen distintos tipos de suelo, que clasificamos de forma general en ácidos o básicos (según el pH o grado de acidez), esto es importante porque nos indica qué elementos estarán más o menos disponibles en el lugar de cultivo.

Se conoce que hemos sobrefertilizado el suelo con fertilizantes de fósforo: el fósforo se combina de forma irreversible con hierro, calcio y aluminio generando sales, que la planta no puede captar (es lo que se llama retrogradación del fósforo): el agricultor para solucionar el problema añadía más fertilizante y punto. Pero el suelo ha acabado contaminado con tanto fósforo que se ha filtrado a las aguas subterráneas, produciendo un problema conocido como eutrofización de las aguas. En realidad, el proceso de eutrofización es natural: en un lago habitan especies vegetales y animales, que al morir, van formando sedimentos en el fondo hasta que el lago deja de serlo. Es un proceso que dura mucho tiempo, pero que estamos acelerando de forma artificial con nutrientes como el nitrógeno y especialmente el fósforo. Cuando hay una cantidad superior de fósforo, se produce la proliferación de microalgas, que acaban cubriendo toda la superficie, de manera que agotan el oxígeno disuelto en agua, acelerando el proceso de muerte y sedimentación. 

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Por esto, se están desarrollando nuevos fertilizantes que liberen el fósforo según las necesidades de la planta, de manera que se consiga una mayor productividad económica (mayor cosecha con menos fertilizante) y menor contaminación (si el fósforo no se libera, o todo lo que se libera es tomado por la planta, se evita la sobrefertilización). Se puede conseguir que el fósforo quede atrapado en una matriz inorgánica (y así no sea tomado por la planta) y también retenerlo en sustancias húmicas que aseguran que la planta lo tome según sus necesidades. Son los llamados fertilizantes PMHA, donde la P viene de fósfor que se une a los ácidos húmicos (HA) por medio de puentes estables con metal (M). De cara a diseñar el mejor fertilizante (al final toda química sostenible se basa en el diseño), se probó a complejar el fósforo no solo con las sustancias húmicas, sino también con hierro, aluminio y calcio. Se estudió tanto la fijación de fósforo en el suelo (contaminación) y la liberación de fósforo a la solución de suelo (donde puede ser captado por la planta). Se demostró, con modelos teóricos y de forma práctica que este tipo de fertilizantes incrementan la absorción de fósforo por la planta en suelos que presentan una alta fijación de fósforo.

Esto se simula en el laboratorio tomando muestras de suelo ácido y básico tratados con distintos fertilzantes: los convencionales y los PMHA. Se guardan en botes cerrados y en la oscuridad (simulando las condiciones del terreno), y se toma muestra cada ciertos días: se mide el fósforo que estaría disponible para la planta. Al final, el método tiene sus limitaciones: hay que ver si las plantas son capaces de obtenerlo. Por lo que en un invernadero, se cultivan plantas en muestras de suelo, controlando la cantidad de fertilizante añadida, así como el riego. Posteriormente, se cosecha, comparando peso húmedo y seco de las plantas (para observar qué tratamiento es más beneficioso), y se mide el fósforo que ha quedado en el suelo.

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Este post participa en la XVIII Edición del Carnaval de Química, alojado por XdCiencia

Referencias

Urrutia et al. (2012). Theoretical chemical characterization of phosphate-metal–humic complexes and relationships with their effects on both phosphorus soil fixation and phosphorus availability for plants J. Sci. of Food and Agric. DOI: 10.1002/jsfa.5756