Por Cristina Muñoz, Dra. en Ciencias
La importancia del nitrogeno en la planta
El nitrogeno (N) es un elemento esencial para el crecimiento de las plantas, debido a que forma parte de las proteinas y otros compuestos organicos como las enzimas, vitaminas, acidos nucleicos, etc. Este elemento constituye entre 1 6% del peso seco de la planta, concentrandose en los tejidos jovenes, especialmente en las hojas. Dentro de las especies cultivadas son las leguminosas las que presentan mayor proporcion debido a la fijacion biologica de N atmosferico, realizada por la simbiosis con bacterias del genero Rhizobium.
Figura 1. Zona Mediterranea de Chile
Las plantas absorben el N como ion nitrato (NO3-) o como amonio (NH4+), pero desde el punto de vista energetico, la absorcion de N en la forma de nitrato involucra un mayor costo energetico. La preferencia de las plantas por amonio o nitrato es determinada por el tipo, edad de la planta y factores ambientales. Sin embargo, en ecosistemas naturales se ha evidenciado que se produce un «ciclo cerrado» del N, con multiples mecanismos que permiten captar el N y conservarlo como amonio, encontrandose hasta 10 veces mas amonio que nitrato en los suelos; en cambio, en suelos agricolas el N es rapidamente mineralizado hacia nitrato, privilegiandose la absorcion de este elemento por las plantas (Subarao et al., 2012).
La dinamica del N en los suelos
Los materiales organicos que son aportados al suelo, como los residuos de cosecha, purines, y otros, contienen diversos nutrientes, entre ellos el N en forma organica (proteinas y aminoacidos), requiriendose un proceso de transformacion desde formas organicas hacia forma mineral para que este elemento pueda ser asimilado por las plantas, este proceso se denomina mineralizacion de N. La mineralizacion del N es un proceso biologico que consiste en diversas transformaciones del N organico a N mineral, mediado por una serie de microorganismos y enzimas. Obteniendose en un primer paso amonio mediante el proceso de amonificacion, donde la enzima ureasa tiene destacada importancia; y en un segundo paso el amonio se oxida hacia nitrato en el proceso de nitrificacion (ecuacion 1), mediante la participacion de bacterias nitrificantes tales como Nitrosomonas y Nitrobacter. Posteriormente, ocurre la desnitrificacion el cual es un proceso de reduccion bioquimica de nitrato, mediado por bacterias del genero Bacillus y Pseudomonas, las cuales utilizan las moleculas de nitrato como aceptores finales de electrones para su metabolismo cuando hay ausencia de oxigeno (O2), generandose oxido nitroso (N2O) y nitrogeno
molecular (N2), tal como se observa en la ecuacion 2 (Stevenson y Cole, 1999).
La aplicacion de fertilizantes nitrogenados y su transformacion en el suelo, estan asociados a perdidas de este nutriente por diversas vias, tales como lixiviacion, escurrimiento superficial y emisiones gaseosas. La principal causa de estas perdidas es debido a su alta solubilidad y rapida mineralizacion en el suelo, generando mermas hasta un 50 % con consecuencias economicas, a la salud humana y medioambientales; las que se reflejan en la eutrofizacion de las aguas superficiales y contribucion a la formacion de gases de efecto invernadero como el oxido nitroso (Reay et al., 2007).
Figura 2. Diversas especies vegetales consideradas en el estudio
Se ha estimado que el oxido nitroso es causante del 5% del calentamiento global y puede llegar hasta valores del 10% en el futuro con incrementos de 0,25% anual, donde las practicas agricolas y ganaderas son responsables del 70 % de dichas emisiones (Reay et al., 2007). Las emisiones de N2O generadas por la agricultura contribuyen en un 87 % al total de las emisiones estimadas para Chile, producto principalmente de la aplicacion de fertilizantes nitrogenados, quema de residuos y manejo de purines (Novoa et al., 2000).
Figura 3. Obtencion de extractos vegetales
Inhibidores de la nitrificacion
Para compensar las perdidas de N disponible por la aplicacion de fertilizantes nitrogenados, se han utilizado inhibidores de la nitrificacion, los cuales favorecen la conservacion del N como amonio, retardando el proceso de conversion a nitrato, principalmente por la inhibicion de la actividad de la enzima amonio monooxigenasa y ureasa traves de diversos mecanismos (Subbarao et al., 2006). Actualmente existen inhibidores sinteticos de la nitrificacion, entre los que se pueden mencionar Diciandiamida (DCD), Dimetilpirazolfosfato (DMPP), Nitrapirina (NP) y 2-Amino-4-Cloro-6-Metilpirimidina (AM), los cuales se diferencian segun su modo de accion. Sin embargo, el efecto a largo plazo en el ambiente de los inhibidores de la nitrificacion aun no ha sido dilucidado.
