Un estudio revela que el suelo, y no los fertilizantes, es la principal fuente de pérdida de nitrógeno gaseoso en los arrozales
Beijing, China, Asia.- La producción de arroz depende en gran medida de los fertilizantes nitrogenados, especialmente en China, donde las tasas de aplicación son de dos a tres veces superiores al promedio mundial. Al mismo tiempo, se pierde una gran cantidad de nitrógeno en el medio ambiente, principalmente en forma de N₂ . Los científicos asumieron ampliamente que el nitrógeno de los fertilizantes era la principal fuente de esta pérdida de N₂ , una conclusión que se vio reforzada por la dificultad técnica de distinguir el N₂ emitido por el suelo del nitrógeno atmosférico de fondo.
Un nuevo estudio, liderado por el profesor Yan Xiaoyuan del Instituto de Ciencias del Suelo de la Academia China de Ciencias, ha refutado esta creencia arraigada sobre la pérdida de nitrógeno en la agricultura. Publicado en PNAS el 22 de abril como artículo de portada, el estudio revela que la mayor parte de las emisiones de nitrógeno gaseoso (N₂ ) de los arrozales provienen del nitrógeno orgánico del suelo (NOS), y no de los fertilizantes aplicados.
También propone un mecanismo novedoso para explicar este fenómeno, transformando nuestra comprensión del ciclo del nitrógeno en la agricultura.
En este estudio, los investigadores emplearon una novedosa metodología de observación in situ que combina el marcaje isotópico de 15N con la espectrometría de masas con entrada de membrana (MIMS). Este enfoque permitió la medición simultánea de las emisiones de N₂ , amoníaco (NH₃ ) y óxido nitroso (N₂O ) durante toda la temporada de cultivo de arroz, a la vez que se identificaban sus fuentes.
Los resultados fueron sorprendentes: entre el 72 % y el 75 % de las emisiones de N₂ provenían del nitrógeno orgánico del suelo (SON), no del nitrógeno de los fertilizantes. Este hallazgo fue confirmado de forma independiente en un experimento de fertilización de 14 años.
En cambio, las emisiones de NH₃ se vincularon principalmente a los fertilizantes aplicados, mientras que las emisiones de N₂O se originaron tanto en el suelo como en los fertilizantes. Los investigadores también identificaron un patrón estacional de compensación: la volatilización de NH₃ predominó en las pérdidas de nitrógeno durante las primeras etapas de crecimiento, mientras que las emisiones de N₂ se volvieron dominantes más adelante en la temporada.
Basándose en estas observaciones, los investigadores propusieron un mecanismo de «bomba microbiana de nitrógeno» para explicar este proceso. Tras la aplicación de fertilizantes, el amonio derivado de la urea (NH₄⁺ ) es rápidamente asimilado por los microbios del suelo para sustentar el crecimiento, creando un desequilibrio estequiométrico de carbono a nitrógeno. Para restablecer este equilibrio, la actividad microbiana acelera la descomposición de la materia orgánica nativa del suelo, movilizando el nitrógeno orgánico del suelo (SON) y liberando grandes cantidades de NH₄⁺ derivado del suelo .
Este «nitrógeno antiguo» se convierte posteriormente en N₂ mediante procesos de nitrificación y desnitrificación, y se libera a la atmósfera. El nitrógeno orgánico mineralizado se repone solo parcialmente mediante el ciclo microbiano del nitrógeno.
«En otras palabras, el fertilizante no se convierte directamente en nitrógeno gaseoso. En cambio, activa las reservas de nitrógeno del suelo, lo que provoca indirectamente mayores pérdidas de nitrógeno», explicó el profesor XIA Longlong, uno de los investigadores.
Además de proporcionar la primera explicación sistemática que relaciona la fertilización, los procesos microbianos, la mineralización del nitrógeno orgánico del suelo y la pérdida de nitrógeno gaseoso, el estudio ofrece soluciones prácticas.
Los investigadores descubrieron que las variedades híbridas de arroz mejoran la eficiencia de absorción de nitrógeno y la utilización microbiana del mismo, reduciendo las pérdidas de nitrógeno gaseoso en relación con el rendimiento en aproximadamente un 43%, manteniendo al mismo tiempo una alta productividad. Esto sugiere que la integración del mejoramiento genético de cultivos con la regulación de la interacción suelo-microorganismo podría contribuir a lograr altos rendimientos y un menor impacto ambiental.
Al identificar el SON como la principal fuente de emisiones de N₂ , este estudio redefine fundamentalmente nuestra comprensión del ciclo del nitrógeno en los ecosistemas arroceros. Además, proporciona un nuevo marco teórico para mejorar la eficiencia en el uso del nitrógeno, optimizar los balances globales de nitrógeno y desarrollar prácticas agrícolas sostenibles.
