Fertilizantes sostenibles a partir de residuos

La economía circular y la bioeconomía son modelos que tratan de implantar la sostenibilidad en la actividad económica a través de un uso más eficiente de los recursos y una adecuada gestión de los residuos. En este artículo abordamos sus propuestas para mitigar el impacto medioambiental en el ámbito de la agricultura intensiva.

La necesidad del cambio 

Los nuevos acuerdos internacionales conducen a un cambio sistémico del entramado económico y de producción de los territorios europeos para alcanzar la triple vertiente de la sostenibilidad (social, económica y medioambiental), fundamentados en la economía circular y la bioeconomía. 

La generación de estrategias europeas que giran en torno a esta variación se ha multiplicado en el último lustro desde la comunicación del Pacto Verde Europeo. 

La Estrategia de la Granja a la Mesa afecta de manera específica a los sistemas agrícolas y ganaderos. En ella se identifican objetivos ambiciosos para 2030 con el propósito de reducir la huella climática, catalizar la transición mundial hacia un sistema sostenible, crear nuevas oportunidades y favorecer la resiliencia de los modelos agropecuarios. 

Objetivos de la Estrategia de la Granja a la Mesa

Fuente: COM (2020) 381 final. 

Los sistemas agrícolas europeos deben hacer un esfuerzo mayúsculo para desprenderse de algunos de los insumos que vinieron de la mano de la Revolución Verde y permitieron incrementar la productividad de los cultivos para saciar la demanda expansiva de alimentos y fibras que requería una población en continuo crecimiento. 

El último objetivo identificado en la figura de arriba implica que una de las oportunidades de los sistemas agrícolas españoles pase por realizar una agricultura bajo certificación ecológica para situarse en una posición de vanguardia en el contexto europeo, y poder hacer frente así a la posible y más que probable demanda de la Unión Europea de incrementar la superficie ecológica en los periodos 2031-2040 y 2041-2050. 

En este modelo se prohíbe la adición de fitosanitarios y fertilizantes de síntesis y se identifica como una cuestión capital el mantener y mejorar la fertilidad de los suelos agrícolas. 

Por lo que es de interés la búsqueda de nuevas formas de protección y fertilización de los cultivos que no desciendan la productividad y mantengan o mejoren la fertilidad de los sistemas agrícolas en el marco de la economía circular. 

Uno de los problemas principales 

La Unión Europea resalta la necesidad de aplicar una adecuada gestión de los residuos generados durante la producción de las mercancías. Los residuos agrícolas pueden suponer un problema de importancia para los sistemas agrícolas, tal y como se comentó en la anterior entrega de esta serie.

En el sistema agrícola bajo invernadero de la provincia de Almería casi el 90 % de los residuos generados en una campaña es biomasa agrícola, pudiendo superar los 1,8 millones de toneladas anuales. Este material se entrega en su mayoría a un sistema de gestión externa y tiene un coste de retirada y transporte que rondan los 990 €/ha. 

La biomasa agrícola es un material poco aprovechado en varios de los Estados miembros de la Unión Europea, según este organismo. Las posibilidades de reutilización en el marco de la economía circular que ofrece el subproducto vegetal son elevadas: obtención de bioenergía, alimento animal o fertilizante. Este último poder se consigue gracias a los nutrientes que se encuentran asociados a la biomasa agrícola y es de gran interés para los sistemas agrícolas. 

Composición nutritiva de restos vegetales de tomate 

Fuente: Castillo et al. (2021).

Autogestión de la biomasa como alternativa 

La Universidad de Almería ha realizado un experimento en el cual ha autogestionado la biomasa generada por un mismo invernadero de tipo “raspa y amagado” y sin enarenado situado en la finca experimental UAL-ANECOOP durante cinco años consecutivos a través de la técnica de biosolarización. 

Los resultados de los últimos tres años de ensayo se recogen en los trabajos ‘Effect of Repeated Plant Debris Reutilization as Organic Amendment on Greenhouse Soil Fertility’ y ‘Biodisinfection as a Profitable Fertilization Method for Horticultural Crops in the Framework of the Circular Economy’ 

Se pretendía ensayar una estrategia alternativa de aprovechamiento de la biomasa agrícola basada en la economía circular, que pudiese mitigar la problemática que sufren los centros de gestión externos en los meses de mayor generación de residuos (febrero, mayo y junio), ante su desbordamiento por la generación de más de 1,3 millones de toneladas de restos vegetales en este periodo. 

Biomasa agrícola de tomate generada por el invernadero. Fuente: César Ruiz Olmos.

La biomasa agrícola autogestionada fueron los restos vegetales frescos de tomate obtenidos al finalizar cada campaña de producción. Se incorporaron al suelo como enmienda orgánica a través de la técnica de biosolarización durante el verano previo a cada cultivo. Los tratamientos evaluados fueron la no fertilización, la fertilización exclusiva con 3,5 kg·m^-2 de restos vegetales frescos de tomate de la campaña anterior (sin añadir ningún otro tipo de fertilizante) y el fertirriego convencional (fertilización inorgánica vía gotero). 

