Fósforo del suelo en agricultura

Las personas que formamos parte del planeta debemos ser conscientes de que cualquier recurso es finito y como consecuencia extinguible. 

En la actualidad, ya hay muchos casos de extinción de especies ya sea de flora o fauna, por ejemplo, en el caso de las razas animales ya se han extinguido 664. 

De la misma forma, el fósforo es un elemento que podríamos decir que, en la actualidad, se encuentra en la lista roja de especies en extinción porque el agotamiento de las materias primas está bastante próximo. 

Cerca de tres cuartas partes del fósforo total (en todas sus formas químicas) se emplean como fertilizante. Otras aplicaciones importantes son en detergentes, nutrientes suplementarios en alimentos para animales, sistemas para reducir la dureza del agua, aditivos para alimentos y fármacos; además de agentes de revestimiento en el tratamiento de superficies metálicas, aditivos en metalurgia, plastificantes, insecticidas y aditivos de productos petrolíferos.

El fósforo en el suelo

En el suelo, el fósforo (P), a diferencia del nitrógeno, no puede ser fijado por microorganismos de la atmósfera y solo procede de la descomposición de la roca madre durante la meteorización. Representa alrededor del 0,1 % de la corteza terrestre. 

Su contenido en rocas sedimentarias es muy pequeño (0,05 %) y es notablemente más elevado en rocas volcánicas (0,2 %), que suelen ser la auténtica fuente de fósforo.

Se estima que las reservas de P estarán agotadas en el intervalo de 50 a 400 años 

Marruecos posee más del 77 % de los recursos del mundo, además, junto con China y Estados Unidos, cuenta con dos tercios de la producción mundial. 

Indicadores a largo plazo incluyen mayor demanda, menor calidad y mayores costos de producción. Por tanto, se estima que el precio de los fertilizantes fosfatados aumentará (Cooper y Carliell-Marquet, 2013). 

Europa no tiene apenas recursos o fuentes fosforadas y, por esa razón, utiliza fosfatos minerales importados. 

La UE debería actuar hacia una economía circular y eficiente en el uso de recursos que utilice el procesamiento de nutrientes de los materiales de desecho y prevenga sus pérdidas (Cooper y Carliell-Marquet, 2013).

Las aportaciones de fósforo al suelo pueden venir del suministro que realicen los minerales debido a su mineralización.

En la siguiente tabla vemos los minerales de la superficie terrestre que tienen fósforo en su composición química.

Entre los fosfatos de calcio, el flúor-apatito es el más insoluble del grupo y, por tanto, la forma menos aprovechable. Solo los fosfatos mono y dicálcico son fácilmente asimilables por las plantas, pero se suelen transformar en compuestos más insolubles. 

Los fosfatos de hierro y aluminio son fosfatos hidroxilados, extremadamente insolubles y muy estables en suelos ácidos. 

El fósforo orgánico que ha sido identificado específicamente en el suelo se encuentra sobre todo en forma de fosfolípidos, ácidos nucleicos, fitina y derivados (que suelen constituir hasta el 80 % del fosforo total del suelo). 

Por supuesto, también hay que considerar los fertilizantes que se aplican según el nuevo Real Decreto de Nutrición Sostenible de Suelos que se podrían dividir en dos categorías. La primera los que aportan fósforo como principal fuente, que denominaremos fosfatados (t de P2O5):

1. Superfosfato simple. Ca(H₂PO₄)₂

2. Superfosfato concentrado. Ca (H₂PO₄)₂*H₂O y es concentrado porque presenta más de un 25 % de ácido fosfórico (H₃PO₄)

3. Ácido fosfórico (H₃PO₄)

4. Escoria Thomas. Ca₅(PO₄) SiO₂

Otros fosfatados simples:

1. Fertilizantes compuestos (en t de N, P₂O₅, K₂O)

2. MAP (fosfato monoamónico)

3. DAP (fosfato diamónico)

4. NP

5. PK

6. NPK < 10 % N

7. NPK 10-17 % N

8. NPK > 17 % N

En la Unión Europea, el 25 % de los suelos tienen un bajo nivel de fósforo disponible, debido a los problemas de insolubilizaciones comentados anteriormente, ya sea en ambientes básicos o ácidos.

El problema no es que no haya fósforo en los suelos, sino que no está disponible. Por esta razón, el aumento de sostenibilidad en la fertilización fosforada debe tener en cuenta la inclusión de biofertilizantes que solubilicen el fósforo presente en el suelo, pero que no está fácilmente biodisponible para las plantas. 

Actualmente, la cadena de valor del fósforo es semicircular, ya que el 80 % del elemento obtenido de recursos no renovables no se reutiliza. 

Para analizar las posibles mejoras, en la siguiente figura vemos la dinámica que el fósforo sigue en el suelo:

El fósforo se adsorbe en arcilla, óxidos de Al y Fe, carbonatos y materia orgánica. De esta manera se fija en el suelo como fósforo orgánico e inorgánico. 

