Un grupo de investigadores del Centro de Estudios e Investigación para la Gestión de Riesgos Agrarios y Medioambientales (CEIGRAM) del cual Mónica Montoya es miembro, en colaboración con otros investigadores del Departamento de Microbiología de Suelos y Sistemas Simbióticos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha llevado a cabo un estudio sobre cómo los fertilizantes a base de zinc influyen en las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un cultivo de secano.

El Zinc (Zn) es un micronutriente esencial necesario para una correcta nutrición de cultivos, animales y seres humanos (Hambidge, 2000; Marschner, 1993). Su gran importancia es debida a su participación en diversos sistemas enzimáticos, lo que contribuye a la producción de energía, síntesis de proteínas y regulación del crecimiento. Sin embargo, la tercera parte de la población mundial se ve afectada por la deficiencia en este micronutriente, sobre todo en países donde su dieta principal está basada en el consumo de cereales (Hotz and Brown, 2004; Stein, 2010).

Existen varias causas que producen dicha deficiencia, entre ellas cabe resaltar la escasa cantidad y solubilidad de Zn en los suelos agrícolas, lo que requiere establecer una estrategia de subsanación. En este sentido, la biofortificación parece ser una estrategia de alta calidad, que se realiza a través de la fertilización (Cakmak, et al., 2016). En la fertilización de los cultivos pueden emplearse distintos métodos, entre los que destaca la aplicación de una mezcla de fertilizantes con micronutrientes y macronutrientes. Este hecho llevó a los investigadores del proyecto al estudio de la interacción entre Zn y nitrógeno (N), ya que ensayos previos en trigo demostraron que un manejo adecuado del N aseguraría una mejora en la nutrición de Zn en el grano y la planta.

Respecto a las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), los inhibidores de la nitrificación pueden ser clasificados según su mecanismo de acción, de este modo podemos encontrar aquellos que inhiben mediante quelación de metales, y han demostrado un alto potencial de mitigación de GEI (Ruser and Schulz, 2015). Por consiguiente, los quelatos podrían ejercer una acción similar sobre las emisiones de GEI (óxido nitroso, N2O; metano, CH4 y dióxido de carbono, CO2). Hasta la fecha, existe una escasa información al respecto, así como del efecto sobre los procesos microbianos del suelo involucrados en los flujos de emisión.

En este contexto, los investigadores realizaron un experimento de campo de un año de duración utilizando un cultivo de trigo de invierno (Triticum aestivum L.) en la zona central de España. Los tratamientos a evaluar consistieron en distintas fuentes de Zn: un fertilizante convencional como el ZnSO4, una mezcla de quelatos sintéticos DTPA-HEDTA-EDTAZn aplicado con ácidos húmicos y fúlvicos y Zn aplicado con lignosulfonato combinados con 3 dosis de N: 0, 120 y 180 kg N/ha. Todas las fuentes de Zn se aplicaron vía suelo/foliar por medio de un pulverizador, en una solución junto con el fertilizante nitrogenado (urea).

Si bien el objetivo inicial era estudiar la sinergia entre ambos nutrientes en base a la asimilación de N y biofortificación en Zn, se decidió también medir la emisión de GEI (N2O, CH4 y CO2), por medio de cámaras estáticas y cromatografía de gases, y estudiar la abundancia de genes de microorganismos implicados en la emisión de N2O.

Los resultados confirmaron las hipótesis iniciales: algunos de los tratamientos tuvieron un efecto significativo en las emisiones de N2O. Estos resultados se achacaron al efecto “fuente de Zn”, por encima de la biodisponibilidad del micronutriente o del efecto sinérgico Zn-N. Así, la aplicación de Zn con ácidos húmicos y fúlvicos incrementó la abundancia total de los genes implicados en la producción de N2O tanto por nitrificación como por desnitrificación, provocando un incremento en la emisión de N2O.

Por el contrario, el quelato sintético DTPA-HEDTA-EDTA mitigó las emisiones de N2O en más de un 20%, por medio de la quelación de Cu (cofactor enzimático en algunas etapas de la nitrificación y desnitrificación). Esto quedó confirmado por la disminución del contenido de Cu asimilable en suelo, así como de las abundancias totales de genes implicados en ambas reacciones del ciclo de N.

La abundancia del gen nosZ, implicado en la reducción del N2O a N2, aumentó en más de un 30% con la aplicación del quelato sintético. Además, este tratamiento redujo significativamente la respiración del suelo (emisión de CO2), sugiriendo un efecto generalizado sobre la biomasa microbiana. Pese a esto, los mecanismos implicados en estos resultados deben ser estudiados en otros agrosistemas (ej. cultivos irrigados de verano como el maíz), puesto que los resultados en cultivos inundados (arrozales) son opuestos a los obtenidos por el equipo de la UPM en condiciones de secano y clima Mediterráneo (Pramanik y Kim, 2017).

Entre las conclusiones del estudio cabe destacar que la aplicación de quelatos, pese a ser en muy pequeña dosis (0.36 kg Zn/ha), afecta significativamente a la emisión de N2O. El uso de quelatos sintéticos en cultivos sensibles al Zn (como el trigo panadero) y suelos con déficit en este micronutriente, junto con una dosis de N de 120 kg/ha es una estrategia win-win que minimizó las emisiones de N2O por kg de cosecha e incrementó el contenido de Zn en grano. El efecto sobre reacciones (desnitrificación) o microorganismos no-objetivo deberá, por otra parte, evaluarse en ensayos futuros para conocer al detalle el efecto de estos productos en la calidad biológica del suelo, tal y como se estudia para los inhibidores de la nitrificación o de la ureasa.

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REFERENCIAS

  1. Cakmak, I., McLaughlin, M.J., White, P., 2016. Zinc for better crop production and human health.
  2. Glass, J., Orphan, V.J., 2012. Trace metal requirements for microbial enzymes involved in the production and consumption of methane and nitrous oxide. Front. Microbiol. 3, 61.
  3. Hambidge, M., 2000. Human zinc deficiency. J. Nutr. 130,1344-1349.
  4. Hotz C, Brown KH. 2004. Assessment of the risk of zinc deficiency in populations and options for its control. Food Nutr. Bullettin. 25, 94–204.
  5. Marschner, H. 1993. Zinc uptake from soils. In: Robson AD, ed. Zinc in Soils and Plants. Dordrecht:Kluwer Acad. Publ. 59-57
  6. Pramanik, P., Kim, P.J., 2017. Contrasting effects of EDTA applications on the fluxes of methane and nitrous oxide emissions from straw-treated rice paddy soils. J. Sci. Food Agric. 97, 278-283.
  7. Ruser, R., Schulz, R., 2015. The effect of nitrification inhibitors on the nitrous oxide (N2O) release from agricultural soils—a review. J. Plant Nutr. Soil Sci. 178, 171-188.
  8. Stein, A. J. 2010. Global impacts of human mineral malnutrition.Plant Soil.335, 133–154.

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