En el presente estudio se evaluaron tres granulados, fabricados a partir de mezclas de productos carbonosos, aplicados en campo junto a un fertilizante NPK, para medir su capacidad de mejorar el aprovechamiento de los nutrientes. Estudios previos han revelado que el empleo de productos con base de carbono, además de aportar carbono orgánico al suelo, son capaces de mejorar la eficiencia de los nutrientes debido a que incrementan la capacidad de intercambio catiónico (CIC), gracias a su composición y estructura retienen los nutrientes y los dejan disponibles para las plantas.

Centro Tecnológico Agrario y Agroalimentario ITAGRA. CT.

El gran incremento en los precios del fertilizante sufrido a principios del 2022 (hasta 66%) alcanzando máximos históricos, así como los problemas de asequibilidad y disponibilidad de estos actualmente (Banco Mundial, 2022), unido a regulaciones cada vez más restrictivas orientadas a evitar la sobre-fertilización, plantean la necesidad de un mejor aprovechamiento de los productos fer­tilizantes en el campo.

Diversos estudios han demostrado que el empleo de partículas con base de carbono, gracias a su estructura porosa, el área superficial y su composición química, pueden funcionar como una matriz de adsorción/absorción en el suelo (Lui et al. 2018, Dugdug et al. 2018) mejorando el pH, la conductividad eléctrica, o la ca­pa­ci­dad de intercambio catiónico (CIC) o propiedad del suelo que le permite retener los nutrientes en formas asimilables para las plantas (Clough et al. 2013). Por tanto, una CIC óptima garantiza una mejor eficiencia de los nutrientes aportados en la fertilización. Además, la aplicación de ma­teriales de base carbono aporta una fracción de carbono orgánico al suelo (Amoah-Antwi et al. 2020).

Es importante que los nuevos desarrollos de productos agrícolas contemplen una transición progresiva, para que los usuarios, tanto industrias fertilizantes como agricultores, puedan adaptarse fácilmente a su elaboración y uso, respectivamente. Por ello, la propuesta de granulados desarrollados en el presente estudio consistió en una fabricación simple a través de granulado rotativo, obteniendo granulados que pueden mezclarse con granulados de fertilizantes comerciales y aplicarse en campo mediante una abonadora convencional. El estudio completo consistió en elaborar tres tipos de granulados a partir de cuatro productos con alto contenido en carbono (en dos mezclas binarias y una cuaternaria), evaluar su distribución en campo y mezclar con un fertilizante NPK para determinar su efecto en un cultivo de cereal y uno de leguminosas.

Materiales y ensayos de campo

Granulados organominerales

Se llevaron a cabo pruebas para la formación de granulados con el objetivo de conseguir una estructura que permita a la maquinaria agrícola común de abonado suministrar este producto en campo. Mediante un proceso de fabricación simple a través de granulado rotativo, con la adición mínima de un producto aglomerante y de sellado, se prepararon granulados homogéneos de aproximadamente 5 mm de diámetro como se muestra en la foto 1.

Partiendo de cuatro materiales con alto contenido en carbono, se realizaron mezclas con la misma proporción de cada material para obtener tres diferentes granulados, dos de mezclas binarias y uno más con la mezcla cuaternaria.

Mezclas compuestas con fertilizante NPK

Los granulados se combinaron con un fertilizante comercial NPK, calculado a partir de las necesidades nutricionales por cada tipo de suelo y cultivo, evaluándose el efecto en un cereal (cebada) y en una le­gu­minosa (habas), según las condiciones de campo para cada cultivo que se resumen en el cuadro I. Se generaron cuatro tratamientos, tres de granulados de materiales carbonosos más el fertilizante y un control (solo fertilizante) como se observa en la foto 2.

Los cuatro tratamientos fueron aportados al suelo como fertilización de fondo en el momento de la siembra. Se realizaron análisis de suelos al inicio y al final del ensayo, en donde se midieron también los parámetros de producción para la cebada y para las habas.

Pruebas de distribución

Se llevó a cabo un ensayo de distribución para comprobar que los granulados se ajustan a una distribución homogénea en un equipo de abonado convencional. Para ello se seleccionó un campo experimental con pendiente nula y una abonadora centrífuga suspendida de la marca Rauch (Kuhn).

