Optimizar la utilización de recursos como el agua o el fertilizante nitrogenado resulta fundamental para poder conseguir una agricultura sostenible

Es esencial mantener y mejorar el rendimiento de los cultivos en sistemas de regadío, a la vez que se minimizan sus impactos ambientales. A todos los cultivos -y en especial a los de regadío- se les asocian emisiones de un potente gas de efecto invernadero, el óxido nitroso (N₂O). Esto suele explicarse por el aporte de fuentes nitrogenadas y muy especialmente cuando se manejan altas dosis de nitrógeno (N) en condiciones de temperaturas cálidas y suficiente humedad del suelo. Estas características son ideales para los procesos microbianos que conducen a la liberación de óxido nitroso (N₂O) de los suelos agrícolas, principalmente la nitrificación y desnitrificación.

Las oportunidades de mitigación del óxido nitroso (N₂O) en los cultivos de regadío como el maíz pasan por una mejor gestión de la fertilización con N y del riego. Los resultados científicos han demostrado que entre las mejores prácticas de fertilización para reducir las pérdidas de N manteniendo o mejorando los rendimientos destaca el uso de inhibidores de la nitrificación como el DMPP o DMPSA, presentes en la gama de fertilizantes ENTEC®. En cuanto a la gestión del riego, se puede conseguir una reducción significativa de las emisiones de óxido nitroso (N₂O) mediante el uso del riego por goteo en lugar del riego por surcos o aspersión, pues las condiciones de humedad en el suelo cuando se usan sistemas de riego localizado son menos favorables para la producción de este gas de efecto invernadero.

La fertilización y el riego, combinados a través de la fertirrigación por goteo, permiten mejorar la distribución del N, y facilitar la sincronización de este nutriente con las necesidades del cultivo, lo que conduce a mejoras significativas de la eficiencia del uso del N y a reducciones de las pérdidas de N reactivo a la atmósfera y las aguas subterráneas. Combinar el riego por goteo y la fertirrigación incorporando un inhibidor de la nitrificación contrastado como el DMPP resulta muy interesante, pero surge la cuestión de si el inhibidor de la nitrificación (DMPP) puede mantener su eficacia -y conducir a reducciones adicionales de N₂O- en combinación con una estrategia ya de por sí eficiente en la mitigación como es el fertirriego, en el que se dan condiciones de saturación de agua cerca de los goteros. Además, la eficacia medioambiental, agronómica y económica del fertirriego por goteo podría mejorarse utilizando un riego por goteo subsuperficial, ya que es una alternativa altamente eficiente en el uso de agua y nutrientes, aunque ensayos previos han reportado efectos variables en relación a los rendimientos.

En este contexto, la Universidad Politécnica de Madrid, en colaboración con EuroChem, establecieron un experimento en maíz con el objetivo de comparar el riego por goteo superficial y subsuperficial con diferentes fuentes de N (es decir, basadas en nitrato (NO₃-N) y en amonio (NH₄⁺ -N), incluyendo el uso del inhibidor de la nitrificación (DMPP) en lo que respecta a las emisiones de N₂O.

El ensayo se llevó a cabo en la campaña 2021 en la estación experimental de La Chimenea (IMIDRA) en Madrid. El diseño experimental se desarrolló en parcelas divididas con tres repeticiones, siendo el sistema de riego el factor principal (goteo superficial y subsuperficial a 30 cm de profundidad) y el fertilizante nitrogenado el factor secundario (control, sulfato amónico, AS, sulfato amónico + DMPP, AS+DMPP (ENTEC® solub 21) y nitrato cálcico, CN) (Tabla 1).

Tabla 1. Estrategias de fertilización evaluadas en el ensayo en los dos sistemas de riego por goteo (superficial y subterráneo).

En ambos sistemas de riego se instaló una línea de goteo (con goteros de 3,5 L h^-1, separados 0,33 m) por cada hilera de maíz. Se utilizó un sistema de riego por aspersión portátil para proporcionar suficiente humedad al suelo para las labores de presiembra y para promover la nascencia del maíz, ya que el suelo -por su alto contenido en limo- es propenso a la formación de costras, siendo desinstalado tras la emergencia del maíz.

Todos los fertilizantes nitrogenados se aplicaron a una dosis similar de 210 kg N ha^-1, divididas uniformemente en tres eventos de fertirrigación. Todas las parcelas elementales (incluido el tratamiento control) recibieron fertilizantes fosforados (P) y potásicos (K) en presiembra. El riego se realizó dos veces por semana desde la emergencia del maíz hasta mediados de septiembre, tanto en parcelas principales de riego por goteo superficial como subsuperficial. En cada semana, la dosis de agua se calculó utilizando los datos de evapotranspiración de referencia de la estación de campo y el coeficiente de cultivo (Kc) del maíz en cada fase de desarrollo del cultivo.

La medición de óxido nitroso (N₂O) se realizó después de los eventos de riego y la frecuencia se incrementó a 2-3 veces por semana durante el primer mes después de los eventos de fertirrigación. Después, la frecuencia de muestreo se redujo progresivamente, pero cubriendo todo después de eventos de lluvia/riego, pues la rehumectación del suelo seco produce habitualmente pulsos de emisión de este gas en los días posteriores. Los flujos de gases de efecto invernadero se midieron a través de cámaras opacas cerradas (Figura 1).

