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Los suelos tienen un papel fundamental y la fertilidad edáfica puede ser la clave de una producción sostenible

Fertilizantes/enmiendas orgánicas basadas en residuos orgánicos: su futuro en una agricultura sostenible

Carlos García, y Teresa Hernández Doctores en Ciencias Químicas y Profesores de Investigación, Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS-CSIC)05/02/2018
Necesitamos una agricultura sostenible, capaz de alimentar a la población hoy y en el futuro, sin perjudicar al medio ambiente; de esa forma evitaremos problemas de contaminación por salinidad o lixiviación de nutrientes. En este contexto, el papel del suelo debe ser reivindicado, y apostar por mejorar su contenido en materia orgánica, incrementando su fertilidad edáfica, aspecto esencial para una agricultura sostenible y de futuro. Como fuentes exógenas de materia orgánica para nuestros suelos, los residuos orgánicos que tengan suficiente calidad, y que, si es necesario, se sometan a tratamientos adecuados para mejorar su estabilidad e higienización, pueden formar parte de fertilizantes orgánicos o enmiendas orgánicas, capaces de asegurar la mencionada sostenibilidad de los sistemas agrarios.

Agricultura y sostenibilidad: importancia del suelo

La sociedad actual ha provocado (y continúa provocando) cambios sobre el medio ambiente. Muchas de las actividades realizadas en nuestra vida cotidiana llevan a cabo la explotación de recursos, pero hay que compatibilizar la mencionada explotación con la sostenibilidad de los ecosistemas.

En el caso de los sistemas agrícolas, el modelo de agricultura convencional se fundamenta en una productividad con alta eficiencia, dependiente de un elevado uso de insumos sintéticos, donde el manejo monocultivista se justifica como herramienta fundamental para lograr la mayor eficiencia del proceso productivo. Sin embargo, este sistema de producción y la falta de implementación de prácticas efectivas de conservación del suelo han llevado a la degradación del mismo y a la disminución de su productividad debido a la erosión excesiva del suelo, la escorrentía de nutrientes y la disminución de la materia orgánica estable del suelo, mostrando serios problemas de sostenibilidad a los veinte o treinta años de uso intensivo; hay que reorientar la agricultura para asegurar su viabilidad, no sólo económica, sino social y ambiental.

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La agricultura convencional utiliza productos químicos de síntesis y técnicas de laboreo que pueden ser negativas para la vida del suelo, debilitando la resistencia natural de las plantas a enfermedades y plagas. Ello induce a aumentar la potencia o la cantidad de sustancias químicas, algo que también destruye la vida microbiana. Los fertilizantes inorgánicos proporcionan nutrientes inmediatamente disponibles para las plantas, lo que mejora rápidamente el crecimiento de las mismas y mejora la producción de los cultivos. Sin embargo, estos fertilizantes no mejoran la salud del suelo ni reemplazan la materia orgánica que se pierde durante el cultivo. Por ello, el uso continuo de sistemas basados en fertilizantes inorgánicos resulta en daños a largo plazo en el suelo. Además, los fertilizantes químicos pueden filtrarse debido a la lluvia o al agua de riego, por lo que la fertilización excesiva puede dar lugar a la contaminación superficial y del agua subterránea.

La idea de ‘desarrollo sostenible’ ha reemplazado el concepto existente de un ‘crecimiento económico sin límites’. Para poder conseguir sistemas agrarios sostenibles se requieren estrategias de transformación tecnológica que permitan diseñar y manejar estos sistemas, operando a un nivel razonable de productividad en plazos adecuados y a costos competitivos. No se trata de ‘producir más a toda costa’, sino de ‘producir de manera sostenible, eficaz y rentable’. El concepto de sostenibilidad se entiende desde una perspectiva doble: i) no disminuir resiliencia del suelo (mantener su productividad cuando es sometido a stress ambiental o a perturbaciones artificiales); ii) la necesidad de responder a una demanda creciente en cantidad y calidad de alimentos, sin comprometer la cantidad y la calidad de los recursos.

Sabemos que un consumo intenso y elevado de insumos puede finalizar en problemas de salinización, contaminación difusa, etc. Un consumo masivo de insumos derivará sin duda en un perjuicio para la totalidad de las propiedades del suelo (físicas, químicas, biológicas y microbiológicas), y ello merma su calidad y sostenibilidad. En este contexto, hay que señalar que los suelos tienen un papel fundamental, y la fertilidad edáfica puede ser la clave de una producción sostenible. Los suelos son recursos naturales finitos que pueden considerarse no renovables en el tiempo de las actividades humanas. La creciente degradación de los recursos del suelo causada por las presiones de la población, las condiciones ambientales y la inadecuada gobernanza sobre este valioso recurso, se ha convertido en una realidad preocupante. Por otra parte, se asume el papel clave de los recursos del suelo para asegurar la seguridad alimentaria y en la adaptación y mitigación del cambio climático (García et al., 2017).

