Consulta al experto: Darryl Ramoutar de gChem sobre la gestión del nitrógeno.

Darryl Ramoutar, Ph.D., Director Técnico Global de Agricultura de gChem

AgriBusiness Global: ¿Podría describir cómo se logra la estabilización del nitrógeno mediante química y microorganismos beneficiosos? ¿Cuáles son los beneficios de usar este tipo de tecnología? ¿En qué aplicaciones resulta más útil?

Darryl RamoutarEl nitrógeno es un nutriente fundamental en la producción de cultivos, ya que permite a las plantas construir tejido estructural y mantener los procesos metabólicos que impulsan el crecimiento y el rendimiento. En los sistemas naturales, los microorganismos del suelo convierten el nitrógeno atmosférico y la materia orgánica en descomposición en formas asimilables por las plantas mediante la fijación de nitrógeno, la mineralización (amonificación) y la nitrificación. Si bien estos procesos aportan algo de nitrógeno, son insuficientes para satisfacer las demandas de la agricultura contemporánea de alto rendimiento.

En consecuencia, la fertilización nitrogenada suplementaria es una práctica habitual y un componente fundamental de la seguridad alimentaria mundial. Los cultivos de cereales modernos, como el maíz, el trigo y el arroz, se seleccionan para aumentar su productividad y la acumulación de biomasa, lo que requiere niveles de nitrógeno que superan la capacidad natural del suelo.

En los sistemas de agricultura comercial, el nitrógeno sintético se aplica en diversas formas químicas, cada una con características distintas de manipulación, aplicación y absorción. Las fuentes comunes incluyen la urea, valorada por su alta concentración de nitrógeno y su rentabilidad; el amoníaco anhidro, una fuente de nitrógeno de alta concentración que se inyecta en el suelo a presión; el nitrato de amonio, que proporciona nitrógeno inmediatamente disponible pero requiere una manipulación cuidadosa; y el nitrato de urea y amonio, un fertilizante líquido idóneo para la fertirrigación y la aplicación de precisión.

ABG: ¿Cuáles son los efectos a largo plazo sobre la salud del suelo y la diversidad microbiana?

DR: Los suelos pueden mejorarse con microorganismos beneficiosos para estabilizar el nitrógeno, principalmente mediante la inmovilización biológica y la absorción competitiva de nutrientes. Al introducir inoculantes microbianos, los microorganismos del suelo asimilan el nitrógeno inorgánico (como el amonio y el nitrato) para construir biomasa celular, transformándolo temporalmente en formas orgánicas menos susceptibles a la lixiviación o la volatilización. A medida que las poblaciones microbianas se renuevan y descomponen, este nitrógeno inmovilizado se mineraliza gradualmente y se libera de nuevo en la zona radicular, funcionando así como una fuente de nutrientes de liberación lenta para las plantas. Cabe destacar que, si bien la desnitrificación microbiana puede provocar la pérdida de nitrógeno, la alta calidad del suelo se basa en una combinación equilibrada de propiedades biológicas, químicas y físicas del mismo.

Según Chen yAlabama. (2002, 2003), varios procesos microbianos clave están involucrados en las transformaciones del nitrógeno del suelo. Estos incluyen bacterias fijadoras de nitrógeno, como Rhizobia, que convierten el nitrógeno atmosférico (N₂) en compuestos nitrogenados biológicamente disponibles que las plantas pueden utilizar para su crecimiento. Además, las bacterias nitrificantes desempeñan un papel fundamental en el ciclo del nitrógeno; los microorganismos oxidantes de amoníaco (a menudo denominados nitritizadores) oxidan el amonio a nitrito, mientras que los microorganismos oxidantes de nitrito (nitratizadores) oxidan aún más el nitrito a nitrato. En los ecosistemas naturales y gestionados, estas comunidades microbianas del suelo promueven colectivamente un ciclo del nitrógeno eficiente, mejoran la retención de nutrientes y aumentan la sincronía entre la disponibilidad de nitrógeno y la demanda de las plantas.

