Investigadores de Embrapa y de las universidades de Ribeirão Preto ( Unaerp ), Estado de São Paulo ( Unesp ) y São Paulo ( USP ) han desarrollado un recubrimiento a base de un polímero derivado del aceite de ricino y arcilla mineral, capaz de liberar urea, un fertilizante nitrogenado ampliamente utilizado en la agricultura, de forma controlada. Ensayos realizados en invernadero con pasto piatã demostraron que el fertilizante recubierto promovió una mejor absorción de nitrógeno por la planta y una mayor producción de biomasa en comparación con la urea sin recubrimiento.
Esta es la primera evaluación de este tipo de recubrimiento a base de aceite de ricino y nanoarcilla en plantas realizada en Brasil. El recubrimiento reduce los costos y el desperdicio de fertilizantes en el suelo. Los experimentos, llevados a cabo en el Laboratorio Nacional de Nanotecnología para la Agroindustria ( LNNA ), ubicado en Embrapa Instrumentación (SP), y en el Laboratorio de Procesos y Materiales ( ProMat ) de la Universidad de Ribeirão Preto, demostraron el impacto inmediato de la tecnología.
Según Ricardo Bortoletto-Santos, profesor de la Unaerp y supervisado en su investigación postdoctoral por Caue Ribeiro , investigador de Embrapa y coordinador del LNNA , la urea sin recubrimiento liberó más del 85 % de su nitrógeno en tan solo cuatro horas en pruebas de liberación de agua. «Cuando la urea se recubrió únicamente con poliuretano, un polímero derivado del aceite de ricino, esta liberación se retrasó, pero alcanzó aproximadamente el 70 % en nueve días. Sin embargo, la incorporación de tan solo un 5 % de la nanoarcilla mineral montmorillonita a la matriz polimérica redujo drásticamente esta tasa: solo se liberó el 22 % del nitrógeno en el mismo período, lo que pone de manifiesto el papel de la nanoestructura del recubrimiento en el control de la liberación de nutrientes», señaló Bortoletto-Santos.
Según el investigador Caue Ribeiro, este efecto se produce porque la nanoarcilla crea una especie de barrera inteligente dentro del recubrimiento. «Además de impedir físicamente el paso del agua, interactúa químicamente con el nitrógeno liberado. De esta forma, retiene el nutriente durante más tiempo y lo libera gradualmente, acercándose a la tasa de absorción de la planta», explica el especialista en nanotecnología.
La investigación supera los desafíos
El recubrimiento de fertilizantes para obtener fertilizantes de liberación controlada o lenta es una tecnología que encapsula gránulos (partículas pequeñas) de nutrientes. Esta investigación propuso desarrollar un sistema de recubrimiento basado en nanocompuestos para cubrir gránulos de urea, probado en un sustrato de suelo-planta en un invernadero. El sistema se elaboró ??a partir de poliuretano, un polímero renovable y biodegradable, que proporciona buena adherencia, resistencia mecánica y un perfil de degradación controlado al fertilizante. Se incorporaron pequeñas cantidades de montmorillonita, entre el 2 % y el 10 % de la masa de la urea, a la matriz polimérica.
Bortoletto-Santos explica que la montmorillonita tiene una estructura laminar, con plaquetas que se apilan como escamas a distancias nanométricas. Estas capas, al dispersarse en una matriz polimérica, pueden exfoliarse o intercalarse, lo que da como resultado una distribución a nanoescala que altera significativamente las propiedades de transporte del recubrimiento.
La urea es el fertilizante nitrogenado más utilizado en el mundo, principalmente debido a su alto contenido de nitrógeno (aproximadamente un 45 % en masa). Sin embargo, su alta solubilidad en el suelo representa un importante desafío agronómico, ya que puede provocar transformaciones en el suelo y diversos procesos de emisión de gases.
“En condiciones normales, el fertilizante se disuelve rápidamente, lo que provoca importantes pérdidas medioambientales, como la volatilización del amoníaco y la emisión de óxido nitroso, un potente gas de efecto invernadero”, señala Caue Ribeiro.
La innovación desarrollada por los investigadores dio como resultado la formación de una capa delgada, continua y homogénea, similar al plástico, alrededor de los gránulos de urea. El rendimiento superior de la urea recubierta se asoció directamente con la estructura nanocompuesta interna del recubrimiento y su comportamiento funcional.
El fertilizante tiene eficiencia agronómica.
En el experimento de invernadero, la fertilización con fertilizante de liberación controlada tuvo un impacto significativo en la eficiencia agronómica. Se observó un claro efecto acumulativo en los cuatro cortes secuenciales del pasto al final del período de producción de 135 días, lo que demostró la eficacia del nuevo recubrimiento. La fertilización se realizó 15 días después de la germinación de las semillas, en un diseño de bloques aleatorizados con dos plantas en cada una de las 35 macetas, con cinco repeticiones.
Con el uso de fertilizantes recubiertos con nanoarcilla, tanto las tasas de producción de materia seca fueron más altas durante el experimento como la absorción total de nitrógeno, alcanzando el doble de la tasa de absorción en comparación con el control fertilizado con urea sin recubrimiento.
“Por lo tanto, los resultados resaltan el papel crucial de la nanoestructura del recubrimiento para aumentar la eficiencia en el uso de nutrientes y minimizar las pérdidas ambientales. Este enfoque es prometedor porque permite el uso de recubrimientos más delgados sin comprometer el rendimiento, ofreciendo una alternativa sostenible para la próxima generación de fertilizantes de liberación controlada”, afirma Bortoletto-Santos.
Alberto Carlos de Campos Bernardi, investigador de Embrapa Pecuária Sudeste (SP), señala que Brasil actualmente importa más del 85% de los fertilizantes que utiliza, y el nitrógeno es uno de los nutrientes más críticos y caros en esta ecuación.
“Este estudio representa mucho más que una simple cuestión académica; también se enmarca dentro de la estrategia del Estado para reducir la vulnerabilidad externa y aumentar la sostenibilidad de la agricultura brasileña, tal como se contempla en el Plan Nacional de Fertilizantes (PNF) 2022-2050”, afirma Bernardi.