Efecto del tipo de riego por goteo

Nuestros resultados demostraron que el manejo por goteo-fertirrigación enterrado puede alcanzar las mismas o incluso mayores productividades de grano y biomasa que el goteo superficial en maíz, aunque deben considerarse las limitaciones técnicas (diseño e instalación, mantenimiento y mayor riesgo de averías). Para la interpretación de estos resultados hay que recalcar que se utilizó un sistema de riego por aspersión para garantizar la nascencia en ambos sistemas de riego.

La producción de grano fue de 15,4 t/ha para el sistema de riego subterráneo, y de 13,8 t/ha para el sistema de riego por superficie, lo que supone un incremento estadísticamente significativo de un 12%. Sin embargo, en la cosecha de biomasa total no se encontraron diferencias significativas, aunque sí se observó la misma tendencia (41,4 t/ha en riego subterráneo y 39,2 t/ha en riego por superficie). Durante la campaña, se realizaron medidas con sensores proximales (SPAD) y vuelos con dron equipado con cámara multiespectral, que permitieron obtener parámetros relacionados con la actividad fotosintética y eficiencia en la asimilación de N (índices vegetativos como el NDVI y NDRE). Estos sensores e índices captaron fielmente las diferencias entre riegos, tanto a nivel de rendimiento como de fenología (se observó una aceleración del ciclo del maíz en riego subterráneo, Figura 2). Estos novedosos resultados pueden ser relevantes de cara a la adaptación al cambio climático.

Figura 2. Fotografías tomadas el 9 de agosto (A) y el 11 de agosto (B) en parcelas irrigadas por goteo subterráneo (izquierda) y superficial (derecha), pertenecientes al mismo tratamiento fertilizante.

Respecto a las emisiones de gases de efecto invernadero, el sistema de riego subterráneo redujo en un 25% las emisiones de óxido nitroso (N₂O), aunque estas diferencias no fueron estadísticamente significativas. El riego por goteo subterráneo emitió 213,2 g N₂O/ha y el riego por goteo superficial, 283,2 g N₂O/ha. Los factores de emisión (cantidad de N₂O emitida por kg de N aplicado) fueron en ambos casos menores que los factores de emisión del IPCC e incluso que los valores establecidos para cultivos Mediterráneos irrigados, confirmando la elevada eficacia mitigadora del fertirriego por goteo. Además, los resultados mostraron que el riego subterráneo redujo significativamente las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) y metano (CH₄), que si bien tienen menor importancia en el balance de la huella de C de los agrosistemas, refuerzan la sostenibilidad de esta práctica considerando un enfoque más completo.

Efecto del tipo de fertilizante

El efecto del inhibidor de la nitrificación (DMPP) fue significativo, incrementando los rendimientos con respecto al resto de los tratamientos evaluados. Concretamente, incrementó el rendimiento del maíz fertilizado con respecto a la fuente nítrica (CN) en un 11%, y con respecto al fertilizado con la fuente amoniacal sin inhibidor (AS) en un 18% (Figura 3). Estos resultados muestran el efecto positivo que puede tener el inhibidor de la nitrificación (DMPP), favoreciendo la nutrición nítrico-amoniacal del cultivo, incluso en sistemas altamente eficientes en la distribución de nutrientes como es la fertirrigación por goteo. Los índices de vegetación remotos y proximales fueron capaces de captar, en momentos puntuales del ciclo, el incremento en la captación de N con el uso del DMPP.

Además, las emisiones acumuladas de óxido nitroso (N₂O) se redujeron significativamente con el inhibidor de la nitrificación DMPP en comparación con el AS (fuente amoniacal sin inhibidor), mostrando el fertilizante CN (fuente nítrica) resultados intermedios (Figura 3). La eficacia de mitigación del DMPP alcanzó casi el 100% ya que los flujos acumulados en AS+DMPP fueron similares a los de las subparcelas control. Por otro lado, y en acuerdo con estudios previos, las emisiones del tratamiento AS (fuente amoniacal) fueron superiores a las del tratamiento CN (fuente nítrica), destacando el mayor efecto en la emisión de óxido nitroso durante el proceso de nitrificación, comparado con el de desnitrificación.

Figura 3. Producción de maíz (14% humedad) representado en el gráfico de barras y emisión de óxido nitroso (N₂O) representado por los puntos rojos en los tratamientos evaluados en ambos sistemas de riego por goteo. Letras distintas indican diferencias significativas aplicando la prueba LSD a P < 0,05.

Optimizar la utilización de recursos como el agua o el fertilizante nitrogenado resulta fundamental para poder conseguir una agricultura sostenible. Los resultados de este ensayo corroboran la efectividad de incorporar el inhibidor de la nitrificación (DMPP) a los sistemas de riego por goteo para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero e incrementar la producción de grano, mostrando resultados particularmente prometedores en combinación con el riego enterrado.

Además, el sistema de goteo subterráneo puede considerarse como una buena alternativa para producir maíz de manera eficiente, porque tiende a disminuir las emisiones de N₂O (y otros gases de efecto invernadero emitidos desde los suelos agrícolas) comparado con el riego por goteo superficial, mejorando el rendimiento en grano y acortando significativamente el tiempo comprendido entre nascencia y floración.

Para más información, puede consultarse el artículo científico publicado por Guardia et al. (2023):

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377423002457

Agradecimientos

Al Ministerio de Ciencia e Innovación por la beca Torres de Quevedo PTQ2020-011271/ AEI / 10.13039/501100011033, recibida por Dr. Ángel Maresma.