La fertilidad de un suelo está estrechamente ligada al contenido en materia orgánica debido a que, entre otros factores, mejora la cantidad de sus agregados estables, aumenta su porosidad, facilita el intercambio de fases gaseosa y acuosa, así como mejora la capacidad de cambio catiónico incrementando con ello la fijación de nutrientes, manteniéndolos durante más tiempo a disposición de la vegetación. Sin embargo, la degradación que sufren muchos suelos, debido a un uso agrícola excesivo o no adecuado, así como por los condicionantes del cambio climático, repercute en una pérdida de su materia orgánica. Por tanto, una de las vías más importantes de recuperación de la fertilidad de suelos degradados consiste en la incorporación de materia orgánica con el objeto de restablecer las funciones que ella ejerce sobre el suelo bien de manera directa o indirecta.

Residuos orgánicos como base de enmiendas orgánicas/fertilizantes orgánicos

Los estiércoles ha sido tradicionalmente una de las fuentes de materia orgánica exógena más empleada (residuos orgánicos de origen animal); su uso no está exento de problemas (salinidad o microorganismos patógenos, o incluso exceso de nitrógeno lábil, mal olor, etc., derivado de su escasa estabilización). Se requiere, por una parte, un buen conocimiento y manejo de los estiércoles. Pero también interesa ahondar en la búsqueda de materiales orgánicos de nueva generación cuyo coste no sea elevado y que se produzcan de manera más o menos constante; entre ellos, se sitúan algunos residuos vegetales, residuos orgánicos derivados de la agroalimentación, e incluso residuos de origen urbano como son la fracción orgánica de basura doméstica, o lodos de EDAR.

En grandes zonas de España donde existen una continua degradación de suelos que les lleva a perder materia orgánica y productividad desde un punto de vista agronómico, la posibilidad de disponer de fuentes exógenas de materia orgánica que puedan ser recicladas en los suelos, es algo muy a tener presente. Hay residuos orgánicos que contienen macronutrientes como nitrógeno, fósforo (elemento nutricional de gran interés en el futuro por su posible escasez), así como otros micronutrientes necesarios para las plantas. Poseen además una aceptable cantidad de carbono orgánico, y por tanto de materia orgánica, útil para que nuestros suelos empobrecidos en dicha materia orgánica, incrementen su fertilidad y productividad. Valorizar los residuos orgánicos como enmiendas, permitiría convertir un residuo en un recurso. Por tanto, una posible solución para mejorar la calidad de suelos agrícolas sería incorporar como fuente de materia orgánica para ellos aquella contenida en algunos de los residuos orgánicos conocidos, siempre que tengan la calidad adecuada, consiguiendo de este modo, por una parte, mejorar la fertilidad de dichos suelos, y por otra, eliminar racionalmente los residuos mediante su reciclado en dichos suelos.

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Sin embargo, ello debería ser factible siempre que no exista riesgo para los suelos, debido a algunos problemas derivados de ciertas enmiendas o fertilizantes orgánicos: salinidad, exceso de nutrientes, escasa estabilidad de su materia orgánica, mal olor, metales pesados, contaminantes emergentes, o microrganismos patógenos. Cuando hay un exceso de elementos tóxicos en los residuos orgánicos que queremos usar como enmiendas o fertilizantes, éstos no se deben reciclar en los suelos, y hay que buscarles otra alternativa. Teniendo presente los aspectos positivos y negativos del problema, lo importante sería establecer criterios claros para decidir sobre lo que podemos o no podemos hacer con ellos hoy en día y en el futuro.

Un aspecto importante dentro del estudio de las enmiendas orgánicas es la estabilización de su materia orgánica. La materia orgánica 'fresca' está expuesta a mal olor, exceso de materia orgánica lábil y nutrientes (a veces, lixiviable), atracción para insectos, o exceso de microorganismos patógenos. El proceso de compostaje es, por ejemplo, una de las posibilidades que podemos plantear para corregir dichos problemas. Consideramos que los compost pueden tener ciertas ventajas sobre el empleo de lodos frescos (mayor estabilidad de su materia orgánica, menor olor, nulo contenido en microorganismos patógenos); pero por contra, supone un mayor gasto económico con relación al empleo de lodos frescos, y el proceso de compostaje le hace perder nutrientes como el nitrógeno. Pero lo que habría que asumir es que tanto los residuos orgánicos frescos como los compostados, deben de ser usados con todas las garantías, de manera racional, y con el manejo apropiado para ello. También, para algunos residuos orgánicos, una estabilización mediante procesos de digestión anaerobia (digeridos), puede ser conseguida, además de generar energía limpia.

