IntroducciónSe espera que la población mundial pase de 6.2 billonesen el año 2000 a alrededor de 8.2 billones en el año2030. En este mismo periodo, se espera que la dietaenergética per cápita se incremente en un 9%. Al mismotiempo, a medida que los ingresos mejoran, se anticipaun incremento en la proporción de carne en las dietas.Además de satisfacer la creciente demanda poralimentos, la agricultura tendrá también que satisfacerla demanda de fibra y biocombustibles.

Casi todos los alimentos (humanos y animales), fibra ybioenergía adicionales tendrán que ser producidos enlas áreas agrícolas existentes. En consecuencia, losrendimientos de los cultivos deben mejorar. Estos altosrendimientos requerirán de incremento en elsuplemento de nutrientes. Las cantidades de nutrientesremovidas por los cultivos tendrán que serreemplazadas con el uso de fertilizantes y con mejorreciclamiento, si no se quiere agotar por completo lossuelos. Es un requisito, entonces, que todas las fuentesde nutrientes se utilicen de manera integrada,balanceada y por sitio y tiempo específicos.

Este artículo discute el desarrollo tecnológico recienteque puede impactar la nutrición de cultivos y lademanda de fertilizantes de mediano a largo plazo. Sediscute particularmente la eficiencia de uso denitrógeno, mejoras en la tecnología de fertilizantes,prácticas de manejo y biotecnología moderna.

Contexto global

El mayor poder de compra en las economíasemergentes estimulará la demanda por carne, pescado,frutas, hortalizas y disminuirá el consumo per cápita decereales y leguminosas. Al mismo tiempo, los altosprecios del petróleo promoverán el desarrollo de laproducción de bioenergía.

La combinación del más alto consumo de carne y de losaltos precios del petróleo tiene una gran influencia enlos mercados de cereales y oleaginosas. En loconcerniente a los cereales, el uso industrial y uso paraalimentación animal están creciendo más rápidamenteque el uso para alimentación humana. Este cambio haocurrido porque una buena cantidad del maíz producidoen los Estados Unidos se ha redireccionado a laproducción de etanol y los subproductos de la industria

del etanol se están utilizando para alimentación animal.El mercado de oleaginosas se ha visto tambiéninfluenciado fuertemente por la alta demanda de aceitevegetal para la producción de biodiesel y pastas paraalimentación animal.

La producción de frutas y hortalizas junto con laexpansión de las ciudades y la construcción deinfraestructura está tomando algunas de las mejoresáreas para la producción de cereales y oleaginosas. Estohace difícil alimentar, vestir y proveer de bioenergía auna población mundial en crecimiento y con mayoresdemandas. La agricultura tendrá que satisfacer estosrequerimientos en el área actual de siembra oexpandiéndose a suelos con menor potencial deproducción. Por lo tanto, esta mayor demanda tendráque lograse por medio de rendimientos más altos querequerirán de mejor tecnología y mejores insumosagrícolas, incluyendo los fertilizantes.

El desarrollo de la bioenergía será probablemente elprincipal impulso de la futura demanda de fertilizantes.Sin embargo, más y más países están desarrollandoregulaciones a la calidad de agua y del aire, y másrecientemente a la fertilidad del suelo. Estasregulaciones tendrán un impacto en la forma como seutilizan los nutrientes y requerirá que los agricultoresmanejen mejor los nutrientes y optimicen todas lasfuentes. A pesar de la producción récord de cereales en losúltimos 3 años, las reservas mundiales continúandecayendo (Figura 1). En una perspectiva de cinco

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DESARROLLO TECNOLOGICO EN EL USO DE FERTILIZANTESMaene Luc y Patrick Heffer*

* International Fertilizer Industry Association (IFA), París, Francia.

Rel

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n re

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Años

FAO

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Figura 1. Relación entre las reservas mundiales decereales y el consumo (FAO, 2006a y USDA, 2006).

años, el desarrollo de bioenergía y la diversificación delos alimentos (más carne, pescado, fruta, hortalizas yaceites vegetales) serán los factores claves queimpactarán estas reservas. Se proyecta que existiráncambios significativos en la diversidad de cultivos anivel de país. Debido al limitado potencial deincrementar la tierra para cultivo en muchas regionesdel mundo a mediano plazo, es necesario producirmayores rendimientos por unidad de tierra. Estorequerirá cantidades más altas de fertilizantescombinados con una mayor eficiencia de los nutrientes.

