Los agricultores se enfrentan a una crisis de fósforo. La solución comienza con tierra

n un día nublado Roger Sylvester-Bradley camina a lo largo de un seto de espinos, recogiendo una gruesa corteza de barro en sus botas de cuero, antes de entrar en un campo de cebada en suave pendiente.

Se agacha para arrancar del suelo una plántula que le llega hasta los tobillos y examina su sano trapo de finas raíces blancas. Volviéndolas en sus manos, dice, "cuando ves una planta que tiene deficiencia de fósforo, no se ve así".

Eso es algo sorprendente para Sylvester-Bradley, un científico de cultivos en ADAS , una empresa de consultoría agrícola en Cambridge, Inglaterra. El fósforo se encuentra naturalmente en el suelo y es un nutriente crítico para el crecimiento de las plantas. Durante siglos, los agricultores han agregado más a sus campos para impulsar las cosechas, pero Sylvester-Bradley y sus colegas están estudiando formas de producir alimentos utilizando menos.

Las razones son dobles: primero, la escorrentía de fósforo de las granjas contribuye a la contaminación generalizada del agua. En segundo lugar, no tenemos fósforo que desperdiciar.

Casi todo el fósforo que los agricultores usan hoy en día, y que consumimos en los alimentos que comemos, se extrae de algunas fuentes de roca fosfórica, principalmente en los Estados Unidos, China y Marruecos. Según algunas estimaciones, podrían agotarse en tan solo 50 a 100 años . Los geólogos conocen otros depósitos, pero son más difíciles de acceder y contienen menos fósforo. Por lo tanto, es probable que el precio suba, lo que dificultará que los productores puedan comprar fertilizantes y que la gente pueda comprar alimentos.

Aquí y en otros sitios experimentales en Inglaterra, Sylvester-Bradley y sus colegas han dado un primer paso con sentido común para abordar el problema: dejaron de agregar fertilizante de fósforo a la mitad del campo de cebada para ver cómo les iría a las plantas. Ocho años después, apenas han comenzado a observar los primeros efectos sobre el tamaño y el rendimiento de la cosecha. Las plantas han sobrevivido gracias al exceso de nutrientes del suelo, el llamado fósforo heredado, que algunos dicen que representa una pieza clave del rompecabezas del fósforo.

Los investigadores han calculado que, en países como el Reino Unido y los Estados Unidos, ya hay miles de millones de dólares en fertilizantes en el suelo que podrían ayudar a compensar la demanda de fósforo extraído. Usarlo también frenaría la escorrentía de fósforo.

Roger Sylvester-Bradley inspecciona las raíces de una planta de cebada sana en busca de signos de deficiencia de fósforo. El campo no ha tenido fertilizante agregado durante casi una década, y las plantas recién ahora están comenzando a mostrar una ligera falta.

Para Paul Withers, un científico del suelo de la Universidad de Lancaster y uno de los colaboradores de Sylvester-Bradley, aprovechar el fósforo heredado es una obviedad y continuar con el status quo es una receta para un desastre tanto ecológico como humanitario. “No podemos permitir que la agricultura contamine el medio ambiente y utilice los recursos de la forma en que lo hacemos”, dice Withers. "Simplemente va a causar un colapso al final".

Un nutriente tortuoso

El fósforo es un requisito indispensable de por vida. Es la columna vertebral del ADN y el P en el ATP, la molécula que transporta energía alrededor de las células. Las plantas necesitan fósforo para crecer, razón por la cual los agricultores lo han estado alimentando a sus cultivos durante milenios.

Al principio, y sin entender la química, la gente usaba estiércol y desechos humanos como fertilizante. Luego, en el siglo XIX, los agricultores reconocieron que los huesos y rocas ricos en fósforo también funcionaban.

En 1842, un desertor de la Universidad de Oxford llamado John Bennet Lawes patentó un proceso para tratar estas nuevas formas minerales de fósforo con ácido, haciendo que el nutriente sea más accesible para las plantas, y pronto comenzó a vender el primer fertilizante artificial del mundo.

Lawes invirtió sus considerables ganancias en la investigación en la finca de su familia, que luego se convirtió en el centro de investigación Rothamsted. Y allí, los científicos descubrieron que el fósforo era un nutriente algo tortuoso.

