Estudio de la viabilidad del fósforo recuperado de sistemas acuáticos eutrofizados en fertirriego

La acción del hombre ha alterado notablemente el ciclo biogeoquímico del fósforo. Por un lado, el exceso de este elemento en los ecosistemas acuáticos ha dado lugar a su eutrofización, mientras que, por otro lado, se observa su déficit en las reservas de este nutriente en los ecosistemas terrestres. Para contrarrestar esta alteración antrópica sobre el ciclo biogeoquímico del fósforo, se ha desarrollado una técnica que permite recuperar el fósforo de los ecosistemas acuáticos y utilizarlo como fertilizante para el cultivo de diferentes especies de plantas de alto valor económico como el melón, el pepino y la albahaca. Los resultados de este ensayo mostraron que la solución neutralizada que contiene el fósforo recuperado se puede utilizar como fertilizante líquido ya que todas las variables respuesta medidas en las plantas (altura, biomasa, concentración de fósforo) se incrementaron significativamente respecto al control.

El ciclo biogeoquímico del fósforo (P) se está viendo dramáticamente afectado por la actividad humana. Actualmente, nos enfrentamos a dos problemas íntimamente asociados: el agotamiento global de las reservas de P y el enriquecimiento en este nutriente de los ecosistemas acuáticos continentales. El P es exportado desde los ecosistemas terrestres provocando un agotamiento en sus reservas, llegando mediante la escorrentía y la infiltración a los ecosistemas acuáticos, dando lugar a su eutrofización. Hoy en día, el P natural no tiene sustituto de síntesis química para la producción de alimentos por lo que es esencial buscar alternativas que permitan recuperar el P de los ecosistemas acuáticos y reutilizarlo como fertilizante.

En este contexto, durante la última década, investigadores del Instituto del Agua de la Universidad de Granada, han perfeccionado un método para la mejora de la calidad del agua de estos ecosistemas eutrofizados a través del uso de adsorbentes magnéticos. Resultados previos (de Vicente et al., 2011), han demostrado la elevada capacidad de adsorción de P que tienen las partículas magnéticas bajo diferentes condiciones físico-químicas (pH, condiciones redox). La principal ventaja de su uso es que el adsorbente junto con el P adsorbido pueden ser recuperados del medio reduciéndose notablemente el coste económico de este mineral, así como los posibles efectos tóxicos sobre organismos acuáticos. En este trabajo de investigación, el principal objetivo ha sido evaluar la viabilidad del uso del P recuperado de ecosistemas acuáticos eutrofizados como fertilizante líquido para el cultivo de especies de plantas seleccionadas, por su evidente alto valor económico y su rápido crecimiento, en concreto: el melón, el pepino y la albahaca.

El P utilizado en este estudio procede de la Laguna Honda de la Albufera de Adra (Almería). Esta laguna, pese a haber sido designada como Reserva Natural y sitio Ramsar, recibe grandes aportes externos e internos de P, lo que ha deteriorado la calidad de sus aguas (de Vicente et al., 2003). De todas las medidas de restauración disponibles, además de la reducción significativa de la carga externa de P, hay que tener en cuenta que las características intrínsecas de este sistema no hacen aconsejable el uso de otros compuestos químicos usados para la inactivación del P como son las sales de aluminio u óxidos de hierro, por lo que es necesario el uso de nuevos adsorbentes (partículas magnéticas) de P para su restauración (Funes et al., 2016). En concreto, el P de esta laguna se obtuvo mediante un experimento que consistió en la adición de partículas magnéticas (hierro carbonilo, BASF, Alemania) a una serie de microcosmos (15 en total) de PVC (Ø = 38cm; h = 58 cm) que contenían agua (40 L) y sedimento superficial (6600 cm³). Tras 24 h de contacto, se retiraron las partículas junto con el P adsorbido mediante la utilización de un rastrillo magnético diseñado para este estudio (Funes et al., 2016). Una vez obtenidas las partículas magnéticas junto con el P adsorbido, el primer objetivo de este trabajo fue optimizar la desorción del P adsorbido sobre las partículas magnéticas mediante la realización de un lavado secuencial de estas partículas con diferentes soluciones básicas como extractantes (NaOH; KOH y NH₄OH; a cuatro concentraciones diferentes: 0,1, 0,5, 1,0 y 3,0 M). Debido a que la solución resultante era excesivamente básica, se procedió a la neutralización de la misma mediante dos ácidos diferentes: HCl o H₃PO₄.

Una vez identificada la solución más óptima, esto es, aquella que permitía una mayor desorción de P, se realizó un experimento de fertilización basado en el cultivo en vivero de plántulas de tres especies diferentes: albahaca, pepino y melón; y tres soluciones nutritivas (tabla 1). Con cada especie se realizaron estos tres tratamientos además del control (adición de agua solamente), cada uno con un total de 22 repeticiones. La composición de la solución nutritiva se preparó siguiendo las recomendaciones descritas por Stradiot (2002) y Casas (2005).

