Fijación del nitrógeno y rotación  

de cultivos 

 

1. Introducción

2. Importancia y aporte de nitrógeno

3. Fijación biológica

4. Rotación de cultivos

 

1. Introducción

 

El nitrógeno es un elemento mineral muy necesario para el desarrollo del cultivo, el cual determinará su rendimiento. Sin embargo, el uso de fertilizantes nitrogenados supone ciertos costos que, en ocasiones, pueden resultar elevados, además del consumo energético que supone. 

 

Por esto, existen técnicas como el uso de leguminosas, que son capaces de fijar el nitrógeno atmosférico para ser usado por el propio cultivo, incluso ser aprovechado por el cultivo siguiente en el programa de rotación. Según diversos estudios, la alfalfa es una de las leguminosas que más cantidad de nitrógeno atmosférico es capaz de fijar. 

 

2. Importancia y aporte de nitrógeno

 

En zonas de cultivo, áridas y semiáridas, el nitrógeno se destaca como factor limitante, junto con el agua, por ser el que más efecto tiene sobre las plantas y animales. Es preciso tener claro que, aunque es un elemento abundante en la atmósfera, éste no puede ser aprovechado por la mayoría de las organismos, al ser inerte y solamente se incorpora a los sistemas biológicos cuando es fijado o combinado con otros compuestos (Brill, 1980).  

 

El nitrógeno tiene un papel esencial en los procesos de fertilización, especialmente en la agricultura intensiva, si se desean obtener óptimos rendimientos de cultivo. Sin embargo, el uso de fertilizantes se ve limitado por sus altos costos, debido a distintos aspectos como el tipo de cultivo o las condiciones socioeconómicas de determinadas regiones, como sucede con las semiáridas (Llovera, 1999).  

 

El suministro en la producción de cultivos y en la fertilidad de los suelos es indispensable, ya que las deficiencias de este elemento reducen los rendimientos y la calidad de las cosechas. Las formas de aportar nitrógeno al suelo pueden ser de diversas formas: materia orgánica (residuos de cosecha, abonos verdes, estiércoles, etc.), fertilizantes sintéticos, fijación no biológica de nitrógeno (lluvia) y fijación biológica, ya sea fijación libre, asociativa o simbiótica (FAO, 1985). 

 

El mayor aporte en la agricultura se produce a través de los fertilizantes nitrogenados, mediante síntesis química, siendo aplicado en forma de nitratos, urea, sales de amonio, etc. (Black, 1975). La demanda en la agricultura mundial se ha incrementado proporcionalmente al aumento de la población, aunque no existe suficiente cantidad de nitrógeno disponible para suministrar a los suelos agrícolas (Herridge et al., 1995).  

 

Por otra parte, se debe destacar que el nitrógeno ejerce una enorme influencia en la microbiología del suelo. A pesar que su mal uso provoca acciones contaminantes en el medioambiente, su presencia resulta transcendental dentro del amplio universo que abarca la microbiología del suelo. Por tanto, el estudio de los microorganismos en relación con el nitrógeno es de vital importancia por múltiples razones (Llovera, 1999). 

 

Según Saad et al. (1993), se estima que para el año 2025, tan solo un 28 % de las necesidades alimenticias de la población serán satisfechas a través de la ampliación de la superficie agrícola. Por tanto, el 72 % restante deberá generarse a través del desarrollo de una agricultura cada vez más tecnificada e intensiva, basándose en un uso más eficiente de los fertilizantes. Es por ello que el nitrógeno, el elemento más importante para el desarrollo de las plantas, debe ser gestionado de forma eficaz en los procesos de producción agraria. 