Actualmente, la comunidad científica reconoce que la materia orgánica es el principal factor que controla las propiedades del suelo y los principales ciclos biogeoquímicos. Sin embargo, la construcción del concepto de materia orgánica del suelo y el ciclo del carbono en el mismo ha sufrido cambios a lo largo del tiempo, y más aún cuando se realizan adiciones de materia orgánica exógena a través de enmiendas orgánicas; por ello es necesario incrementar el conocimiento sobre la mencionada adición de enmiendas orgánicas o fertilizantes orgánicos a los suelos. Como puntos clave en la investigación agraria, se marcan a continuación:

1.- Sabiendo que los procesos de degradación en suelos ponen en riesgo su protección y conservación, hay que buscar estrategias para mejorar la calidad y fertilidad del suelo, así como la fijación de C. El cambio climático podría aumentar este riesgo. La pérdida de materia orgánica, una de las principales amenazas para la degradación del suelo, se puede paliar con la adición de materia orgánica exógena (fertilizantes o enmiendas orgánicas de calidad, casi siempre con base de residuos orgánicos) como una fuente inestimable de materia orgánica, contribuyendo no sólo a la rehabilitación del suelo sino a fijar C en el mismo. Para evitar la degradación del C procedente de la mineralización de la enmienda orgánica, es necesario estabilizar tal C por medio de mecanismos que permitan alargar su vida en el suelo (compostaje, por ejemplo).

2.- El nitrógeno (N) es un elemento clave en la sostenibilidad de los agroecosistemas. El uso eficiente de N, así como su pérdida y posterior contaminación difusa, están relacionados a través de diferentes procesos biológicos y físicos en el ciclo N. Existen dos medios principales para mejorar la eficiencia del uso del N, a través de prácticas de gestión para reducir la pérdida de nitrógeno (manejo), y conciliando la productividad con las consideraciones ambientales. También se debe prestar atención a los fertilizantes a base de fósforo (Foto 1).

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Foto 1. Ensayos sobre fertilización sostenible en cámara de cultivo.

La aplicación de residuos orgánicos de alta calidad como abonos orgánicos en cultivos puede contribuir significativamente a incrementar el rendimiento, mejorando la calidad del suelo y constituye una forma potencial de valorizar los residuos y eliminar su vertido (Lal, 2011). Así, a través de la utilización agrícola de residuos orgánicos, los agricultores pueden beneficiarse de materiales que de otro modo se llevarían a vertedero o presentarían problemas de contaminación ambiental. La adición de enmiendas orgánicas en el cultivo mejora las funciones microbianas del suelo aumentando el crecimiento y la actividad de las comunidades microbianas del suelo y reduciendo los patógenos del mismo (Ros et al., 2006; Bastida et al., 2008). También aumenta la fertilidad física del suelo, principalmente por la mejora de la estabilidad de los agregados, la porosidad y la capacidad de retención de agua del suelo (Tejada et al., 2009; Hernandez et al., 2015). Asimismo, se ha observado que la aplicación continuada de residuos orgánicos mejora la fertilidad química del suelo aumentando el potasio disponible suelo y el fósforo extraíble, así como el contenido de carbono orgánico y nitrógeno, almacenándolo para su mineralización en futuros cultivos, a menudo sin provocar lixiviación de nitratos en aguas subterráneas (Sodhi et al., 2009).

Se sabe que la aplicación de abonos orgánicos a los cultivos aumenta los rendimientos de las producciones, tanto por el aporte de nutrientes, como por mejorar la fertilidad física, química y biológica de los suelos (Diacono y Montemurro, 2010; Hernandez et al., 2016). Además, tiene también claros efectos sobre el control biológico de las plagas generadas por los organismos que habitan en el suelo (Esquema 1). Sería, por tanto, de interés, aplicar a los cultivos, abonos orgánicos capaces de fomentar la aludida sostenibilidad, y de conseguir mejorar la productividad de los suelos donde se adicionan. Lo ideal sería contar con abonos orgánicos que fuesen eficaces en la mejora de las propiedades del suelo (debido a su efecto directo como materia orgánica), así como de las plantas (mejora de rendimientos y de su calidad), y además, tuviesen un valor como bioplaguicidas para combatir posibles microorganismos patógenos que existen en el suelo (Bello et al., 2013).