La reducción de las reservas y los altos precios delpetróleo y la necesidad de reducir emisiones de gasesinvernadero han promovido el desarrollo de energíarenovable. En ese contexto, los biocombustibles tienenun fuerte soporte de las políticas ambientales demuchos países.

El mercado del etanol se ha desarrollado dramática-mente desde el año 2002, con tasas de crecimiento demás de 1 billón de galones por año. Asumiendo uncrecimiento estable hasta el final de la década, laproducción mundial de etanol llegará a alcanzaraproximadamente 15 billones de galones en el año 2010(Figura 2) y podría ser aún más alta si los precios delpetróleo llegaran a subir a más de 70 dólares por barril.

Los acontecimientos recientes demuestran que con elincremento de los precios del petróleo, el precio de lamateria prima para bioenergía estará más y másrelacionado al futuro del petróleo, como lo demuestranlos recientes aumentos de los precios del azúcar y maíz.De igual manera, se proyecta que el mercado se tornarámás volátil debido a la gran cantidad de materialnecesario para abastecer la futura demanda debiocombustibles y el bajo y decreciente inventario. Lainestabilidad de los precios de la energía se traducirá enuna mayor inestabilidad en los precios de los alimentoshumanos y animales. Como lo demostró el “efectotortilla” en México, el impacto en los consumidorespobres puede ser negativo a medida que los precios delos comestibles se incrementan en función de losprecios más altos de los cereales.

Otra característica importante de los biocombustibles esla gran cantidad de sub-productos generados durante laproducción de etanol o biodiesel. Al procesar canola,30-40% de la biomasa es aceite y 60-70% es pasta.Estos sub-productos reemplazan productos en laalimentación animal (granos, proteínas suplemen-tarias), pueden ser aplicados al campo como fuente denutrientes o pueden quemarse para producir energía(bagazo de caña de azúcar en varios países).

El impacto del desarrollo de los biocombustibles en el

ciclo de los nutrientes y la demanda de fertilizantes espoco claro, pero ciertamente no es proporcional al áreade tierra necesaria para su producción por las siguientesrazones:

l Con los procesos actuales, no más del 40% de lamateria prima se convierte en biocombustibles.

l Todo el N, P y K se encuentra en los sub-productos.

l La mayoría de los sub-productos servirán comoalimento para animales. En este caso, gran parte delP, K, y una pequeña parte de N contenidos en los sub-productos regresarán al suelo como abono animal.

l Parte de los sub-productos se pueden aplicardirectamente al suelo. En este caso, todo el N, P yK retornan al suelo.

l Parte de los sub-productos se pueden incinerarpara la producción de energía. En ese caso, todo elN se volatiliza y el P y K quedan en las cenizas yprobablemente regresen al suelo.

El impacto de los biocombustibles en los mercados dealimentos para los humanos y animales requiere deinversiones para investigación en “biocombustibles desegunda generación”, que puedan producirse usandobiomasa ligno-celulósica. Esto permitirá que se usenresiduos de cultivos, pastos o madera en lugar de losgranos de cereales usados al momento. La tecnologíaactual para la producción de biocombustibles desegunda generación no es todavía económicamenteviable y por lo tanto es probable que no se use a granescala antes de una década. Sin embargo, el uso deresiduos de cultivos (trigo o maíz) como material parabiocombustibles puede disminuir la fertilidad del sueloa largo plazo. Se necesita encontrar un nuevo equilibrioentre las industrias de alimentos humanos y animales yfibra, madera, papel y bioenergía.

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EtanolBiodiesel

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Años

Figura 2. Producción mundial de etanol y biodiesel.(Adaptado del Instituto de Políticas de la Tierra, EPIpor sus siglas en inglés, 2005).