 

3. Fijación biológica

 

La fijación biológica de nitrógeno se define como la reducción de nitrógeno atmosférico (N2) a amonio (NH4+), llevada a cabo por un grupo de bacterias que han evolucionado a sistemas enzimáticos complejos para provocar dicha reducción. Estos microorganismos incluyen dos variedades: los fijadores de nitrógeno de vida libre, que utilizan amonio para su propio uso, y los fijadores de nitrógeno simbióticos, que fijan nitrógeno mediante una asociación con plantas a las que proveen de nitrógeno a cambio de carbono y de un hábitat de protección (Llovera, 1999).  

 

Esta última variedad, o grupo de bacterias, incluye a las bacterias gram negativas: Rhizobium, Bradyrhizobium y Azorhizobium, las cuales se asocian con algunas plantas leguminosas. Otras asociaciones son la bacteria gram positiva Frankia con árboles y las cianobacterias que lo hacen con helechos (CIFN-UNAM, 1993). 

 

En el proceso simbiótico Rhizobium – leguminosa, la bacteria infecta a las raíces de la planta y se forma una estructura conocida como nódulo, en el cual, la bacteria diferenciada a bacteroide, reduce el nitrógeno atmosférico a amonio, como ya se ha comentado anteriormente. Hay que destacar que esta simbiosis es un proceso específico, ejercido de forma única de una determinada especie de Rhizobium a cierto tipo de planta leguminosa como, por ejemplo, Rhizobium meliloti, que nodula a la alfalfa (Medicago spp.) (CIFN-UNAM, 1993).  

 

De este modo, la fijación biológica de nitrógeno puede contribuir al desarrollo de la agricultura. Actualmente, ya se producen grandes cantidades de Rhizobium como inoculantes efectivos para ciertos cultivos de leguminosas. Esta valiosa contribución es una potencial alternativa, ya que permite, en gran medida, disminuir la dependencia de los fertilizantes nitrogenados de síntesis que, por otra parte, suponen procesos contaminantes y altamente consumidores de energía (CIFN-UNAM, 1993). De este modo, se podrá contribuir al desarrollo de una producción agrícola más sostenible. 

 

Las leguminosas en simbiosis con bacterias del género Rhizobium son el sistema más conocido de fijación biológica de nitrógeno (FBN), ofreciendo una serie de ventajas a través del uso de cultivos fijadores de nitrógeno, como son: 

 

• Disminuir la dependencia de los fertilizantes sintéticos.  

 

• Aumentar la producción de proteínas, ya que las leguminosas tienen una alta concentración en sus semillas. 

 

• Mejorar la fertilidad y la estructura del terreno.  

 

• Aportar nitrógeno a los cultivos subsecuentes, cuando sus residuos se incorporan al suelo.  

 

En relación al último punto citado, Vázquez-Navarro et al. (1994), empleando técnicas isotópicas con 15N en estudios sobre fuentes alternativas de nitrógeno para los cultivos, encontraron que la incorporación de abonos verdes provenientes de sistemas fijadores de nitrógeno (Azolla fuliculoides) son fácilmente mineralizados, siendo el nitrógeno que contienen, rápidamente disponible para las plantas, equivalente al N del fertilizante sulfato amónico. Por tanto, este tipo de fuentes alternativas de nitrógeno son muy apreciadas en los sistemas de producción agrícola sostenible (Bowen y Danso, 1990). 

 

Así pues, la medición de la fijación de nitrógeno es un aspecto muy importante en los esfuerzos por incrementar la contribución del nitrógeno atmosférico a la nutrición de las plantas y a la fertilidad del suelo (Lovera, 1999), destacando la técnica isotópica 15N como la más apropiada para ponderar la cantidad de nitrógeno fijado, ya que proporciona una medida integrada del nitrógeno en la planta que proviene del suelo, del fertilizante y de la atmósfera (Danso et al., 1993). 

 

Sin embargo, con la aplicación de estas técnicas, se han encontrado grandes diferencias en cuanto a la efectividad de fijar el nitrógeno en distintas especies de leguminosas y sus microsimbiontes (tabla 1). 

