Un nuevo método de manejo para mitigar las emisiones de GEI en cultivos de caña dulce

Resultados obtenidos por científicos de Brasil y Holanda indican que la aplicación separada de vinaza y fertilizantes nitrogenados con un intervalo de un mes reduce significativamente la emanación de óxido nitroso

Por Karina Toledo, desde Campos do Jordão (Brasil)  |  Agência FAPESP – El descubrimiento de cómo procesan los microorganismos presentes en el suelo los fertilizantes y los residuos orgánicos utilizados en el cultivo de la caña de azúcar puede ayudar a mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y hacer que la producción de etanol gane en sostenibilidad.

La investigadora Eiko Kuramae, del Instituto de Ecología de Holanda (NIOO-KNAW), dio a conocer un conjunto de estudios con ese objetivo durante la tercera edición de la Brazilian BioEnergy Science and Technology Conference (BBEST). Dicho evento, organizado en el marco del Programa FAPESP de Investigaciones en Bioenergía (BIOEN), tuvo lugar en la localidad de Campos do Jordão, en Brasil, entre los días 17 y 19 de octubre pasado.

“Cuando se aplica la mezcla de vinaza y fertilizantes nitrogenados empleada normalmente en el cultivo de la caña de azúcar, se estimula la actividad de la microbiota del suelo y se generan transformaciones que resultan en la producción de gases tales como el dióxido de carbono (CO₂), el metano (CH₄) y fundamentalmente el óxido nitroso (N₂O), cuyo poder de retener calor en la atmósfera es 289 veces mayor que el del CO₂. Nuestra investigación apunta a entender las funciones de los microorganismos y determinar los procesos implicados en la emisión de N₂O, con el objetivo principal de hallar medios de intervención”, dijo Kuramae.

Tal como explicó la investigadora, la vinaza es el principal residuo de la producción de etanol. Se estima que por cada litro de este biocombustible se producen entre 12 y 15 litros del mencionado efluente, que en caso de desechárselo incorrectamente, puede contaminar ríos y provocar diversos daños ambientales.

En los últimos años, la legislación brasileña empezó a exigir que la vinaza producida en las centrales se reaproveche como fertilizante en el propio cultivo de la cañamiel. Con todo, pese a que esta sustancia es rica en nutrientes, no es capaz de suplir todas las necesidades de la planta; por eso se la mezcla con fertilizantes inorgánicos a base de nitrógeno.

En un trabajo realizado durante el doctorado de Késia Lourenço, el grupo demostró que el mero hecho de aplicar por separado la vinaza y los fertilizantes nitrogenados en el suelo de la caña cubierto con la paja de la planta genera una significativa disminución en las emisiones de N₂O.

En el experimento realizado durante la estación seca en el municipio de Piracicaba, en el estado de São Paulo, sudeste brasileño, la aplicación de vinaza concentrada se concretó 30 días antes de la del fertilizante nitrogenado en el suelo de la caña con paja. En este caso, las emisiones de N₂O fueron un 39% más bajas que cuando se aplicaron ambas sustancias juntas. En un experimento similar realizado con vinaza normal (no concentrada), se logró una disminución del 27%.

En tanto, en otra prueba realizada durante el período de lluvias, el grupo aplicó vinaza normal 30 días antes de aplicar el fertilizante nitrogenado y observó una reducción del 49,6% en las emisiones de N₂O.

“En ambos experimentos, los procesos biológicos implicados en la emisión de N₂O fueron sumamente complejos. Se produce la nitrificación, a cargo principalmente de bacterias, pero también de arqueas [uno de los dominios de seres vivos, similares a las bacterias morfológicamente, pero distintas genética y bioquímicamente]. Y también ocurre una desnitrificación, promovida por bacterias y también por hongos. Demostramos por primera vez que en un cultivo de cañamiel en zonas tropicales, en presencia de paja en el suelo combinada con vinaza y fertilizante nitrogenado, los hongos también contribuyen a la emisión de N₂O”, comentó la investigadora.

Apoyo bilateral

Esta investigación contó con el apoyo de la FAPESP y de la Organización Holandesa para la Investigación Científica (NWO) y se realizó en el marco de un acuerdo de cooperación entre ambas instituciones.

Una parte del trabajo se hizo en Holanda, bajo la supervisión de Kuramae, y la otra en el Instituto Agronómico (IAC), bajo la dirección de Heitor Cantarella.

En este mismo tema, Kuramae mantiene una colaboración con Janaina do Carmo, de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), en el marco de un acuerdo entre la FAPESP y el consorcio BE-Basic.

“En general, los estudiantes brasileños han realizado toda la parte experimental de campo en Brasil, en las regiones de Piracicaba y Ribeirão Preto, y la parte de microbioma del suelo y de bioinformática se lleva a cabo en mi laboratorio, en Holanda”, comentó Kuramae.

Durante el doctorado de Johnny Soares, también bajo la dirección de Cantarella y Kuramae, el grupo testeó en un cultivo de caña de azúcar el uso de inhibidores de nitrificación en suelos abonados con nitrógeno, pero sin presencia de paja y vinaza. El objetivo era disminuir las emisiones de N₂O.

“Determinamos que cuando no hay paja o vinaza en el suelo, el principal proceso que existe es el de nitrificación, a cargo de bacterias. Decidimos entonces probar dos compuestos capaces de inhibir a la enzima amonio monooxigenasa de bacterias que realizan la conversión del nitrógeno del fertilizante en N₂O. Aparte de reducir en un 95% las emisiones de ese gas, estos compuestos no tuvieron efectos sobre la diversidad bacteriana del suelo”, comentó Kuramae.

En total, los experimentos se extendieron durante tres años. Y sus resultados salieron publicados en 2016 en Scientific Reports.