Eficiencia de uso del nitrógeno: situación actual

Estudios a nivel de finca han estimado que el cultivorecupera de 20 al 50% del N aplicado con losfertilizantes durante el ciclo de crecimiento de losprincipales cereales (Cassman et al., 2002). Encontraste, es común encontrar recuperación del 60 al80% en parcelas experimentales pequeñas con un buenmanejo y de cerca del 90% en cultivos bajo riego(Balasubramanian et al., 2004; Dobermann y Cassman,2004, Krupnik et al., 2004; Fixen et al., 2005). Estadiferencia entre las condiciones de finca y las parcelasde investigación indica que existen oportunidades parael incremento de la eficiencia de uso de N (EUN) en lafinca al mejorar la tecnología a nivel de agricultor.

La baja EUN se debe a pérdidas inevitables a través de(i) nitrificación/denitrificación, (ii) volatilización deamonio, (iii) lixiviación de nitrato y (iv)escorrentía/erosión (Figura 3). La inmovilización de Nen la materia orgánica del suelo también compite con la

absorción y reduce la inmediata disponibilidad de Npara la planta. El N inmovilizado no se pierde delcampo, permanece en el suelo hasta que lamineralización lo liberare lentamente en formasdisponibles para la planta. Como resultado, el promediode EUN a nivel mundial en un periodo largo de años esmayor que el 40% observado durante el ciclo delcultivo en el cual se hizo la aplicación, debido a queparte de N aplicado es absorbido por cultivos en losaños subsiguientes.

La EUN puede mejorarse al reducir en general laspérdidas de N. Sin embargo, cuando se limitan laspérdidas por un proceso existe el riesgo de incrementarlas pérdidas por otro. Por lo tanto, se deben considerartodos los procesos de pérdida de N simultáneamentepara asegurarse que existe un beneficio agronómico yambiental global al adoptar nuevas prácticas agrícolas.De igual manera, desde el punto de vista de políticasreguladoras, tiene poco sentido tratar las pérdidas de Na la atmósfera independientemente a las pérdidas a lahidrosfera. Debido a la diversidad de cultivos, fuentesde N, suelos y condiciones climáticas, y a lacomplejidad del ciclo de N, es importante el usar unametodología holística y para desarrollar estrategias a lamedida de las condiciones locales.

La EUN a nivel de finca ha mejorado significativa-mente en algunos de los sistemas de cultivo másimportantes. Por ejemplo, el rendimiento de maíz haincrementado constantemente en Norte América,mientras que el uso de fertilizantes nitrogenados porunidad de área ha mantenido casi estable desde ladécada de 1980, después de un periodo de rápidoincremento (Figura 4).

La EUN para la producción de maíz en los EstadosUnidos declinó rápidamente en la década de 1960, peroha mejorado consistentemente desde mediados de la

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PérdidasgaseosasCampo

Aplicación de N

InmovilizaciónAbsorción

Salida

Escorrentía/pérdida por erosión

Pérdidas por lixiviación

Figura 3. Diagrama esquemático que indica lasinteracciones entre el N aplicado y los procesos depérdida (Peoples, 2004).

Años

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1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

b= 114 kg ha-1 año-1

r2= 0.83

Años

N de fertilizantes

EUN

b= 0.86 kg kg-1 año-1

Ren

dim

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o de

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no, t

ha-

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Eficiencia de uso de N

(EU

N), kg kg

-1

r2= 0.62

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Figura 4. Evolución del rendimiento de maíz (izquierda) y uso de fertilizantes nitrogenados (derecha) en los EstadosUnidos (Cassman et al., 2002).

década de 1970 (Figura 5). Esto es un logro muyimportante.

Ganancias similares en la EUN en cereales hanocurrido en el oeste de Europa. La producción degranos en Francia se ha incrementado en un 50% desde1980, mientras que el uso de fertilizantes nitrogenadosse ha incrementado en menos de 10% durante el mismoperiodo (UNIFA, 2005).

En muchas partes del mundo, particularmente en paísesen desarrollo, la EUN medida como la cantidad de

grano producido por unidad de N aplicado (factorparcial de productividad, ver las definiciones acontinuación) continua reduciéndose como lo indicanlas tendencias de las últimas dos décadas en China yPakistan (Figura 6). Al contrario de China, la EUN enPakistán parece haberse estabilizado desde mediados dela década de 1990, pero en un nivel muy bajo.

