6.2.5: El ciclo del fósforo y el manejo humano de los suelos

Fundamentos del ciclo del fósforo en la producción de alimentos

De manera análoga al ciclo del nitrógeno (N) de la página anterior, presentaremos los fundamentos del ciclo del fósforo (P) relacionado con la producción de alimentos (consulte la figura 5.2.4 a continuación en esta sección) Notarás que el ciclo P es mucho más sencillo que el ciclo N. Por ejemplo, no hay forma gaseosa de P como la hay para N, por lo que la atmósfera no participa en el ciclo P. Además, la lixiviación de P soluble no es un tema importante ya que lo es para el suelo soluble N. Para comenzar la descripción del ciclo P, la gran reserva de P “primaria” a la que acceden las plantas y la producción de fertilizantes para la agricultura no es la atmósfera (como lo es para el N), sino las llamadas rocas de fosfato (o roca) fosfato) en la corteza de la tierra, que se extraen como otros minerales. Estas rocas son molidas y tratadas en fábricas de fertilizantes para hacer que el fosfato (PO ₄ ^-) en ellas sea soluble en agua para que el fosfato pueda ser absorbido directamente por las plantas del pequeño charco de fósforo soluble en los suelos. Además de este proceso industrial que suministra P a las raíces de las plantas, hay pequeñas cantidades de P soluble que se liberan continuamente por meteorización (ver Módulo 5.1) de granos de fosfato de roca que forman una pequeña parte de la mayoría de los suelos. Estas formas de P disponibles en las plantas a partir de fertilizantes y meteorización son absorbidas por las plantas y pasan al sistema alimentario cuando los cultivos se cosechan para productos alimenticios o se alimentan al ganado. Al igual que para N (figura 5.2.3), los residuos de cultivos y abonos con P orgánico se reciclan al suelo y son una forma esencial de reponer los suministros de P orgánico del suelo. Además, la descomposición del P orgánico del suelo que libera P soluble, y la absorción de P en los cuerpos de microbios, vinculan el charco de P orgánico en materia orgánica del suelo (SOM) con la pequeña cantidad de P soluble en los suelos.

Figura 5.2.4. : Diagrama del ciclo de fósforo (P) relevante para los sistemas alimentarios, dibujado de manera análoga al ciclo N en la figura 5.2.3. Este diagrama se puede considerar como cuatro áreas principales: (1) Depósitos de roca de fosfato que se utilizan para producir fertilizantes de fósforo (junto con granos “nativos” de fosfato de roca en suelos, ver más abajo); (2) Suelo P, que se divide en una piscina de P orgánica más grande y una charca relativamente minúscula de P soluble, y también contiene formas relativamente no disponibles llamadas “P retenida” mantenidas en minerales del suelo como arcillas; (3) Fósforo en las plantas, que incluye todos los tejidos y la maquinaria energética de las plantas; (4) Las exportaciones de P de cultivos y ganado al sistema alimentario. Tenga en cuenta que hay múltiples flujos dentro y fuera de los suelos de P, y también fracciones y ciclos internos dentro de los suelos de una forma de P a otra. Además de los fosfatos de roca que se extraen y se convierten en fertilizantes, muchos suelos también tienen sus propios suministros minerales P en forma de pequeños granos de roca que contienen fosfato de roca. Estas cantidades son pequeñas pero pueden ser suficientes en ecosistemas silvestres (Fig. 5.2.1) bajo procesos normales de meteorización que liberan nutrientes en la mayoría de los suelos (ver módulo 5.1 para una descripción de la meteorización). Las diferentes fracciones de suelo P representadas por las formas en la caja del suelo no están necesariamente en proporción a su tamaño relativo; también las cantidades relativas en diferentes charcas varían considerablemente entre los diferentes suelos. Crédito: Steven Vanek

Retención de P en suelos y respuestas de manejo: “P ceñido” versus “N volador”