Figura 4. Estudio de toxicidad aguda en plantas sensibles
A partir de estos antecedentes, es de interes el estudio de vias alternativas de inhibicion de la nitrificacion. En este sentido, una alternativa que se ha evaluado es el uso de compuestos naturales con accion alelopatica sobre los microorganismos responsables de las transformaciones de N en el suelo. Se ha reportado que compuestos tales como fenoles, terpenoides y taninos podrian tener alguna accion inhibitoria en la nitrificacion, como tambien polifenoles, como la catequina y galocatequina en hojas de Madroño comun (Arbutus unedo L.) (Castaldi et al., 2009). En este sentido, Lata et al. (2004) indican que especies vegetales que son capaces de desarrollarse en ecosistemas bajo condiciones adversas de suelo y clima, presentan mecanismos adaptativos que les permiten competir por los recursos, manteniendo la disponibilidad de los nutrientes, especialmente del N, evitando las posibles perdidas.
Gracias al apoyo de un proyecto de investigacion (Fondecyt N° 11100136) y a la Facultad de Agronomia de la Universidad de Concepcion, se ha podido avanzar en la evaluacion de diferentes especies arboreas y arbustivas de la zona Mediterranea de Chile, demostrando efectos importantes de disminucion de la nitrificacion y desnitrificacion en los suelos agricolas. Es asi que se ha enfocado el estudio desde diversos aspectos, desde la identificacion de especies vegetales con potenciales efectos inhibitorios de la nitrificacion (Suescun et al., 2012) y desnitrificacion, a la evaluacion de los modos de accion de los extractos vegetales sobre estos procesos y la busqueda de alternativas biotecnologicas para incrementar la eficiencia de uso de los inhibidores naturales de la nitrificacion (Muñoz et al., 2014).
Figura 5. Granulos de extractos vegetales
Referencias
Castaldi, S., Carfora, A., Fiorentino, A., Natale, A., Messere, A., Miglietta, F., Cotrufo, M.F. 2009. Inhibition of net nitrification activity in a Mediterranean woodland: possible role of chemicals produced by Arbutus unedo. Plant and Soil 315, 273-283.
Lata, J.C., V. Degrange, X. Raynaud, P.A. Maron, R. Lens and L. Abbadie. 2004. Grass populations control nitrification in savanna soils. Functional Ecology 18:605-611.
Muñoz C., Quilodran C., Navia R. 2014. Evaluation of biochar-plant extracts complexes on soil nitrogen dynamics. Journal of Biobased Materials and Bioenergy. 8:377-385.
Novoa, R., S. Gonzalez, R. Novoa y R. Rojas. 2000. Inventario de gases con efecto invernadero emitidos por la actividad agropecuaria chilena. Agric. Tec. (Chile) 60(2): 154-165.
Reay D., Hewitt C., Smith K., Grace J. 2007. Greenhouse gas sinks. CAB International. Wallingford, UK.
Stevenson, F., M. Cole. 1999. Cycles of soil: carbon, nitrogen, phosphorus, sulfur, micronutrients. (2nd. ed.). John Wiley & Sons. New York, USA.
Subbarao, G.V., O. Ito, K.L. Sahrawat, W.L. Berry, K. Nakahara, T. Ishiwaka, T. Watanabe, K. Suenaga, M. Rondon and I.M. Rao. 2006. Scope and Strategies for regulation of nitrification in agricultural systems – challenges and opportunities. J. Plant Sci. 25:303-335.
Subbarao G.V., H.Y. Wang, O. Ito, K. Nakahara and W.L. Berry. 2007. NH4+ triggers the synthesis and release of biological nitrification inhibition compounds in Brachiaria humidicola roots. Plant Soil. 290: 245-257.
Suescun, F., L. Paulino, E. Zagal, C. Ovalle and C. Muñoz. 2012. Plant extracts from the Mediterranean zone of Chile potentially affect soil microbial activity related to N transformations: A laboratory experiment, Acta Agr. Scan. 62(6):556-564.
AUTOR: Dra. Cristina Muñoz Vargas. Docente e Investigadora del Departamento de Suelos y Recursos Naturales de la Facultad de Agronomia de la Universidad de Concepcion, Chile. Su linea de investigacion es el estudio de los procesos biologicos generadores de gases de efecto invernadero desde la agricultura y medidas de mitigacion, uso de biocarbon en la agricultura y ciclaje de nutrientes. Es investigadora de proyectos de investigacion I+D y autora de diversas publicaciones de corriente principal (ISI).
FUENTE: Agriculturers.com