Los fertilizantes agrícolas son críticos para alimentar a la población mundial, restaurar la fertilidad del suelo y mantener los cultivos. El uso excesivo e ineficiente de esos recursos puede presentar una amenaza ambiental, contaminar vías fluviales y generar gases de efecto invernadero como el óxido nitroso. Ahora, los investigadores informan en ACS Ciencia y Tecnología Agrícola han abordado esos desafíos con cuentas de fertilizantes de vidrio. Las perlas controlan la liberación de nutrientes, y los investigadores dicen que son compatibles con el medio ambiente.
«Los resultados muestran que los fertilizantes de vidrio pueden adaptarse a las necesidades de las plantas, liberando lenta y sostenible los nutrientes para aumentar la productividad sin dañar la calidad del suelo», dice Danilo Manzani, coautor del estudio.
Con el tiempo, el uso de productos químicos agrícolas ha aumentado. En 2020, la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura estimó que la demanda global de fertilizantes superaría las 200 millones de toneladas métricas. Los fertilizantes contienen nitrógeno, fósforo y cantidades más bajas de otros elementos como el calcio. Desafortunadamente, los beneficios de estos nutrientes se pierden mediante la lixiviación en el agua subterránea y las emisiones al aire, lo que requiere una reaplicación frecuente y creando problemas ambientales aguas abajo como las flores de algas tóxicas. Una solución potencial podría provenir de pequeñas cuentas de vidrio que los investigadores anteriores usaron para mejorar el crecimiento de las plantas. Para mejorar la eficiencia del suministro de nutrientes, Manzani, Eduardo Ferreira y sus colegas desarrollaron un fertilizante de vidrio multicomponente soluble en agua diseñado para liberar nutrientes controlados.
Los investigadores sintetizaron vidrio que consisten en varios micro y macronutrientes, como el fósforo, el potasio y el calcio. Cierran el vidrio en pequeñas (menos de 0.85 milímetros de ancho) y grandes (0.85 a 2 milímetros de ancho). En una prueba inicial, las partículas se agregaron al agua o una solución tampón que imitaba las condiciones del suelo. Descubrieron que cada nutriente liberado de ambos tamaños de partículas de vidrio y difundidos en las soluciones de manera constante durante 100 horas con fluctuaciones menores.
Luego aplicaron una solución nutritiva o diferentes cantidades de las perlas de vidrio al suelo sembrado con un césped típico y hierba de calle, y compararon el crecimiento de las plantas en los dos tratamientos. La solución nutritiva, que se aplicó solo una vez, estimuló inmediatamente el crecimiento de la planta, pero el efecto disminuyó rápidamente. Sin embargo, la aplicación única de fertilizante de vidrio sostuvo el crecimiento de la planta independientemente del tamaño de partícula, aunque el crecimiento general dependía de la dosis de perlas.
Manzani, Ferreira y sus colegas también examinaron la posible ecotoxicidad del fertilizante de vidrio al exponer semillas de lechuga y cebolla a las cuentas. Las semillas expuestas al fertilizante de vidrio tenían aproximadamente la misma tasa de germinación y salud celular que las que nunca se expusieron o las tratadas con nutrientes solubles. Los investigadores dicen que estos resultados indican una alternativa eficiente y sostenida a los fertilizantes convencionales con un menor impacto ambiental.
Los autores reconocen la financiación de la Fundación São Paulo de Investigación; Centro de investigación, tecnología y educación en materiales vítreas; Consejo Nacional para el Desarrollo Científico y Tecnológico (Conselho Nacional de Desenvolvento Científico E Tecnológico); Coordinación para la mejora del personal de educación superior; y financiación de la autoridad para estudios y proyectos.