Una diferencia entre el ciclo de P vs N en los suelos es el hecho de que la mayoría de los suelos tienen formas de capturar químicamente y mantener P soluble en formas que pueden llegar a ser muy inaccesibles para las plantas. La fracción mineral arcillosa de los suelos es especialmente activa en la retención de P, especialmente para las arcillas que se presentan en suelos tropicales (puede estar familiarizado con arcillas oxidadas o de color amarillo, hechas de óxidos de hierro, en zonas más cálidas de Estados Unidos y del mundo). Esto se denomina retención de suelo o fijación de P. En un suelo que retiene P fuertemente, menos del cinco por ciento del P en fertilizante aplicado, que ingresa en una forma soluble muy adecuada para la captación de plantas, está siempre disponible para los cultivos. El resto es rápidamente encerrado por reacciones con minerales arcillosos del suelo. Los científicos del suelo llaman a este proceso fijación de P o retención de P, y se ha hecho un mapa global de retención estimada de P (Figura 5.2.5) que resume cómo el fósforo puede llegar a ser limitante para la producción de alimentos, lo cual es un problema grave en muchos suelos tropicales. Una comparación que puede ser útil para recordar la forma en que el suelo bloquea el fósforo es contrastarlo con el comportamiento del suelo N. Mientras que el suelo N es “volador” o “permeable” con múltiples formas y vías de pérdida, el suelo P tiende a ser el opuesto “pegajoso” del suelo N; el problema no es que se mantenga demasiado flojo en suelos sino más bien que se sujeta con demasiada fuerza.

Para abordar el desafío del P retenido, los agricultores pueden recurrir al suministro continuo de fertilizantes y abonos a los cultivos, a menudo en cantidades que superan en gran medida la demanda de cultivos. Sin embargo, las adiciones de materia orgánica también tienden a hacer que el P retenido o fijo esté más disponible, combinado con el uso de especies de cultivo que pueden absorber mejor formas fijas de P, de manera que el P se traslada de la fracción retenida e indisponible de P a formas orgánicas en cultivos y biomasa microbiana que eventualmente son reciclado en formas solubles disponibles. Ciertos microbios del suelo simbióticos de plantas, especialmente los hongos micorrícicos, son particularmente eficientes para ayudar a las plantas a acceder a estas formas menos solubles de suelo P. Además de estas medidas de manejo del suelo, los primeros agricultores, y ahora los fitomejoradores formales han desarrollado variedades de cultivos que son más eficientes en tomar parte del P retenido que está encerrado en el suelo.

Figura 5.2.5. : Mapa global del potencial de retención de P en el suelo. Los suelos viejos y muy viejos en áreas de clima cálido, así como los suelos lixiviados bajo vegetación de coníferas de clima frío, tienden a exhibir las tasas más altas de retención de P en el suelo. Estos suelos pueden hacer que los fertilizantes P aplicados sean muy inaccesibles para los cultivos. En respuesta, los agricultores pueden aplicar cal para elevar el pH de estos suelos a menudo ácidos, o reabastecer continuamente P a través de fertilizantes (que pueden ser muy ineficientes si la mayor parte de este fertilizante se vuelve rápidamente no disponible); o agregar P en formas orgánicas que se solubilizan por descomposición y pueden alimentar directamente las raíces de las plantas antes de que se fije P. En la práctica, se utilizan todos estos enfoques. Crédito de la imagen: Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, Servicio de Conservación de Recursos Naturales

Erosión del Suelo y P

Como se puede observar en la Fig. 5.2.4, la erosión de partículas de suelo que contienen P orgánico y retenido es la principal vía de pérdida de fósforo de los suelos (flecha roja en la Fig. 5.2.4), en contraste con la exportación de P para fines útiles en alimentos a base de cultivos y ganadería. Además de mantener la disponibilidad del suelo P con respecto a la retención de P, proteger los suelos contra la erosión es una excelente manera de proteger la capacidad de los suelos para suministrar P para la producción de alimentos. Este mensaje principal será retomado en la evaluación sumativa de este módulo, y nuevamente en el Módulo 7.