ABG: ¿Existen dificultades al utilizar este tipo de tecnología? ¿Cómo se pueden superar?

DR: Independientemente de su formulación, todas las fuentes de nitrógeno son susceptibles a la pérdida por volatilización, lixiviación y desnitrificación. Para mejorar la eficiencia del uso del nitrógeno y proteger el potencial de rendimiento, los agricultores recurren cada vez más a tecnologías de estabilización. Los inhibidores de la ureasa, como la N-(N-butil)tiofosfórica triamida (NBPT), ralentizan la conversión de la urea en amoníaco gaseoso, reduciendo las pérdidas por volatilización, mientras que los inhibidores de la nitrificación, como la nitrapirina y la diciandiamida, limitan temporalmente la conversión microbiana de amonio a nitrato, disminuyendo la lixiviación y la desnitrificación. Además, los fertilizantes recubiertos con polímeros proporcionan una liberación controlada de nutrientes, ajustando la disponibilidad de nitrógeno a los patrones de absorción del cultivo.

A pesar de su valor agronómico, el NBPT presenta desafíos en su formulación debido a su limitada solubilidad e inestabilidad química, lo que requiere sistemas de solventes robustos para lograr productos comerciales concentrados y estables. Durante décadas, la N-metil-2-pirrolidona (NMP) fue el solvente preferido para las formulaciones de NBPT; su fuerte carácter polar aprótico permite una excelente solubilización del NBPT y otros ingredientes activos similares, lo que facilita la obtención de concentrados de alta concentración con buena estabilidad de almacenamiento. Sin embargo, la NMP ha sido objeto de un escrutinio cada vez mayor tras su clasificación como tóxico para la reproducción, especialmente en la Unión Europea, lo que ha generado presión regulatoria y esfuerzos impulsados por el mercado para eliminar su uso.

ABG: ¿Qué podemos esperar de cara al futuro con esta tecnología? ¿Hay alguna tendencia relacionada a la que debamos prestar atención?

DR: Los formuladores han recurrido a sistemas de solventes alternativos con perfiles mejorados de seguridad y sostenibilidad. El lactato de etilo, un solvente biodegradable derivado de materias primas renovables, ha captado la atención debido a su baja toxicidad y características ambientales favorables. Otra opción emergente es la dihidrolevoglucosenona, un solvente aprótico dipolar producido a partir de celulosa mediante el procesamiento de pulpa de madera. Si bien estos materiales difieren del NMP en su poder solvente y propiedades físicas, las estrategias adecuadas de mezcla y formulación pueden lograr una solubilidad y estabilidad aceptables del NBPT. Los glicoles, en particular el propilenglicol, también se incorporan comúnmente como cosolventes o auxiliares de formulación. Cuando se utilizan en combinación con solventes primarios y estabilizadores, los glicoles pueden mejorar la miscibilidad, controlar la viscosidad y mejorar el rendimiento a bajas temperaturas, además de contribuir a una vida útil prolongada. Su amplia aceptación regulatoria los convierte en componentes atractivos de las formulaciones modernas de estabilizadores.

El dimetilsulfóxido (DMSO) representa otra alternativa polar aprótica potencial, que ofrece una alta solubilidad y menor preocupación regulatoria en comparación con el NMP. Las conocidas propiedades penetrantes del DMSO pueden influir en la distribución del nitrógeno estabilizado en los sistemas suelo-planta, aunque tales efectos requieren una evaluación cuidadosa para garantizar el beneficio agronómico y el cumplimiento de las directrices de seguridad. En general, el abandono del NMP ha acelerado la adopción de sistemas de solventes multicomponentes. En lugar de reemplazar solventes individuales, las formulaciones exitosas de NBPT se basan cada vez más en mezclas personalizadas que equilibran el rendimiento, la seguridad, el cumplimiento normativo y la sostenibilidad, lo que refleja las tendencias más amplias que dan forma a la innovación en las tecnologías de manejo del nitrógeno.