Biomasa agrícola distribuida sobre la superficie del suelo. Fuente: César Ruiz Olmos.

Los resultados obtenidos en este ensayo no pasan desapercibidos. La reutilización de los restos vegetales frescos de la campaña anterior fue capaz de producir de manera similar al cultivo convencional de tomate con fertirriego en un cultivo comercial de tomate de siete meses y medio de duración. 

Tampoco se vio depreciada la calidad de la producción ni el beneficio económico antes de impuestos de cada año de cultivo. La no fertilización obtuvo una producción menor que los tratamientos fertilizados, sin embargo, las diferencias no se obtuvieron hasta la sexta cosecha de cada año.

Morfología vegetal del cultivo de tomate. A la izquierda se muestra el cultivo fertilizado únicamente con biomasa agrícola. A la derecha el cultivo fertilizado con fertirriego. Fuente: César Ruiz Olmos.

Frutos de tomate recolectados del tratamiento fertilizado con biomasa agrícola de tomate autogestionada. Fuente: César Ruiz Olmos.

El aprovechamiento de la biomasa agrícola a través de la técnica de biosolarización se postula como un método de fertilización eficaz capaz de sustituir al fertirriego tradicional en ciclos de duración similar en el marco de la economía circular. 

Los productores del cultivo bajo invernadero disponen de una nueva técnica de fertilización que permite hacer frente a las demandas nacionales e internacionales de incrementar la sostenibilidad de los sistemas agrícolas basada en la reducción de agroquímicos y la expansión de la superficie bajo certificación ecológica.

El aprovechamiento de la biomasa agrícola se postula como una alternativa a la fertilización inorgánica en ciclos de producción de tomate de hasta siete meses y medio de duración

Externalidades positivas 

El beneficio de aprovechar la biomasa agrícola no se focalizó solo en el aspecto productivo, sino que también incidió sobre la fertilidad del suelo. 

El suelo del invernadero registró una mejora progresiva de su fertilidad con la adición de la biomasa agrícola, manifestada a través del vigor de plántulas crecidas en condiciones controladas, un indicador de la calidad de un suelo que es capaz de expresar los cambios sufridos sobre esta característica de una forma más eficaz que las variables físicas, químicas y biológicas del suelo, según investigaciones previas.

Vigor de plántulas de tomate crecidas en una cámara de ambiente controlado.

Los parámetros de vigor aumentaban tras la aplicación del protocolo de biodesinfección. La desinfección mejoraba la calidad del suelo, aunque la biomasa agrícola potenciaba este efecto. Este comportamiento podría explicar por qué el tratamiento sin fertilización era capaz producir de manera similar a los tratamientos fertilizados durante las cinco primeras recolecciones. 

El área foliar de plántulas de tomate y pepino crecidas en una cámara de ambiente controlado mejoró significativamente con el aprovechamiento de la biomasa agrícola. Su incremento fue de más del 200 % en este tiempo.

La biomasa vegetal es capaz de mejorar la fertilidad de un suelo

Los parámetros químicos del suelo mantuvieron constantes a excepción del nitrógeno total y potasio asimilable que incrementaron su concentración con la autogestión de los restos vegetales de tomate. 

La conductividad hidráulica del suelo mostró una mejora con el aprovechamiento de la biomasa agrícola. El parámetro se redujo en más de un 20 % en un suelo de textura franco-arenosa frente a los tratamientos que no recibieron al subproducto vegetal. 

Este resultado tuvo una influencia directa tanto sobre la dotación como sobre la frecuencia de riego del cultivo, lo que permitió descender el consumo de agua del tratamiento con biomasa agrícola un 37,2 % frente al manejo convencional.

El aprovechamiento de la biomasa fue capaz de reducir el consumo de un bien escaso como el agua

Por su parte, la microbiota cultivable bacteriana y fúngica saprófita del suelo tuvo la capacidad de restablecerse al final de cada ciclo de producción. El parámetro alcanzó un nivel similar al registrado antes de aplicar el protocolo de biosolarización durante tres años consecutivos de experimento. 

Además, es notable que este resultado se obtuvo aplicando reiteradamente la técnica de biosolarización, la cual se ha descrito tradicionalmente como un protocolo de desinfección del suelo, donde a priori debería lograrse un resultado contrario al obtenido debido a que se piensa que “esteriliza los suelos”.

La aplicación reiterada de la biosolarización no influye negativamente sobre sobre la microbiota saprófita del suelo

Microbiota del suelo cultivable aislada ex situ del suelo.