Activa tu aprendizaje: nutrientes de fósforo requeridos para diferentes alimentos: un enfoque por acre versus por persona

Uno de los factores importantes para decidir cuánto P se debe agregar a los suelos para reponerlos es la cantidad de P que se exporta por cultivos típicos y productos alimenticios. Este ejercicio te guiará en el cálculo de las cantidades de P que salen de los campos agrícolas sobre una base por área, y también al nivel de una “huella de uso de fósforo” para productos típicos, análoga a una huella hídrica en el módulo 4. Considera la siguiente tabla que reporta el uso de P para producir cantidades unitarias de unos pocos alimentos representativos. La primera columna (A) reporta muy aproximadamente cuánto soportará una sola hectárea de suelo (100 por 100 m de área, alrededor de 2.5 acres). La segunda columna (B) es el contenido o concentración de fósforo en el alimento, lo que significa que multiplicar A x B da los kg P exportados del suelo por el cultivo o producto animal, lo que se muestra en C. Las columnas D y E adoptan un enfoque ligeramente diferente: en D la cantidad del producto consumido por un promedio de U.S. persona es reportada. En la columna E, esa cantidad por persona se convierte en un consumo por persona de fósforo en gramos (por año)

Fósforo utilizado para producir cantidades unitarias de algunos alimentos representativos

Cultivos alimentarios	(A) kg de producto fresco o peso animal sostenido por hectárea (100 m x 100 m)	(B) Contenido de fósforo del alimento fresco (g P/ kg peso fresco)	(C) kg P exportado del suelo, por Ha (100 m x 100 m)	(D) Consumo de producto por persona en Estados Unidos (kg por persona por año)	(E) Consumo per cápita de los recursos de P del suelo (g P por persona y año)
zanahorias	10000	0.35	3.5	3.2	1.1
trigo	3500	7.6	27	61	464
carne de res	250 ^a	7	1.8	50	350
leche	10000 ^b	3.6	36	20	72

Tabla ensamblada por el autor a partir de datos disponibles al público sobre rendimientos típicos y contenido nutrimental de productos agrícolas. Por ejemplo, para datos de rendimiento, consulte el Servicio Nacional de Estadísticas Agrícolas (NASS) del USDA para conocer el contenido de nutrientes de los cultivos, consulte la Base de Datos de Nutrientes de Cultivos Para conocer los valores nutrimentales de alimentos como la carne de res y la leche, consulte la base de datos de composición de alimentos

^a Aproximadamente el peso equivalente de media vaca/buey
^b Muy aproximadamente un solo ciclo de producción (aproximadamente 12 meses) en litros para una sola vaca lactante de una variedad de alta producción

---

Verificación de Conocimientos (MC)

1) De los cultivos alimentarios zanahoria o trigo, ¿qué cultivo elimina más fósforo del suelo sobre una base por ha o por acre?

• zanahoria

• trigo

2) De los productos animales, ¿qué producto elimina más fósforo del suelo en promedio anual por persona?

• carne de res

• leche

3) Como a veces ocurre con sistemas complejos, esta sencilla tabla oculta cierta complejidad y “flujos ocultos” para el fósforo asociado a la producción de carne y leche. Los números utilizados aquí reflejan la leche o carne de res que sale de una granja promedio y va a los consumidores, llamada flujo de granja-puerta porque mide lo que pasa de una granja a los consumidores. A diferencia de los cultivos, donde el único fósforo utilizado proviene del suelo (que puede incluir fertilizantes aplicados al suelo), los productos animales reflejan tanto el P en la carne de res o leche que salió de la granja, sino también P adicional que pudo haber venido de otras granjas en forma de cultivos alimenticios. Este P adicional se alimentó a los animales pero no se utilizó en el crecimiento del animal ni en la producción de leche.

Verdadero o Falso: Este P termina principalmente en estiércol, que se reparte a los campos, y puede, por lo tanto, acumularse en suelos agrícolas.

• Falso

• Cierto