Todos conocemos que, después del agua, el nitrógeno (N) es el principal condicionante del rendimiento de los cultivos y que hay, en la mayoría de ellos, una relación directa entre la cantidad de N incorporado y los rendimientos, sean éstos en granos o forrajes.

Hagamos un simple cálculo: supongamos un cultivo de soja con un rendimiento de 4.000 Kg/ ha (rendimiento habitual en la zona núcleo). Como sus granos poseen un porcentual de proteína de aproximadamente 40% (1.600 Kg), se lleva en cada cosecha algo más de 250 Kg. de N (al dividir la proteína por 6,25, factor de conversión de proteína a N).  

Si tenemos en cuenta que, para la producción de 1.000 Kg de granos, este cultivo debe incorporar alrededor de 80 Kg de N (65 Kg para granos más 15 Kg para vástagos y raíces), estos valores nos muestran la enorme dependencia que existe entre rendimientos y disponibilidad del elemento.

Si ese mismo cálculo lo hacemos para un cultivo de alfalfa con un rendimiento de 20.000 Kg de materia seca (MS) / ha/ año, veríamos que estamos extrayendo del sistema alrededor de 640 Kg/ ha/ año.

Ambas son cantidades de N extraídas muy difíciles de sostener aun en suelos de alta fertilidad.

¿Cómo hacen estos cultivos, a los que no se fertiliza con N, para no agotar al suelo?: utilizan una gran cantidad de N proveniente de la atmósfera en lo que se denomina Fijación Biológica del Nitrógeno (FBN).

El principal reservorio de N está en la atmósfera de la cual participa en un 79% del total de gases que la componen. Sin embargo, y a pesar de que las plantas y animales superiores están “inmersos” en ese gas, no lo pueden aprovechar directamente dada la estabilidad que tiene el N2, (que es la forma en que se encuentra) y solo puede ser puesto en disponibilidad a través de la intermediación con bacterias diazotróficas o de procesos industriales, como el (Haber-Bosch), que demandan mucha energía.  Existen organismos libres y otros simbióticos dentro de esas bacterias diazotróficas capaces de reducir el N2 atmosférico a amonio a través de un complejo enzimático (nitrogenasas) que permite “romper” las fuertes uniones del N2 y reducirlo.

Se calcula que a través de la FBN hay un aporte mundial de N al sistema suelo de 175 millones de toneladas/ año, 35 de los cuales son aportados por fijadores de vida libre y 140 millones mediante fijación simbiótica.

Como vemos, los simbióticos son, cuantitativamente, los más importantes. Nos circunscribiremos a ellos. 

El establecimiento de la simbiosis fijadora de nitrógeno entre una leguminosa y su bacteria específica, es el resultado de una compleja serie de eventos coordinados de comunicación, reconocimiento y diferenciación finamente regulados, en donde el cultivar, la cepa y el ambiente interaccionan de manera constante, y con distinta cuantía, a lo largo de la ontogenia de la planta.

La simbiosis implica especificidad y armonía entre el micro y el macro simbionte que coevolucionan y permiten que la bacteria (rizobios) termine albergándose en el interior de los nódulos en donde encontrará las condiciones apropiadas (anaerobiosis)  para que la nitrogenasa   pueda cumplir su misión reductora.

 Los microorganismos que interaccionan con las plantas pueden llegar a establecer asociaciones patogénicas o simbióticas con resultados totalmente distintos para el vegetal: en la primera, el vegetal sufre un daño y acaso, la muerte. En la segunda, ambos se benefician. A pesar de esta diferencia, en ambos casos se ponen en marcha mecanismos moleculares muy semejantes. La planta reacciona a la infección bacteriana con una respuesta típica de defensa frente a patógenos y para que no aborte el proceso infectivo deseado, el microorganismo debe ser capaz de controlar y/o superar la respuesta defensiva de la planta. Esto ocurre cuando una cepa de rizobio específica se adosa a la pared de un pelo radical de la leguminosa compatible y es reconocida por esta. Cuando la barrera defensiva ha sido superada, la planta recibe de la bacteria el N ya reducido que incorporará a sus estructuras carbonadas, en tanto la bacteria se beneficiará con los azúcares y la energía (ATP) que la planta le trasfiere.