Un mal a prevenir

El uso de la técnica de biosolarización se hace necesario para aprovechar la biomasa agrícola. Es un comportamiento normal que el material vegetal se encuentre enfermo con patologías que limitan la productividad del cultivo tras realizar ciclos de larga duración y que este pueda actuar de inóculo. 

Con su aplicación se reduce el riesgo de expresión en el cultivo siguiente de las plagas y enfermedades que puedan acompañar al subproducto vegetal, reduciendo con ello la cantidad de fitosanitarios que podría demandar el cultivo. 

Esta estrategia sigue las recomendaciones ofrecidas por la Unión Europea en la Estrategia de la Granja a la Mesa. Se identifica la necesidad de aplicar todas aquellas acciones que favorezcan la reducción de plaguicidas propuesta por este organismo.

Uso de la técnica del protocolo de biodesinfección

Los resultados de esta investigación muestran una funcionalidad oculta de la técnica de biosolarización, ante su tradicional y más que contrastado control de las enfermedades de origen telúrico: una metodología capaz de fertilizar cultivos de alto rendimiento en invernaderos. 

En estos ensayos, el procedimiento constaba de las siguientes etapas:

1. El proceso de incorporación de los restos vegetales y biodesinfección se iniciaba con el descuelgue de las plantas del cultivo anterior. El empleo de un sistema de entutorado sin anillas facilitaba la labor. Las plantas de tomate caían por gravedad y se separaban de las rafias de entutorado.
2. El material vegetal se transportaba hacia el pasillo central de hormigón para recoger los ramales portagoteros y se rotulaba el terreno con un rotovator a una profundidad de trabajo de 20-30 cm.
3. La biomasa agrícola se trituraba con una picadora de martillos hasta obtener fragmentos con una longitud aproximada de 2 cm para favorecer así la biodescomposición de la enmienda orgánica. Después, el material se esparcía sobre la superficie del suelo a una dosis de 3,5-6,5 kg·m^-2.
4. Se volvía a rotular el terreno con un rotovador a una profundidad de 20-30 cm para homogeneizar la enmienda orgánica en el perfil del suelo. 
5. Se reinstalaban los ramales portagoteros y se aplicaba un riego de comprobación para verificar la correcta dotación de agua por parte de los emisores, ante la importancia que presenta la humectación en el proceso de biodescomposición de las enmiendas orgánicas. 
6. Se cubría el suelo con una lámina plástica de 100 galgas de espesor. La cubierta era sellada a través de grapas entre plásticos, con celo entre postes y en su perímetro mediante una zanja rectangular de 20 cm de base y 30 cm de altura. Con ello se evitaba la pérdida de humedad y gases generados durante el proceso de biodescomposición de la enmienda orgánica.
7. Por último, se aplicaba un riego hasta alcanzar la capacidad de campo del suelo y se dejaba actuar el proceso de biodesinfección durante 90 días para cada año de ensayo. 

Biosolarización del suelo del invernadero. Fuente: César Ruiz Olmos.

Reflexión final y recomendaciones 

Los resultados obtenidos en este experimento postulan a la biomasa agrícola incorporada a través de la técnica de biosolarización como una metodología capaz de fertilizar ciclos de larga duración de cultivos bajo invernadero. Con ello se expande la cantidad de herramientas que disponen los productores para hacer frente a las demandas internacionales de contraer la dotación de agroquímicos y extender la superficie de cultivos ecológicos en la Unión Europea.

Además, se ayuda a mitigar la problemática ligada a la gestión de la biomasa agrícola en los sistemas de producción, por descender la dependencia de los centros externos de gestión que se ven desbordados en los meses de mayor generación de residuos.

En cuanto a recomendaciones, se destaca lo siguiente:

• La cantidad de subproducto recomendada a utilizar es de 3,5 kg·m^-2 de restos vegetales frescos, siendo la cantidad media producida por el cultivo del tomate en una campaña tipo de producción. 

La cifra generada puede varia tanto por exceso como por defecto, a consecuencia de las plagas y enfermedades que pueden manifestarse durante los ciclos de producción y por la especie vegetal cultivada. 

En caso de déficit, los productores pueden optar por completar la dosis con otras enmiendas orgánicas como puede ser estiércol o compost vegetal. También, pueden aplicar solo la cantidad de restos vegetales en la superficie de suelo que corresponde a la línea de cultivo a través de su introducción en carillas (zanjas triangulares de 30 cm de profundidad y 40 cm de base), siendo el perfil de suelo que exploran las plantas durante su desarrollo. 

En caso de exceso, se podría incorporar al suelo toda aquella cantidad de restos vegetales que no superen los 170 kg·ha^-1·año^-1 de nitrógeno. 

• Es imprescindible el uso de carillas para incorporar los restos vegetales al suelo de los invernaderos que dispongan de un enarenado para descender los costes de trabajar el suelo.

Biomasa agrícola de tomate incorporada en carillas situadas sobre las líneas de cultivo. Fuente: César Ruiz Olmos.