A nivel mundial, la EUN en la producción de cerealesse redujo substancialmente hasta principios de ladécada de 1980 y luego se mantuvo estable por dosdécadas (Figura 7). Si se asume que dos tercios de laproducción mundial de fertilizantes se usa en cereales,la EUN actual (expresada como factor parcial deproductividad) es de alrededor de 33 kg de grano kg-1

de N aplicado. Con el esperado cambio en lastendencias de la EUN en los principales países en víasde desarrollo con alto consumo de fertilizantes sepodría observar un incremento del promedio mundialde la EUN a finales de la década. Sin embargo, paralograr esto todavía falta mucho por hacer.

Mejores tecnologías en la manufactura y uso defertilizantes

Varias tecnologías tienen futuro prometedor paramejorar simultáneamente la EUN e incrementar laproducción agrícola. Las posibilidades de utilización decada una de ellas varían marcadamente de un lugar aotro, dependiendo de las prácticas actuales yrestricciones locales para la adopción de la tecnología.

Las posibilidades incluyen:

l Incremento y estabilidad del potencial derendimiento a través de mejoramiento genético ymanejo del cultivo.

l Fraccionamiento de las aplicaciones de N paralograr sincronizar los requerimientos de N delcultivo con las aplicaciones durante el ciclo decrecimiento.

l Producción de fertilizantes más eficientes quesincronicen de mejor forma la liberación de N conla demanda del suelo (fertilizantes de lenta ycontrolada liberación) y aditivos de fertilizantespara reducir las pérdidas de N (inhibidores de laureasa y de la nitrificación).

l Manejo de N por sitio específico: prescripción(antes de la siembra), corrección (usandoherramientas de diagnóstico durante el ciclo decrecimiento del cultivo), o los dos. Esto incluyesistemas de toma de decisiones, como modeloscomputarizados o simples herramientas dediagnóstico de campo y ayudas de interpretación.

l Nutrición balanceada para permitir una óptimautilización de N disponible.

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Figura 5. Tendencias en uso eficiente de fertilizantesnitrogenados para maíz de EEUU (Fixen and Ford,2002).

Eficiencia de uso de N: Términos y cálculos

Factor parcial de productividad (kg de grano kg-1 deN aplicado): rendimiento del cultivo por unidad de Naplicado. Eficiencia agronómica (kg de incremento en rendi-miento kg-1 de N aplicado): incremento enrendimiento del cultivo por unidad de N aplicado. Eficiencia de recuperación [(absorción de N delcultivo fertilizado – absorción de N del cultivo sinfertilizar) N aplicado]: incremento de la absorción deN del cultivo por unidad de N aplicado,generalmente para el ciclo del cultivo después de laaplicación que generalmente se expresa comoporcentaje o fracción.Eficiencia de remoción (remoción de N por elcultivo N aplicado): N removido por la porcióncosechada en el cultivo por unidad de N aplicado,usualmente expresado como porcentaje o fracción. Eficiencia fisiológica (kg de incremento enrendimiento kg-1 de N absorbido): incrementos enrendimiento por unidad de N aplicado con elfertilizante que fue absorbido.

manejo y mejores programas de investigación paracontinuar mejorando de la tecnología. Los dos primerosítems de la lista anteriormente son muy conocidos yampliamente usados. A continuación se discutenalgunos de los otros temas.

Fertilizantes de mejor eficiencia

En el mercado existen fertilizantes de liberación lenta ocontrolada. Estos productos retrasan la disponibilidadde los nutrientes para la absorción de la planta despuésde la aplicación, o extienden significativamente ladisponibilidad más allá de lo que lo hacen losfertilizantes de rápida disponibilidad, como el nitrato deamonio, urea, fosfato de amonio y cloruro de potasio.Al momento, la mayoría de estos productos de mejoreficiencia se usan solo en cultivos hortícolas (frutas,hortalizas y ornamentales) por su diferencia en costocon los fertilizantes convencionales. Su uso para laproducción de cultivos extensivos es poco atractivodesde el punto de vista económico.

La producción de arroz en Japón es una notableexcepción. El principal incentivo para el uso defertilizantes recubiertos de polímeros en este cultivo esel alto costo de la mano de obra en ese país. Losfertilizantes recubiertos con polímeros hacen posibleque los agricultores japoneses reduzcan el número deaplicaciones de fertilizantes a una sola. Se handesarrollado y puesto a disposición de los agricultoresun amplio rango de productos recubiertos de polímeroscon variada velocidad de liberación de nutrientes paradiferentes condiciones agro-ecológicas, variedades delarroz y sistemas de cultivo.

