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Jueves, 4 mayo 2017
Ciencia de los Materiales

Materiales inteligentes para una fertilización sustentable

El Grupo de Aplicaciones de Materiales Biocompatibles del Instituto de Tecnología en Polímeros y Nanotecnología (ITPN, CONICET-UBA) (Argentina) desarrolló nuevas matrices poliméricas que pueden incorporar fertilizantes químicos o biológicos y controlar su liberación de acuerdo con las necesidades del cultivo. Se trata de materiales económicos y biodegradables que minimizan los daños al medio ambiente, son sencillos de colocar en el momento de la siembra y permiten disminuir el número de aplicaciones a lo largo del ciclo de crecimiento del cultivo.

 

“Son materiales inteligentes que tienen la capacidad de almacenar fertilizantes y administrarlos en la medida que la planta lo requiera durante una cantidad de tiempo prolongado”, describe Jonas Pérez Bravo, becario doctoral del CONICET en el Grupo de Aplicaciones de Materiales Biocompatibles y uno de los científicos involucrados en el desarrollo.

 

Los polímeros son macromoléculas formadas por la unión de moléculas más chicas, denominadas monómeros, que pueden ser naturales o sintéticos. Entre los primeros se encuentran, por ejemplo, el almidón, el quitosano, el caucho natural y la celulosa. Entre los segundos hay que diferenciar entre aquellos que no se degradan, como el nylon y el polietileno, y otros que sí lo hacen como el alcohol polvinílico (PVA).

 

De acuerdo a Pérez Bravo, el uso de los fertilizantes químicos tradicionales –derivados principalmente de la industria petroquímica- produce pérdidas importantes de nutrientes por lixiviación – es decir, su desplazamiento debido a la acción del agua en el suelo-, evaporación y sobredosificación. Del total de nutrientes aplicados al fertilizar, un porcentaje significativo no es aprovechado por las plantas-entre el 40 y el 70 del nitrógeno, el 80 y el 90 del fósforo y el 50 y el 70 por ciento del potasio- lo que genera, además de pérdidas económicas, problemas de contaminación en el suelo y en los cursos de agua.

 

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Matrices poliméricas en las que se cargan los fertilizantes. (Foto: CONICET/Verónica Tello)

 

Por otra parte, los llamados fertilizantes biológicos o biofertilizantes, que son formulados que incluyen uno o más microorganismos benéficos que promueven el crecimiento de las plantas, aunque resultan convenientes en términos ecológicos, suelen tener limitaciones vinculadas a su eficiencia.

 

“El problema está en la forma actual en la que se comercializan: como turbas (materiales esponjosos compuestos por residuos vegetales) o como medios líquidos. Los primeros poseen la desventaja de que la turba debe ser de buena calidad y estable, sobre todo en cuanto a su pH, para que los microorganismos logren sobrevivir; mientras que los líquidos han mejorado la calidad de sobrevida de los microorganismos, pero tienen como contrapartida negativa que su uso y aplicación se tornan a veces poco prácticos”, explica Pérez Bravo.

 

Frente a estos inconvenientes aparece la alternativa de los fertilizantes de liberación controlada de matriz polimérica: “Lo que se evita de esta manera es liberar en un inicio mucha cantidad de nutrientes y que haya un shock en la planta. La matriz polimérica actúa como una especie de barrera que posibilita un uso más eficiente de los fertilizantes químicos. En los convencionales lo que sirve es tomado por las plantas y el resto se pierde produciendo contaminación”, agrega Nora Francois, directora del Grupo.

 

En el caso de los biofertilizantes, los investigadores consiguieron encapsular las bacterias en las esferas poliméricas, lo cual permitió aumentar su sobrevida en el suelo. “Con estas matrices logramos que los microorganismos promotores del crecimiento, una vez cargados, se mantengan activos durante un período prolongado de tiempo -más de 1 año- y esto es algo realmente muy bueno”, destaca la investigadora.

 

Las matrices que el equipo dirigido por Francois desarrolló tienen además la capacidad de retener y administrar el agua de acuerdo a las necesidades del cultivo. “En los años ‘70 y ‘80 se empezaron a utilizar fertilizantes poliméricos que no se degradaban y causaban problemas de acumulación de desechos en la tierra. Más recientemente comenzaron a usarse polímeros biodegradables que, en su mayoría, son hidrofílicos, lo que significa que no contaminan y tienen la capacidad de hincharse y contener agua, de manera que frente a una limitación de humedad en el suelo pueden suministrarla paulatinamente. Esto resulta especialmente útil en ambientes áridos o semiáridos”, explica Pérez Bravo.

 

Pérez Bravo y Francois describen cómo es el proceso de preparación de estos fertilizantes de liberación controlada: “Nosotros, en base a polímeros biodegradables sólidos, lo que hacemos es crear un hidrogel, que es un material con una estructura tridimensional que tiene capacidad de absorber agua sin perder su estructura, aunque se hinche y se deshinche”, cuenta Pérez Bravo. “A ese material, que consiste en esferas de aproximadamente 2 a 3 milímetros de diámetro, se incorpora el fertilizante químico o las bacterias para producir un biofertilizante”, continúa Francois.

 

Otras virtudes que poseen estos biopolímeros son la de actuar como bioestimuladores de la germinación de semillas y su capacidad de variar su comportamiento frente a modificaciones del entorno, como los cambios de pH en el suelo.

 

El desarrollo de los fertilizantes no se restringe a los límites del laboratorio, sino que se articula con su puesta a prueba en cultivos a través de un trabajo en conjunto con la Facultad de Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Mar del Plata y el Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria de Balcarce, bajo la dirección de Cecilia Creus, quien es también la codirectora de Pérez Bravo. “No se trata sólo de hacer el desarrollo estructural, sino que estamos tratando de verificar que efectivamente funcione” afirma Francois.

 

El proyecto de los investigadores es, justamente, desarrollar fertilizantes que efectivamente se utilicen, de ahí la importancia otorgada al factor económico. “Buscamos utilizar materiales de bajo costo porque la idea es desarrollar algo que pueda usarse, producir algo que sólo resulte viable a escala experimental no tendría sentido”, concluye Pérez Bravo. (Fuente: CONICET/DICYT)

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