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Foto 2. Fertilizante orgánico.
En España, hay que señalar que el Real Decreto de Fertilizantes y Afines (2005, modificado en 2009 y 2013), señala la posibilidad de construir abonos o fertilizantes orgánicos a partir de residuos de origen animal o vegetal, con contenidos en elementos nutritivos fundamentales, así como carbono orgánico; o bien, enmiendas orgánicas que requieren un adecuado contenido en materia orgánica, y no tanto elevado contenido en nutrientes. Desde nuestro punto de vista, generar fertilizantes orgánicos supone disponer de una “calidad fertilizante” alta, con escasa variabilidad y humedad en su producción (Foto 2); este tipo de conceptos está algo más abierto cuando se trata de enmiendas orgánicas en lugar de fertilizantes o abonos orgánicos (Foto 3). Pero tanto uno como otro, están obligados a disponer de parámetros de calidad adaptados a una agricultura sostenible y de futuro, si bien habría que plantearse en algunos casos, ser más estrictos. Hay que decir que los lodos EDAR quedan fuera de este Real Decreto, pero son materiales orgánicos muy usados en agricultura; para lodos EDAR, los condicionantes los ponen las directrices de las Comunidades Autónomas, lo que supone algunas incoherencias debido a falta de homogeneización de criterios unificados. Las administraciones deberían ofrecer la mejor salida posible para los lodos de depuración (opción de uso agrícola directa; aplicación después de procesos de estabilización; o bien contemplar futuras opciones energéticas), sin tener en cuenta intereses sesgados que a veces se observan sobre esta problemática.
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Foto 3. Enmienda orgánica.

Conclusiones

Si las características de los residuos orgánicos son adecuadas y acordes con las legislaciones pertinentes, podrán ser empleados en agricultura tanto directamente como después de un proceso de compostaje, siempre empleados con todas las garantías, de manera racional, y con el manejo apropiado para ello. Pero a pesar de todo lo ya expuesto, aunque la opción favorable desde el punto de vista económico y ambiental de los residuos orgánicos sea su utilización como enmienda agrícola debido a la necesidad propia de nuestros suelos, hay que tener presente que, como hemos advertido, estos materiales pueden tener en ocasiones ciertos riesgos de contaminación para el medio ambiente, especialmente de los suelos donde se aplican, por lo que las dosis de aplicación deben fijarse en función de las características agronómicas y edafológicas del suelo, de la presencia de patógenos, y de las exigencias nutricionales de los cultivos.

Referencias bibliográficas

  • Bastida, F.; Barberá, G.G.; García, C.; Hernández, T. (2008). Influence of orientation, vegetation and season on soil microbial and biochemical characteristics under semiarid conditions. Applied Soil Ecology, 38, 62-70.
  • Bello, A.; López-Pérez, J.A.; García, A. (2013). Biofumigación en agricultura extensiva de regadío. Fundación Rural caja Alicante y ed. Mundi-Prensa.
  • Diacono, M.; Montemurro, F. (2010). Long-term effects of organic amendments on soil fertility. A review. Agronomy for Sustainable Development 30, 401–422.
  • Garcia, C.; Hernandez, T.; Coll, M.D.; Ondoño, S. (2017). Organic amendments for soil restoration in arid and semiarid areas: a review. AIMS Environmental Science, 4 (5), 640-676. DOI: 10.3934/environsci.2017.4.640 Received: 10 May 2017
  • Lal, R. (2011). Sequestering carbon in soils of agro-ecosystems. Food Policy. 36, 33-39.
  • Hernandez, T.; García, E.; Garcia, C. (2015). A strategy for marginal semiarid degraded soil restoration: A sole addition of compost at a high rate. A five-year field experiment. Soil Biology & Biochemistry 89, 61-71
  • Hernández, T.; Chocano, C.; Moreno, J.L.; García, C. (2016). Use of compost as an alternative to conventional inorganic fertilizers in intensive lettuce (Lactuca sativa L.) crops—Effects on soil and plant. Soil & Tillage Research 160, 14–22
  • Ros, M.; Pascual, J.A.; García, C.; Hernández, M.T.; Insam, H. (2006). Hydrolase activities, microbial biomass and bacterial community in a soil after long-term amendment with different composts. Soil Biology & Biochemistry, 38, 3443-3452.
  • Sodhi, G. P. S.; Beri, V.; Benbi, D. K. (2009). Soil aggregation and distribution of carbon and nitrogen in different fractions under long-term application of compost in rice-wheat system. Soil Tillage and Research. DOI 10.1016/j.still.2008.12.005.
  • Tejada, M.; Hernández, T.; García, C. (2009). Soil restoration using composted plant residues: Effects on soil properties. Soil and Tillage Research, 102,109-117.

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