La nanotecnología llegó al desarrollo de fertilizantes de liberación lenta y controlada. Con esto, los nano fertilizantes se convierten en una alternativa de agricultura sustentable para generar mayor producción en el campo.
De acuerdo con un estudio publicado en el International Journal of Agriculture Sciences, los nanofertilizantes son fertilizantes sintetizados o modificados con ayuda de la nanotecnología para mejorar la fertilidad del suelo, la productividad y la calidad de productos agrícolas.
Las nanotecnologías son un campo inter y multidisciplinario para el diseño de sistemas complejos. Se apoyan de herramientas que otras ciencias les dan para diseñar novedosos materiales mediante el control de la forma, el tamaño y las propiedades de la materia a escala nanométrica, una medida extraordinariamente pequeña para la manipulación de los átomos y las moléculas de la materia.
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Según este trabajo titulado “Nano fertilizantes, una nueva forma de aumentar la eficiencia en el uso de nutrientes en la producción de cultivos”, los nano fertilizantes no son tóxicos, minimizan los costos de producción y aumentan la eficiencia del uso de nutrientes. Además, mejoran el contenido nutricional de los cultivos, el crecimiento de las plantas, su resistencia a las enfermedades y la calidad del sabor del producto.
Esto gracias a que a escala nanométrica las propiedades físicas y químicas de la materia son diferentes, por ejemplo, el fosfato de roca si se usa a nivel nanoscópico, puede aumentar la disponibilidad de fósforo para una planta y mejorar su fijación. Por eso mismo, aseguran que logra una fertilización equilibrada para la planta de cultivo.
En 2016 en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), ubicado en Saltillo, Coahuila México, el Departamento de Plásticos en la Agricultura empezó con la aplicación de los beneficios de las nanopartículas a través del diseño de nanopesticidas y nanofertilizantes a base de nanopartículas metálicas.
De acuerdo con los investigadores, estas nanopartículas tienen propiedades antimicrobianas, antifúngicas y micronutrientes, lo que les permite mejorar el crecimiento de la planta al mismo tiempo que la cuida de plagas.
A esta investigación del CIQA se unió el Instituto de Ecología (Inecol) para desarrollar un nanofertilizante a base de fósforo encapsulado con biopolímeros. Su objetivo es que el fertilizante se asimile mejor, lo que implicaría un costo menor para los agricultores y menos daño para el medio ambiente.
Esta tecnología tiene la ventaja de la liberación controlada del fertilizante en el suelo, lo que hace más eficiente la interacción con la raíz de las plantas. Sin embargo, y a pesar de estas expectativas validadas en otros experimentos alrededor del mundo, actualmente siguen evaluando la efectividad en el crecimiento vegetal con el empleo de este tipo de fertilizantes en cultivos agronómicos de interés que se encuentran en invernaderos y campos abiertos.
El uso de nanotecnología se hace cada vez más patente en ámbitos tan variados como la química, física, medicina y electrónica. Actualmente, un equipo de investigadores del Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) busca aplicar los beneficios de las nanopartículas en la agricultura, a través del diseño y creación de nanopesticidas y nanofertilizantes a base de nanopartículas metálicas.
Las nanopartículas metálicas cuentan con propiedades antimicrobianas y antifúngicas, por lo que su uso en pesticidas resulta adecuado; sin embargo, cuando son utilizadas en mucho menor volumen también tienen características que las hacen micronutrientes, por lo que se emplean como fertilizantes que promueven el crecimiento de la planta.
La mejora en la productividad, la optimización de recursos y la obtención en general de mejores cultivos son los principales beneficios que las nanopartículas tienen en las plantas.
El CIQA, ubicado en Saltillo, Coahuila, es un centro público de investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), cuyo principal objetivo es realizar investigación básica y aplicada, así como otros procesos tecnológicos innovadores, a la vez que conjuga estos quehaceres con la formación de recursos humanos especializados en ámbitos de química, polímeros y materiales avanzados, entre otros.
En el afán de “encontrar productos que tengan un menor impacto ambiental y que sean más amigables con los ecosistemas”, el doctor Ricardo Hugo Lira Saldívar, perteneciente al Departamento de Plásticos en la Agricultura del CIQA, trabaja en un nanopesticida a base de nanopartículas metálicas y derivadas del carbono.
“Este nanopesticida tiene como principal objetivo utilizar cantidades mucho más pequeñas de producto que puedan tener un efecto antimicrobiano, ya sea contra hongos, bacterias y hasta levaduras”, acotó el investigador.
Este proyecto surge como una alternativa al uso de agroquímicos convencionales, mismos que derivan en una alta acumulación de pesticidas en cultivos, suelo, aguas y en el consumidor, humano o animal, quien sufre los efectos de toxicidad. Asimismo, se busca reducir los costos, ya que las nanopartículas se aplicarían en un volumen muy inferior —partes por millón— a los agroquímicos actuales, aplicados en gramos.