Como se muestra en la foto 3, el ensayo consistió en colocar cinco bandejas con rejillas separadas cada 5 m a lo largo de una calle de trabajo, definiendo el ancho a 20 m y una dosis de aplicación de 100, 250 y 500 kg/ha. El tractor con la abonadora pasó a 10 km/h por la calle, con tres repeticiones (tres pasadas por cada dosis). Las bandejas se dispusieron transversalmente a una distancia de 15 m desde el inicio del recorrido. Una vez realizada la pasada, el contenido de granulados recogido en las bandejas se vació en probetas para analizar la distribución/perfil del granulado en cada dosis.

Resultados

Prueba de distribución de granulados

Los resultados confirman una uniformidad en el abonado, lo que indica que el tamaño del gránulo es homogéneo (foto 4), debido a que la curva de distribución es equiparable a la curva teórica. Se forma una pirámide por una mayor concentración en el centro de la anchura total de esparcido y una menor concentración en los extremos, que son compensados en una segunda pasada por el solapamiento de la distribución lateral.

Incremento en la producción

Los resultados de producción de cebada (foto 5) mostrados en el cuadro II, indican un mayor rendimiento en las microparcelas del T1, con una producción media de 3.221 kg/ha, la cual es un 33% superior a la producción registrada en el T0 (control, sin granulados), con 2.430 kg/ha. El T2 también mostró un incremento en la producción de grano con 3.146 kg/ha, un 29% mayor que el control. El T3, que representa la incorporación de granulados de los cuatro materiales, también presenta un rendimiento ligeramente mayor al control (8%).

En el segundo cultivo, los parámetros de producción de habas fueron medidos en número de vainas por planta y número de granos por vaina (foto 6). Los datos se muestran en el cuadro III, donde se observa que todas las microparcelas que recibieron un aporte de granulados presentan una mayor producción, tanto de vainas como de granos, respecto a las microparcelas del control sin granulados. El T3 (mezcla cuaternaria) fue especialmente favorable en la cantidad de vainas desarrolladas por planta de habas, con una media de 6,5, casi cuatro veces más alta que el T0 (NPK únicamente) con 1,7 vainas; en orden de mayor a menor siguen los tratamientos T2 y T1, con producciones de más de 140% por encima que la referencia del control.

El mismo efecto se observa en la cantidad de granos por vaina. El T0 presenta la menor producción con una media de 2 granos, mientras que el T3 fue el más alto con 3 granos por vaina, seguido del T2 y el T1, que registran desde un 20% a un 50% valores superiores al control. Con­si­derando ambos parámetros, la cantidad de vainas por planta y la cantidad de granos por vaina, en los tratamientos con granulados se obtiene una producción significativamente más alta.

Eficiencia por unidad de fertilizante en cebada

Respecto a las características del suelo tras la cosecha, en las microparcelas del ensayo de cebada (cuadro IV), el T2 destaca frente al resto de los tratamientos, ya que los valores de nitrógeno amoniacal y nítrico, así como de fósforo y potasio, son significativamente más altos. Esto significa que, tras el consumo de nutrientes que necesitan las plantas para su desarrollo, los granulados del T2 brindaron al suelo la capacidad de retener mejor dichos nu­trientes, aspecto que no ha supuesto una reducción de la producción como se ob­ser­vó en los datos de rendimiento (cuadro III). Los demás tratamientos (T1 y T3) no presentan diferencias significativas frente al T0.

No obstante, si se realiza un análisis de la eficiencia en el uso de estos nutrientes, midiendo el rendimiento (grano producido) por unidad de fertilizante aportado, en kg de grano/kg de cada nutriente, se obtiene un valor adaptado para: nitrógeno (NUE), fósforo (PUE) y potasio (KUE), (Dobermann, 2005).

Observando estos valores, los tratamientos con granulados presentan diferencias significativas respecto al control, destacando nuevamente el T2 por una mayor eficiencia del uso de nitrógeno (NUE), con valores hasta cinco veces más altos que en el T0 (415,5 kg de grano/kg de N frente a 80 kg de grano/kg de N, respectivamente). El NUE del T3 presenta un valor el triple de alto que el control (274,7 kg de grano/kg de N) y en el T1 cerca de un 50% más alto (116,5 kg de grano/kg de N).

En el caso del fósforo, el PUE del T2 es hasta cuatro veces más alto que el T0 (597,5 kg de grano/kg de P frente a 151,8 kg de grano/kg de P, respectivamente). El T3 es ligeramente más alto que el T0, mientras que el T1 presenta una eficiencia inferior al control.