El fertilizante que Lawes fabricó contenía una forma inorgánica soluble de fósforo que las plantas pueden usar fácilmente. Pero tan pronto como el fósforo llega al suelo, una gran fracción reacciona con los minerales del suelo, formando compuestos a los que los cultivos no pueden acceder. Algunos también fueron encerrados en formas orgánicas igualmente inaccesibles.

A partir de esas observaciones, los científicos concluyeron que los agricultores no deberían escatimar en fósforo. Ellos deben amontonar en, sobre todo mientras corrían para alimentar a una población en crecimiento del mundo durante la 20 ª siglo.

De hecho, una vez fue el trabajo de Withers correr la voz. Como asesor agrícola del gobierno en la década de 1980, conducía una camioneta Volvo roja por las sinuosas carreteras de la Inglaterra rural y les decía a los agricultores que se aseguraran de que sus cultivos recibieran suficientes nutrientes clave.

Este método, que Withers llama "agricultura basada en seguros", todavía prevalece en muchas partes del mundo. En Europa, los agricultores aplican aproximadamente 4 kilogramos de fósforo por cada kilogramo que consumimos en los alimentos. Para las dietas estadounidenses, esa proporción es de aproximadamente 9 a 1 , y en China, puede llegar a 13 a 1 . (Existen excepciones cruciales en lugares donde los agricultores nunca han tenido un acceso adecuado a fertilizantes de fósforo, como muchas partes de África y América del Sur).

El fósforo se pierde en muchas etapas de la producción y el procesamiento de alimentos. Pero estas ineficiencias plantean un problema, ya que los cambios inminentes en la disponibilidad y el precio del fósforo amenazan con desestabilizar el sistema alimentario mundial, dice Withers. "Nos hemos pasado de la raya y hemos vuelto a la vulnerabilidad".

Para empeorar las cosas, algo de fertilizante no utilizado se acumula en el suelo, lo que causa problemas ambientales mucho después de su aplicación, dice Helen Jarvie, hidroquímica del Centro de Ecología e Hidrología en Wallingford, Reino Unido. Su investigación muestra que se filtra lentamente al medio ambiente. durante décadas, confundiendo los esfuerzos bien intencionados de los terratenientes para reducir la contaminación por nutrientes .

Incluso pequeñas cantidades de fósforo que se escurren de las granjas y las aguas residuales son suficientes para alimentar la proliferación de algas que llenan los cursos de agua con escoria verde supurante. A veces, como en el lago Erie , producen toxinas que pueden ensuciar el agua potable y consumir el oxígeno disuelto, matando a los peces y otras formas de vida acuática.

Según un estudio , la contaminación por fósforo afecta a casi el 40 por ciento de las áreas terrestres de la Tierra. Y el daño se suma. Según una estimación , los impactos del exceso de fósforo y nitrógeno, otro nutriente clave, en la calidad del agua y los ecosistemas cuestan $ 2.2 mil millones por año solo en los EE. UU.

¿Un golpe para las plantas?

Si el fósforo heredado es una responsabilidad ambiental, también es una gran oportunidad, según Withers y otros científicos. Él y sus colegas calcularon en un estudio de 2015 que los campos en el Reino Unido contienen más de $ 10 mil millones en fósforo, suficiente para satisfacer la demanda de fertilizantes del país hasta por 54 años.

Un cargador frontal mueve gránulos de fosfato monoamónico a un almacén de almacenamiento en la planta de fertilizantes PhosAgro-Cherepovets en Cherepovets, Rusia, el 9 de agosto de 2017.

Muchas otras naciones poseen reservas similares. Un análisis de 2012 encontró que los suelos globales contienen suficiente fósforo heredado para reducir la demanda proyectada de nuevos fertilizantes a la mitad para 2050.

“Las plantas pueden usar nuestros errores del pasado”, dice Sheida Sattari, autora principal del estudio.

Según los números, el fósforo heredado parece un mate. Pero, ¿pueden las plantas vivir de él? Los estudios sugieren que, en lugares con una larga historia de uso excesivo de fósforo, como el Reino Unido, los cultivos pueden prosperar durante 10 años o más en las tiendas acumuladas en el suelo. El ejemplo más extremo proviene de Saskatchewan, donde los investigadores no han agregado fósforo a las parcelas de trigo desde 1995. Veinticinco años después, todavía no han visto problemas.