Lira Saldívar señaló que al momento utilizan nanopartículas de plata, cobre, zinc y fierro, para erradicar la presencia de tres bacterias y dos hongos, elegidos por tener los mayores impactos económicos en las plantas seleccionadas. Los cultivos con que se está trabajando son algunas solanáceas como tomate y chiles, y cucurbitáceas como melón y pepino.
El mayor reto de este proyecto, señaló el también miembro nivel I del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), es ser muy eficientes en la penetración de las nanopartículas en la planta, por lo cual se siguen estudiando las maneras de poder dispersarlas adecuadamente en el medio acuoso para su aplicación.
La doctora Ileana Vera Reyes colabora en un proyecto para crear fertilizantes a base de nanopartículas metálicas como zinc, fierro y cobre, para que sirvan como micronutrientes de las plantas.
La investigadora, quien se integró al CIQA como parte del Programa de Cátedras de Conacyt, busca probar nuevos compuestos como promotores de crecimiento de las plantas, así como fuentes sustentables de generación de otros agroinsumos.
Este proyecto también se trabaja con personal del Departamento de Materiales Avanzados del mismo centro de investigación.
Dado que las nanopartículas metálicas resultan tóxicas en cualquier célula, se deben manejar cuidadosamente las concentraciones de las mismas cuando son utilizadas como fertilizante.
“Dentro del proyecto tenemos que ver todas las variables, ventajas y desventajas que pueden tener. La clave es ver qué concentraciones son las óptimas para que crezcan las plantas. Quince partes por millón hacia arriba comienzan a tener características diferentes y esto lo asociamos a respuestas bioquímicas que dicen que le estamos causando estrés oxidativo a la planta, lo que nos llevará a que no se desarrolle de manera adecuada”, explicó la doctora.
En resumen, el proyecto de nanofertilizantes debe encontrar una cantidad de nanopartículas ideal para no envenenar la planta, elegir el tamaño adecuado de las nanopartículas y el mejor método de aplicación.
Por ejemplo, hasta ahora se ha demostrado que las concentraciones de cinco a 10 partes por millón son las más adecuadas para promover el crecimiento del cultivo del tomate. Sin embargo, la científica señaló que cada cultivo tendría que tener su lectura, por lo que la cantidad de producto a aplicar puede variar.
Al momento se está trabajando en ensayos in vitro para luego pasar a cultivos más grandes e invernaderos. “Queremos lograr una planta sana, con proporciones adecuadas y mayor porcentaje de germinación, así como mejorar el índice de vigor, y lograr un crecimiento más rápido”.
Vera Reyes mencionó que el zinc dentro de la planta tiene un papel esencial, pues “está involucrado en la producción de ácido indolacético, que tiene que ver con el crecimiento de la raíz. Lo que buscamos es que haya ese crecimiento pero que las plantas sean normales”.
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Existen dos opciones para lograr la penetración de las nanopartículas, siendo la tradicional y más sencilla por vía foliar mediante aspersiones. Las nanopartículas penetran a través de pequeñas aperturas llamadas estomas, que son como los poros que tenemos los humanos en la piel.
El segundo método es aplicar el producto en la raíz, a fin de que este penetre por el tejido del xilema, estructura similar a una pequeña tubería, para que las nanopartículas lleguen entonces a la parte superior del follaje.
Tanto el proyecto de los nanopesticidas como el de los nanofertilizantes contemplan ambas opciones, aunque se sabe que “vía suelo se tiene una gran pérdida del producto que aplicas por infiltración. Hay que trabajar en condiciones muy controladas para tener la cantidad de producto necesario”.
Para ahondar más en los métodos de traslocación, tanto basipétala como acropétala, los grupos de trabajo del CIQA obtuvieron el apoyo del Conacyt a través del programa Investigación en Fronteras de la Ciencia por tres millones 720 mil pesos, en cuyo proyecto trabajarán durante 2016 y 2017.
“Lo que queremos es tratar de reducir las pérdidas del producto, porque de 100 por ciento quizá 15 o 20 por ciento pueda entrar a través de los estomas de la planta y se pierde una gran cantidad”, señaló Lira Saldívar, quien agregó que el éxito de este proyecto “sería un gran avance para la economía y para el impacto ambiental”.
Asimismo, se trabajará con nanopartículas derivadas del carbono, elemento del cual se tienen grandes fuentes naturales. “Buscaremos trabajar tal vez con nanotubos de carbón multiparedes, nanotubos de carbón de pared sencilla y grafenos, para estar entonces con dos tipos de nanos: las metálicas y las de carbono”.
Los científicos buscarán generar un paquete tecnológico disponible para la industria, en el cual se incorporará el manejo ergonómico del cultivo con las nanopartículas en lugar de los agroquímicos convencionales.
Fuente: www.hortalizas.com, cienciamx.com
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