Finalmente, el análisis de la eficiencia del uso de potasio también indica un mayor aprovechamiento de este mineral en el T2, que produjo casi cinco veces más grano que el T0 por la misma cantidad de K aportada al suelo, con valores de 48,6 kg y 10,3 kg de grano/kg de K, respectivamente. Seguido nuevamente por el T3, con 38,1 kg de grano/kg de K. Por su parte, el T1 presenta valores semejantes al tratamiento control.

Se analizó también el contenido en el suelo de algunos micronutrientes (calcio, magnesio y sodio) al inicio y al final del ensayo (cuadro V). Tras el aporte del fertilizante acompañado de granulados de materiales carbonosos no se observan diferencias significativas en los valores individuales de dichos nutrientes.

Al realizar un análisis de estos datos en conjunto calculando la capacidad de intercambio catiónico (CIC), se observa una mayor diferencia de esta capacidad al final del ensayo en los suelos de los tratamientos con granulados, especialmente en el T3, donde la CIC pasó de 22,3 a 25,6 mg/kg. Nuevamente se comprueba que el aporte de granulados junto al fertilizante brinda una mejor capacidad al suelo para la retención de nutrientes.

Eficiencia por unidad de fertilizante en habas

En el análisis de los macronutrientes del suelo tras la cosecha de habas, resumido en el cuadro VI, se observa que los tratamientos con granulados presentan un contenido de macronutrientes más alto que el tratamiento control. Especialmente el T2 y el T3, que presentan valores más altos de nitrógeno nítrico y potasio, y del T1 y el T2 con valores más altos de fósforo.

Al analizar la eficiencia en el uso del nitrógeno, el fósforo y el potasio aportados al suelo por la cantidad de granos producidos en cada tratamiento (NUE, PUE y KUE, respectivamente), también se observa una eficiencia de producción más alta al adicionar los granulados. Estos parámetros se calculan en función del rendimiento (kg de grano) y la concentración de cada nutriente medida en el suelo al inicio y al final del ensayo.

En el caso del NUE, el mayor valor se obtuvo del T3 (mezcla cuaternaria) con 9,3 kg de grano/kg de nitrógeno frente a 1,5 kg de grano/kg de nitrógeno del tratamiento control (T0, sin carbón). También se observa una gran diferencia en el T2, con 7,5 kg de grano/kg de nitrógeno, seguido del T1.

En el análisis de la eficiencia del fósforo (PUE) destaca el T2, en donde la producción de grano ha sido hasta 8 veces más alta que en el T0, por la mis­ma cantidad de fósforo aportado. El T1 también presenta una eficiencia elevada con 12,5 kg de habas por kg de fósforo, seguido del T3.

Finalmente, al analizar la eficiencia del potasio, se observa una amplia diferencia entre los tratamientos con granulados y el control. Nuevamente el T3 presenta la mayor ventaja frente al T0, con una producción de 26,6 kg de habas frente a 1,3 del control, por cada kg de potasio. Seguido, en orden de mayor a menor, por el T2 y el T1, con producciones por encima del triple que en el T0.

El análisis de los micronutrientes presentes en las parcelas del ensayo tras la recolección de las habas (cuadro VII) respecto a los valores iniciales, no refleja diferencias significativas entre los tratamientos con granulados y el control. Al analizar estos nutrientes en conjunto, mediante la capacidad de intercambio catiónico (CIC), se observan niveles más bajos de CIC al final del ensayo. Sin embargo, los valores de tratamientos con granulados son ligeramente más altos que el control.

Conclusiones

El aporte de granulados de materiales con alto contenido en carbono mezclados con los granulados de un fertilizante NPK ha demostrado mejorar significativamente la producción de grano tanto en cebada como en habas. En cereal el rendimiento aumentó hasta un 33% por encima de un tratamiento sin granulados y en leguminosa se incrementó más del triple. Además, la aplicación de estos granulados hace más eficiente el uso del fertilizante debido a que se produce un mayor número de granos por unidad de nitrógeno, fósforo y potasio aportado. También mejora la calidad de suelo tras la cosecha frente a un cultivo donde solo se aplicó el fertilizante comercial.

Es destacable que los granulados pueden fabricarse mediante un proceso industrial simple y pueden ser aplicados en campo mediante maquinaria convencional. Por tanto, es un complemento de fácil adaptación para la actividad agrícola, que además de mejorar la producción, reduciría el impacto en el medio del uso de los fertilizantes.