Las medidas convencionales de la química del suelo sugieren que deberían aplicar más fertilizante, dice Barbara Cade-Menun, quien supervisa los experimentos en el Centro de Investigación y Desarrollo Swift Current en Canadá. "Pero nuestros rendimientos no están cambiando".

Los científicos piensan que a medida que las plantas consumen el fósforo disponible en los campos, los minerales del suelo y la materia orgánica liberan más nutrientes. Cade-Menun aún no sabe si los cambios en la química del suelo, los microbios del suelo o las plantas mismas pueden explicar lo que está sucediendo en sus parcelas. Independientemente, los resultados sugieren que esas formas inaccesibles de fósforo que preocupaban a los investigadores de Rothamsted no están tan fuera de los límites como los científicos alguna vez pensaron.

Y eso significa que simplemente reducir el uso de fertilizantes podría contribuir en gran medida a satisfacer la demanda de fósforo y reducir la escorrentía sin poner en peligro las cosechas.

Cultivos más inteligentes

Sin embargo, en algún momento, el fósforo del suelo desciende lo suficiente como para que los cultivos se estresen. Esto se debe en parte a que parte de ella está realmente fuera del alcance de las plantas, pero también a que muchos cultivos modernos no pueden apoderarse de lo que hay allí.

La escasez de fósforo en la naturaleza obligó a las plantas silvestres a desarrollar estrategias para asegurar un suministro adecuado. Muchos desarrollaron extensos sistemas de raíces que buscan fósforo. Algunos también pueden excretar sustancias químicas para liberar el nutriente del suelo.

Pero la mayoría de los cultivos comerciales no tienen esas habilidades. Los científicos los cultivaron en suelos bien fertilizados que no requerían que las plantas gastaran energía en el despliegue de tales herramientas. Y, en un mundo de abundantes recursos, los obtentores no seleccionaron variedades con fuertes rasgos de recolección de fósforo. El resultado, dice Phil Haygarth, un científico del suelo de la Universidad de Lancaster, es "una carga de plantas tontas de rápido crecimiento" que luchan por extraer fósforo del suelo.

Los investigadores ahora quieren crear cultivos más inteligentes. En 2012, los científicos identificaron un gen en una variedad antigua de arroz japonés que mejoraba la capacidad de la planta para encontrar fósforo al cultivar raíces finas. Luego, los investigadores combinaron el rasgo en plantas de arroz modernas y, en 2019, los agricultores de Madagascar, que tiene suelos naturalmente pobres en nutrientes, comenzaron a probar algunas de las variedades más prometedoras.

Sigrid Heuer, investigadora de Rothamsted que ayudó con el estudio del arroz, está buscando un gen similar en el trigo como parte de la International Wheat Yield Partnership . Otros científicos están desarrollando variedades de cultivos que no necesitan tanto fósforo en primer lugar.

Además de la reproducción, la agricultura sin labranza podría ayudar al prevenir la compactación del suelo y fomentar un buen desarrollo de las raíces para ayudar a las plantas a acceder a más fósforo heredado. La adición de hongos simbióticos que se propagan por el suelo puede extender el alcance subterráneo de una planta, y el cultivo de cultivos junto con leguminosas y otras plantas que secretan compuestos que liberan fósforo puede liberar más nutrientes.

Withers y Sylvester-Bradley han estado reduciendo los niveles de fósforo en sus campos de prueba con el propósito exacto de explorar este tipo de enfoques.Los investigadores tuvieron que abandonar el campo de cebada en Cambridge debido a cambios en la propiedad de la granja. Pero en los sitios restantes, los niveles de fósforo finalmente han bajado lo suficiente para que puedan comenzar a realizar experimentos sobre cómo ayudar a las plantas a acceder a la mayor cantidad posible de fósforo heredado. El primero comparará el desempeño de las variedades comerciales de trigo existentes.

Los investigadores tuvieron que esperar más de lo esperado, casi una década, para que los niveles de fósforo volvieran a los niveles naturales. Pero ese solo hecho debería tranquilizar a los productores de que pueden reducir de forma segura el nutriente, dice Sylvester-Bradley.

"La conclusión de los agricultores, en lo que a mí respecta, es que pueden relajarse".

National Geographic