Los semilleros consistieron en macetas de plástico individuales, cuyo sustrato estaba formado por una mezcla, pobre en nutrientes, de turba negra (15%), turba rubia (70%) y perlita (15%). Una vez preparados los semilleros, se trasladaron a un umbráculo cubierto por una malla de sombreo para evitar la exposición directa y continua del sol, donde se dispusieron aleatoriamente. Desde la siembra de las semillas, los semilleros fueron sometidos a riegos diarios por microaspersión. La germinación fue controlada diariamente y cuando ésta fue superior al 70-75% del total de semillas, se procedió a la adición de las diferentes soluciones nutritivas. Tras la germinación, se monitorizó la altura de las plántulas tres veces por semana. A tiempo final, además, se cuantificó la biomasa aérea y radicular, así como la concentración de P. Finalmente y con objeto de comprobar si había diferencias significativas entre los distintos tratamientos, se realizaron análisis estadísticos utilizando el software Statistica (v7.1).

Optimización de la desorción de P de las partículas magnéticas

El primer paso en este trabajo consistió en identificar las mejores condiciones para desorber el P de las partículas magnéticas. En nuestras condiciones y para los cultivos seleccionados, la mejor solución extractante fue M de NH₄OH neutralizado con ácido fosfórico (Álvarez-Manzaneda et al., 2021). La concentración de P obtenida (1168 mg L^-1) era muy superior a la utilizada en ensayos de fertilización similares (Stradiot, 2002; Casas, 2005), por lo que la solución nutritiva final tuvo que ser diluida antes de su uso sobre las plantas.

Desarrollo del cultivo

Para todas las especies cultivadas, se obtuvieron diferencias significativas en la altura de plantas a lo largo del ciclo, alcanzando valores máximos en el día 31 (finalización del ensayo; Fig. 2). Al final del experimento, se observaron diferencias significativas en la altura tanto de la albahaca como del melón, debidas a la adición del P recuperado. Por otro lado, no se encontraron efectos significativos de la adición de macroelementos sobre la altura para ninguna de las especies estudiadas excepto para las plantas de pepino. Estos resultados muestran que el crecimiento de esta especie está controlado no solo por el contenido de P, sino también por el contenido en macronutrientes.

Respecto a la tasa de crecimiento diaria, se registraron valores máximos en los días 24 y 28. En general, a partir del día 21 se observaron valores más altos en el tratamiento con micro y macronutrientes (T3) para las tres especies. Al final del experimento, se obtuvieron diferencias significativas entre todos los tratamientos en las tres especies.

Concentración de P en parte aérea y raíces

En general, la concentración de P en la parte aérea de las plantas fue significativamente inferior en el control respecto al resto de tratamientos (ver Fig. 3). Es importante mencionar que el P es también un elemento crucial para la acumulación de otros nutrientes en la planta (tanto en la parte aérea como en la raíz). Por ejemplo, Borges et al. (2016), observaron en un ensayo con albahaca, una reducción drástica de nutrientes en la planta si ésta era sometida a un déficit de P. Por otro lado, observamos que la adición de P aumenta de manera significativa la concentración de P en el tallo a excepción del melón, en el que no se observaron efectos significativos en la parte radicular.

Los resultados de este trabajo han mostrado que la solución neutralizada que contiene el P procedente de un ecosistema acuático eutrofizado se puede utilizar como fertilizante líquido ya que todas las variables respuesta medidas en las plantas (altura, biomasa, concentración de P) se incrementaron significativamente respecto al control cuando se usó la solución nutritiva compuesta por el P recuperado junto con una combinación de micro y macronutrientes.

Esta investigación, por tanto, abre la puerta a una nueva fuente de fósforo cuyo proceso de extracción se convierte en una externalidad positiva dentro de un contexto de economía circular. De este modo, se trataría de que un “problema”, el P que causa la eutrofización de los ecosistemas acuáticos, se convierta en la “solución” a la escasez en las reservas naturales de P para la producción de fertilizantes.

Referencias bibliográficas

• Álvarez-Manzaneda, I., Laza, N., Navarro, F.B., Suárez-Rey, E.M., Segura-Pérez, M.L., de Vicente, I., 2021. Assessing the viability of recovered phosphorus from eutrophicated aquatic ecosystems as a liquid fertilizer. J. Environ. Manage. 285, 112156.
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• de Vicente, I., Serrano, L., Amores, V., Clavero, V., Cruz-Pizarro, L., 2003. Sediment phosphate fractionation and interstitial water phosphate concentration in two coastal lagoons (Albuferas de Adra, SE Spain). Hydrobiologia 492, 95-105
• de Vicente, I., Merino-Martos, A., Guerrero, F., Amores, V., de Vicente, J., 2011. Chemical interferences when using high gradient magnetic separation for phosphate removal: consequences for lake restoration. J. Hazard Mater. 192, 995-1001.
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• Stradiot, P., 2002. Factores implicados en el desarrollo de la plántula: riego, fertilización y sustratos. In: Cuadrado-Gómez, I.M., Fernández-Fernández, M.M., García-García, C., (Eds.). Jornadas Nacionales de Semilleros Hortícolas. FIAPA, Almería, Spain, 37-44 pp.
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