 

Leguminosa	N fijado (kg por ha y ciclo o año)
Haba	45 – 55
Frijol	40 – 70
Chícharo	52 – 77
Soya	50 – 90
Cacahuete	72 – 124
Lenteja	88 – 114
Alfalfa	229 – 290

 

Tabla 1. Dosis de N fijado por distintas leguminosas. Fuente: FAO, 1984. 

 

En este mismo sentido, estudios realizados en leguminosas cultivadas en el Bajío de Guanajuato (Peña-Cabriales et al., 1997), han mostrado tasas de fijación de nitrógeno que contrastan con los datos de la tabla 1, entre ellos la alfalfa, con un valor de 260 kg ha-1 año-1. De este modo, los resultados obtenidos han ayudado a establecer estrategias cuyo propósito es incrementar la FBN y así reducir el empleo de fertilizantes nitrogenados, además de otros beneficios que supone este proceso natural. 

 

4. Rotación de cultivos

 

Para Wery y Grignac (1995), debido a su capacidad fijadora de nitrógeno atmosférico, las leguminosas juegan un papel mayor en los sistemas de cultivo, especialmente porque son excelentes cultivos como cabeza de rotación. 

 

El efecto de la FBN por las leguminosas está ampliamente estudiado y, aunque puede resultar bastante variable, el hecho de aportar nitrógeno al cultivo siguiente, es de gran utilidad en las rotaciones de cultivos, al disminuir las aportaciones de dicho elemento, con la consiguiente reducción de sus necesidades energéticas (Power, 1990). Como ejemplo, según Heichel (1978), alternar dos años de alfalfa con uno de maíz permite reducir el flujo de energía gastado por el maíz un 26 %.  

 

En general, el valor fertilizante de la alfalfa varía en función del estado del cultivo, pero puede dejar alrededor de 100 – 150 kg N ha-1 al cultivo siguiente (Fox y Piekielek, 1988), incluso más, ya que, según Ballesta y Lloveras (s/f), dos años de alfalfa representan para el siguiente cultivo de maíz un valor fertilizante equivalente a unos 200 kg N ha-1. Además, el efecto beneficioso de la alfalfa puede extenderse al cultivo del segundo año (Power, 1990). 

 

En lo que respecta a las necesidades nutrimentales de nitrógeno por parte de la alfalfa, su aporte no es estrictamente necesario, excepto como abonado inicial de arranque, ayudando a la plántula a desarrollarse en los primeros estados, cuando la actividad nodular es insuficiente. En etapas posteriores, el abonado es contraproducente porque la planta es autosuficiente y lo que puede inducir es el desarrollo de las malas hierbas (Lloveras et al., 2000), Además, la aportación de este elemento en forma mineral reduce la fijación de nitrógeno atmosférico (Hannaway y Shuler, 1993). 

 

Otra ventaja adicional radica en que la alfalfa es un cultivo con una larga estación de producción, no tan sujeto a los cambios meteorológicos, aportando así una producción más regular que la de los restantes cultivos anuales de la rotación (Lloveras, 1999). Asimismo, la alfalfa se convierte en una especie básica en las zonas donde se cultiva tradicionalmente, ya que además de ahorrar nitrógeno a los cultivos siguientes, y ser un cultivo plurianual, ayuda a controlar las malas hierbas, plagas y enfermedades de los restantes cultivos de la rotación, contribuyendo a reducir el uso de fitosanitarios (Bullock, 1992; Karlen et al., 1994).  

 

En resumen, la simbiosis de Rhizobium con la alfalfa proporciona el suficiente nitrógeno para cubrir sus necesidades y una parte de los cultivos siguientes, con el consiguiente ahorro de fertilizantes nitrogenados y, por tanto, de energía fósil, lo que es sumamente importante para la producción agrícola y para el medio ambiente, siendo un cultivo tradicional difícilmente sustituible dentro de las posibilidades agrícolas actuales, por su adaptación a diversas zonas, así como por su articulación dentro de los sistemas de rotación y producción (Lloveras, 1999).