En otros lugares se han desarrollado iniciativas paraproducir fertilizantes recubiertos con polímeros conmenor costo. Por ejemplo, estos productos están ganandopopularidad para la producción de maíz en los EstadosUnidos. El precio de estos productos es poco menor queel doble de los fertilizantes convencionales. Debido a quela EUN obtenida con estos productos es mayor que conproductos convencionales, las dosis de aplicación sonmenores y compensan en parte la diferencia en precio.

Se está también incrementando el uso de inhibidores deureasa (suprimen temporalmente la hidrólisisenzimática de la urea) y de inhibidores de lanitrificación (retrasan la oxidación biológica delamonio a nitrato. Estos productos se usan junto confertilizantes nitrogenados.

Manejo de nutrientes por sitio específicoEl rápido desarrollo de los dispositivos electrónicosportátiles y de la tecnología satelital han contribuido a

la adopción del concepto de manejo de nutrientes porsitio específico. Herramientas tales como el medidor declorofila, sensores movibles, fotos aéreas e imágenessatelitales, GPS y los Sistemas Geográficos deInformación están ganando popularidad. Estas nuevastecnologías hacen posible el modificar las dosis deaplicación de nutrientes teniendo en cuenta la variaciónespacial del terreno.

Estas herramientas no están disponibles en pequeñaescala para agricultores de países en vías de desarrollo.Sin embargo, los principios del manejo de nutrientespor sitio específico pueden implementarse en estossistemas de cultivo usando herramientas menossofisticadas. El Instituto Internacional de Investigaciónen Arroz (IRRI, por sus siglas en inglés) ha introducidoun programa para los productores de arroz en Asia. Esteprograma combina el uso de parcelas de omisión de P yK y el uso de una tabla de comparación de colores paramanejo de N. Este modelo de tecnología ha sidoaceptado en varios países asiáticos. También se estáinvestigando en el uso de esta tecnología en otroscultivos como maíz en Indonesia, México, Colombia yEcuador.

Se espera que la adopción del concepto de manejo denutrientes por sitio específico mejore significa-tivamente la eficiencia en el uso de nutrientes en paísesdesarrollados y en países en vías de desarrollo en lospróximos años.

Fertilización balanceada

Entre las décadas de 1960 a 1980, la demanda mundialde N se incremento mucho más rápidamente que la deP y K. El efecto inmediato de la aplicación de N en elrendimiento es altamente atractivo para los agricul-tores. Como resultado las relaciones N:P y N:K seredujeron significativamente. En la década de 1990, lasrelaciones N:P:K se estabilizaron con el uso deprogramas de fertilización balanceada en varios paísesde alto consumo de fertilizantes. La demanda mundialde P y K esta creciendo más rápidamente que lademanda de N.

Aparte de P y K, es interesante mencionar que lademanda de nutrientes como azufre (S), magnesio (Mg)y micronutrientes está incrementándose rápidamente enrespuesta a las crecientes deficiencias de estosnutrientes y al mayor conocimiento del papel de éstosen la nutrición balanceada de los cultivos. En el caso deS, la deposición atmosférica asociada con las emisionesindustriales ha disminuido en muchos países después dela implementación de regulaciones ambientales.

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Al mismo tiempo, se ha incrementado el uso defertilizantes de alto análisis que no tienen S en sucomposición, creando la necesidad de este nutriente. Lademanda de micronutrientes también se estáexpandiendo rápidamente. El crecimiento en la demandade fertilizantes de especialidad parece también sermucho mayor que los productos normales.El papel que desempeñan el P, K, nutrientes secundariosy micronutrientes para mejorar la calidad y el contenidonutricional de los alimentos está también ganando unmayor reconocimiento. Es probable que el desarrollo dealimentos funcional es a través de biotecnología refuerceesta tendencia. Esto significa que las presiones paraimplementar el concepto de fertilización balanceadavendrán de sectores no agrícolas, como los ministerios desalud.BibliografíaBalasubramanian, V., B. Alves, M. Aulakh, M. Bekunda, Z. Cai, L.

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