La FBN es un proceso particularmente sensible a las perturbaciones ambientales. La presencia de estreses en los primeros días de implantación de un cultivo, condiciona a las cepas de rizobio que formarán los nódulos y también su ubicación en las raíces que, a su vez, influirá sobre la eficiencia del sistema de FBN. Sequías cercanas a la siembra, por ejemplo, retardan en general el proceso de nodulación. Los estreses posteriores a la implantación, afectarán al sistema nodular con distinta magnitud según el momento en que ocurran. La inactivación de la nitrogenasa es la primera respuesta frente a déficit hídricos crecientes.

Solo a manera de ejemplo, tomemos los dos cultivos a los que venimos haciendo referencias: soja, como productor de granos y alfalfa como forrajera. Un cultivo de soja que crezca sin deficiencias hídricas, del total de N acumulado en sus tejidos el 51% (promedio nacional) proviene de la atmósfera. Ese promedio cae a 23% cuando el cultivo soportó sequías moderadas y a 0% cuando fue extrema. Los porcentuales de N derivados de la atmósfera aumentan en suelos pobres y en cultivos de alto rendimiento.

En alfalfa, sin deficiencias hídricas el 61% del N acumulado proviene de la FBN y si ha sufrido ciclos de sequía moderados, el N derivado de la atmósfera cae al 43%. Sin estrés cada 1000kg de MS que forma, incorpora 23 Kg. de N atmosférico.

Las leguminosas noduladas cuentan con dos fuentes de N: el del suelo y el derivado de la atmósfera. Ambas deben complementarse para lograr un rendimiento máximo. Sin embargo, la primera condiciona la magnitud de la segunda por medio de un complejo sistema de control ejercido a niveles tan diferentes como la formación de nódulos, la regulación de la síntesis y la actividad de la nitrogenasa. Dado el alto costo energético que implica a la planta la asimilación del N atmosférico, ésta “prefiere” incorporar primero el N del suelo que el de la atmósfera y para ello desarrolló mecanismos que le permiten controlar el número de nódulos que puede mantener en sus raíces y su eficiencia relativa. 

Además del N, los factores ambientales que más condicionan a la FBN son, de manera general, la disponibilidad de agua en el suelo, los niveles PO44 y Azufre, la radiación y el pH del suelo.

Valorar la importancia de la FBN y los factores que la condicionan es trascendente para la sustentabilidad de los sistemas productivos que incluyen leguminosas. Si éstos no satisfacen gran parte de sus altos requerimientos de N2 a través de la FBN, disminuirán significativamente sus rendimientos y la fertilidad nitrogenada de los suelos en los que crecen; esto afectará al cultivo en sí mismo y a la productividad de los que le siguen en la rotación, obligando al empleo de fertilizantes químicos, cada vez más escasos y costosos, con el consiguiente impacto económico y ambiental.

Sin entrar en mayores detalles, es claro que el mecanismo de FBN, consecuencias de la simbiosis entre una leguminosa y su Rhizobium específico, está regulado de manera muy sutil y eficientemente coordinado entre los dos “socios”. La disponibilidad de dos fuentes de N (suelo y atmósfera) da a las leguminosas una ventaja comparativa marcada respecto a las gramíneas para prospera en ambientes pobres en fertilidad edáfica.

¿Será posible “transferir” este complejo sistema a otras familias botánicas, las gramíneas por ejemplo?  Varios equipos de investigadores en el mundo están tratando de hacerlo. Aun no lo han logrado pero dado el desarrollo actual de la biotecnología, la biología molecular, la ingeniería genética, la fisiología y otras ramas de la ciencia, es posible que solo sea una cuestión de tiempo. Si esto se lograra, el adelanto sería inmenso y permitiría expandir la frontera agropecuaria hacia entornos ecológicos más pobres al permitir a las gramíneas “independizarse”, al menos en parte, del suministro del N edáfico.

Los profesionales retirados de FORINDER, ¿podremos alcanzar a ver estos adelantos? Dios dirá