Design and agro-environmental evaluation of advanced fertilisers based on bio-residues, rhizobacteria and the circular economy principles

Resumen

Para reducir las consecuencias medioambientales negativas de la intensificación de la agricultura y lograr la sostenibilidad, la Comisión Europea ha fomentado estrategias basadas en la economía circular para reducir la dependencia de las fuentes no renovables. El uso de biorresiduos es una estrategia puntera para aportar nutrientes a los cultivos y mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes. El objetivo de este trabajo fue diseñar y evaluar fertilizantes avanzados basados en diferentes combinaciones de biorresiduos y rizobacterias, como parte de una estrategia global basada en la economía circular dirigida a reducir el uso de fertilizantes minerales convencionales en la agricultura. Se diseñaron dos familias de fertilizantes avanzados: la primera basada en compost y la segunda en biochar. La primera constaba de dos productos: i) compost + biochar; y ii) compost inoculado con Bacillus siamensis (cepa SCFB3-1) formulado con biochar como soporte (‘compost dopado’). La segunda familia constaba de un solo producto, concretamente, biochar + digerido anaerobio (DA). Los extractos acuosos de los productos diseñados fueron utilizados para analizar la fitotoxicidad y la toxicidad en tres especies de rizobacterias del suelo. Todos los productos fueron fitoestimulantes en la proporción de dilución 1:25 (p:v), mientras que en la proporción 1:10 no tenían efectos fitotóxicos o los tenían moderadamente. Por el contrario, las proporciones más concentradas resultaron fitotóxicas. No se observó toxicidad para las bacterias de la rizosfera. Los productos compost + biochar y biochar + AD se ensayaron preliminarmente en condiciones de microcosmos; en dicho ensayo, las plantas de maíz tratadas con cualquiera de los dos productos produjeron una biomasa superior a la del control no fertilizado, aunque el contenido de N en la biomasa disminuyó. En campo, el "compost dopado" funcionó mejor en términos de rendimiento de los cultivos que la combinación de compost y biochar. Además, una dosis reducida (menos 20%) de fertilizante mineral combinada con "compost dopado" (2 t ha-1) produjo un mayor rendimiento en melón y pimiento que el control que recibió una dosis completa de fertilizante mineral (entre un 24% y un 33% mayor en melón y entre un 2% y un 4% en pimiento). Además, la misma dosis reducida de fertilizante mineral combinada con biochar + AD (250 a 500 t ha-1) produjo un mayor rendimiento en melón (2% a 16% mayor) y un rendimiento similar en pimiento en comparación con el control que recibió la dosis mineral completa. Además de los efectos agronómicos positivos sobre el rendimiento de los cultivos, desde el punto de vista ambiental, la primera ventaja es la reducción de la dosis de fertilizantes minerales. Sin embargo, se han encontrado beneficios ambientales más relevantes en el microbioma del suelo, como revela el enfoque metataxonómico. En primer lugar, la composición del microbioma del suelo permaneció inalterada por los tratamientos. Sin embargo, los tratamientos aumentaron la actividad del microbioma del suelo, que consumió nitrógeno (N) del suelo; por lo tanto, se redujo el riesgo de lixiviación de N, aunque resultó en un menor contenido de N en la biomasa del cultivo. Hemos demostrado que el aumento del rendimiento, incluso para menos N disponible, está positivamente correlacionado con la mayor actividad del microbioma, pero también con la presencia de ciertos grupos de bacterias consideradas rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR), cuya abundancia relativa en la rizosfera se ha visto incrementada por los tratamientos. Además, la diversidad del microbioma y la riqueza de especies también aumentaron con los tratamientos, lo que teóricamente tiene un efecto positivo en el rendimiento de los cultivos. Finalmente, nuestra hipótesis es que B. siamensis inoculado no sólo ejerce un efecto directo sobre el cultivo, sino que también provoca cambios en la rizosfera. Es necesario seguir investigando para comprender el proceso implicado en dicho mecanismo.