La agricultura moderna se enfrenta a dos grandes dilemas:cómo producir suficientes alimentos para alimentar a la creciente población humana y cómo minimizar el daño ambiental asociado con la agricultura intensiva. Mantener más nitrógeno en el suelo como amonio puede ser una forma clave de abordar ambos desafíos, según un nuevo artículo en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) .

El uso actual de fertilizantes nitrogenados contribuye en gran medida a las emisiones de gases de efecto invernadero, la contaminación del aire, y contaminación del agua, pero también son esenciales para los cultivos. Reducir esta contaminación es fundamental, pero es probable que el uso de nitrógeno aumente con el aumento de la producción de alimentos. Al mismo tiempo, la población humana mundial está aumentando, y la agricultura necesita producir de manera eficiente suficientes alimentos para alimentar a todos sin tener que talar más bosques para la agricultura.

En el pasado, los agricultores han logrado aumentar la producción de alimentos agregando más fertilizantes nitrogenados a sus tierras agrícolas, pero hacerlo ya no es una solución viable o aceptable. En lugar de, los agricultores deberían considerar cambiar a una mezcla de nitrato y amonio, los investigadores argumentan, que puede disminuir la contaminación y aumentar la producción de alimentos. Amonio, una forma de nitrógeno, se adhiere al suelo y, por lo tanto, es menos probable que se filtre a los cursos de agua.

"Los actuales sistemas de fertilizantes son contaminantes, ineficiente, y perjudicial para la salud del ecosistema, "dijo el coautor del artículo Guntur Subbarao, investigador principal del Centro Internacional de Investigaciones de Ciencias Agrícolas de Japón (JIRCAS). "Si la agricultura puede pasar de depender completamente del nitrato en los suelos a un sistema con una mezcla de nitrato y amonio, podría tener consecuencias de gran alcance al limitar la contaminación por nitrógeno al tiempo que aumenta el rendimiento de los cultivos ".

"Las nuevas herramientas para mantener más nitrógeno del suelo existente en forma de amonio también podrían permitir la selección de variedades de cultivos que logren mayores rendimientos a través de una mezcla de formas de nitrógeno, "dijo el coautor Tim Searchinger, investigador senior en el Centro de Investigación de Políticas sobre Energía y Medio Ambiente, que tiene su sede en la Escuela de Asuntos Públicos e Internacionales de la Universidad de Princeton. "Existe la perspectiva de un doble beneficio que reduce la contaminación por nitrógeno, incluidas las emisiones de gases de efecto invernadero, y ayuda al mundo a salvar los bosques produciendo sustancialmente más alimentos en la misma tierra ".

La mayoría de las estrategias para mitigar la contaminación por nitrógeno se basan en limitar la contaminación en el "extremo inicial", tratando de aplicar fertilizantes con más cuidado. Sin embargo, los autores explican que no importa cuán cuidadosamente se aplique el fertilizante, siempre hay una fuga de nitrógeno en el "extremo posterior". Esta fuga se produce porque el nitrógeno del suelo en las tierras de cultivo se convierte rápidamente en nitrato, una forma de nitrógeno que se filtra fácilmente a las aguas subterráneas y vías fluviales y cuya descomposición libera óxido nitroso, un potente gas de efecto invernadero.

Aquí es donde entra el amonio, dicen los autores. No se degrada en óxido nitroso a menos que se convierta primero en nitrato. El artículo muestra que, si bien los altos niveles de amonio son tóxicos para la mayoría de las plantas, Una línea de investigación poco apreciada ha demostrado que una mezcla de nitrato y amonio tiende a incrementar sustancialmente los rendimientos de los cultivos, incluso en un 50% o más, en comparación con las condiciones comunes del suelo hoy en día, que son casi todas de nitratos.

Este hallazgo académico era irrelevante hasta hace poco porque los microorganismos en los campos de cultivo convierten rápidamente el nitrógeno en nitrato en un proceso conocido como nitrificación. Sin embargo, los autores identifican dos formas emergentes de mantener un mayor equilibrio de las formas de nitrógeno en los suelos. Una es utilizar inhibidores de nitrificación sintéticos con recubrimientos para limitar la nitrificación durante períodos prolongados. La otra es aprovechar la capacidad natural de algunas plantas para prevenir la nitrificación. Un rasgo de la planta que evita que los microbios conviertan el amonio en nitrato se descubrió por primera vez en un césped tropical comúnmente plantado, pero los investigadores han comenzado recientemente a cultivar variedades de todos los granos principales, como el trigo, tener esta propiedad.

Al cultivar plantas que se benefician del amonio y que ayudan a la retención de amonio en el suelo al inhibir la nitrificación, agricultores, científicos, y los responsables de la formulación de políticas podrían aumentar efectivamente la producción de alimentos minimizando al mismo tiempo la degradación ambiental. Los autores recomiendan esfuerzos de investigación adicionales, ya que actualmente no existe un apoyo financiero a gran escala para estos esfuerzos. También recomiendan políticas que cambien los subsidios a los fertilizantes hacia formas de fertilizantes o variedades de cultivos que inhiban la nitrificación.

"Un beneficio clave de esta investigación es que una vez que se crean estas variedades, Todos los agricultores del mundo deberían poder utilizarlos sin costes adicionales y con el beneficio de un mayor rendimiento. "Dijo Subbarao.