Antiguamente, la fertilización con abono orgánico era la base para el cultivo de plantas, pero debido a la mayor demanda de alimentos, en los siglos XX y XXI los fertilizantes minerales P se convirtieron en la más importante fuente de P del suelo.

Sin embargo, debido a su existencia finita debemos mejorar la eficiencia del suelo. En el caso de los fertilizantes de fósforo hay que tener en cuenta las siguientes consideraciones para mejorar la eficiencia:

La industria requiere mejorar la eficiencia de extracción de P de roca de fosfato.

1. La biodisponibilidad es un aspecto importante de los fertilizantes de fósforo. 
2. Algunas limitaciones de la valorización de residuos en fertilizantes están relacionadas con restricciones legales, por ejemplo, desechos de matanza. 
3. Fertilizantes de fósforo pueden producirse a partir de diferentes tipos de biorresiduos: municipales, residuos agrícolas y alimentarios. 
4. La recuperación de fósforo también se puede lograr mediante precipitación controlada de estruvita (MgNH₄PO₄·H₂O) (Vaneeckhaute et al., 2016).
5. Uso de microbiología para aumentar la biodisponibilidad de P. Esto podría lograrse, por ejemplo, con la inoculación de suelo con Bacillus megaterium o Acidithiobacillus ferrooxidans, que producen ácidos y pueden así solubilizar fosfatos que se disuelven en la solución del suelo (Vaneeckhaute et al., 2016).

Los desechos animales pueden ser la fuente tanto de energía, como de digestato de fermentación, y así alternativas a fertilizantes sintéticos (Sigurnjak et al., 2016). 

La biodigestión puede cerrar el ciclo de los nutrientes para producir sustitutos de los fertilizantes (Vaneeckhaute et al., 2013). Los lodos de depuradora y sus cenizas pueden ser una buena fuente de fósforo fertilizante en la composición de formulaciones fertilizantes. 

Existe otra posibilidad que hemos investigado en la Estación Experimental Cajamar 'Las Palmerillas' plasmándose incluso en una patente de utilidad industrial y es intentar maximizar las aportaciones de fósforo mediante la síntesis de hidroxiapatitos sintéticos a la carta. 

De manera, somos capaces de formular un determinado hidroxiapatito con una composición nutricional en cationes y aniones.

Como vemos en la siguiente imagen, la fórmula general del hidroxiapatito sería la que aparece y puede incorporarse a nivel catiónico (Ca⁺², K⁺, Mg⁺², Fe⁺³, Zn⁺², Mn⁺², Cu⁺²) y aniónico (Cl^-, F^-, CO3²-, SiO₄^2-, MoO₄^-2, BO₃-, SO₄^-2).

En la siguiente tabla vemos el tipo de sales que podría utilizar para generar un hidroxiapatito con una determinada composición. Como vemos las combinaciones son infinitas.

Como conclusión final, cabe destacar que es necesario aumentar la circularidad del fósforo en una agricultura eficiente. Para conseguir dicho objetivo debemos cuantificar los insumos de entrada al cultivo aportados por el agua de riego, abono en verde, cubiertas vegetales, mulch, fertilizantes, bioestimulantes y probióticos con microrganismos eficientes en la solubilización de fósforo. 

Todas estas soluciones nos podrían ayudar a aumentar su disponibilidad en el suelo para los cultivos y sin duda ampliar la circularidad que tiene en la actualidad para, quizás, en un futuro no muy lejano, no se convierta en una materia prima extinta.

Referencias bibliográficas

• Van Dijk KC, Lesschen JP, Oenema O. Phosphorus flows and balances of the European Union Member States. Sci Total Environ. 2016 Jan 15;542(Pt B):1078-93. doi: 10.1016/j.scitotenv.2015.08.048. Epub 2015 Oct 1. PMID: 26421756.
• James Cooper, Cynthia Carliell-Marquet, A substance flow analysis of phosphorus in the UK food production and consumption system, Resources, Conservation and Recycling, Volume 74, 2013, Pages 82-100, ISSN 0921-3449, https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2013.03.001.
• Céline VANEECKHAUTE, Joery JANDA, Peter A. VANROLLEGHEM, Filip M.G. TACK, Erik MEERS, Phosphorus Use Efficiency of Bio-Based Fertilizers: Bioavailability and Fractionation, Pedosphere, Volume 26, Issue 3, 2016, Pages 310-325, ISSN 1002-0160, https://doi.org/10.1016/S1002-0160(15)60045-5.
• I. Sigurnjak, J. De Waele, E. Michels, F. M. G. Tack, E. Meers, S. De Neve.; Nitrogen release and mineralization potential of derivatives from nutrient recovery processes as substitutes for fossil fuel-based nitrogen fertilizers. Soil Use and Management Vol 33 (3); September 2017; Pg 437-446; https://doi.org/10.1111/sum.12366
• Cooper, James & Carliell-Marquet, Cynthia, 2013. "A substance flow analysis of phosphorus in the UK food production and consumption system," Resources, Conservation & Recycling, Elsevier, vol. 74(C), pages 82-100.  DOI: 10.1016/j.resconrec.2013.03.001