En los dos artículos anteriores cubrimos el suelo y su relación con las plantas en condiciones naturales. En este nos introducimos en la agricultura y las transformaciones que ha ejercido sobre esta relación.
De la Caza y Recolección, al Cultivo
Hace al menos 10.000 años desde que los humanos abandonamos la caza y recolección de frutos y plantas silvestres en favor de la domesticación en asentamientos permanentes (la llamada Revolución Neolítica).
El monocultivo se adoptó rápidamente por el mejor aprovechamiento de la superficie labrada. Sin embargo, esta forma de cultivo conlleva algunos problemas, como la propagación de enfermedades y plagas, la constante aparición de malas hierbas y el empobrecimiento del suelo. A pesar de ello, el monocultivo se mantuvo, mientras se probaban soluciones que aminorasen sus inconvenientes.
Una de ellas fue el barbecho, que se implantó independientemente en distintos lugares, y desde la Edad Media, también en Europa. Esta práctica consiste en dejar de cultivar la tierra durante uno o varios ciclos para permitir que el suelo recupere su fertilidad. La metodología más extendida consistió en dejar un cuarto o un quinto de la superficie sin cultivar cada año.
Los albores de la revolución industrial entre los siglos XVIII y XIX provocaron un importante aumento y redistribución de la población hacia las ciudades, así como cambios en la
práctica agrícola. En la llamada Revolución Agrícola Británica, una de las medidas más exitosas fue sustituir el barbecho por la rotación ordenada de cuatro cultivos: nabo, guisantes, cebada y trigo. El abandono del barbecho supuso un aumento inmediato de la suprficie productiva en al menos un 20% y los cuatro cultivos se complementaban, permitiendo mantener la fertilidad del suelo. Así, las leguminosas aportaban nitrógeno. Los nabos, la cebada y el follaje de las leguminosas aportaban forraje para los animales, cuyas heces se empleaban como abono. Esta y otras medidas paliaron la creciente demanda de alimentos y sostuvieron un aumento en la población de Gran Bretaña del 190% entre 1750 y 1850.
La Ciencia abre un Nuevo Escenario
Los éxitos de los estudios científicos y técnicos del siglo XIX propiciaron que esas metodologías se aplicasen al estudio de los procesos biológicos. Los primeros trabajos realizados por Julius von Sachs y Wilhelm Knop en 1860 establecieron las necesidades nutricionales de las plantas mediante los primeros cultivos hidropónicos (Imagen inferior).
La Fisiología Vegetal nacía en el laboratorio y posteriormente clarificaría processos como la asimilación de nutrientes, absorción y transporte del agua y sus implicaciones en el crecimiento de las plantas.
Un aspecto particularmente relevante en el ámbito de este artículo fue el esclarecimiento de las formas químicas asimiladas preferentemente por las plantas. La forma preferida de asimilación de nitrógeno es el nitrato, para el azúfre, el sulfato y para el fósforo, el fosfato. Los microelementos se asimilan en forma de iones libres. Las formas asimilables por las plantas se emplearon en los laboratorios primero y posteriormente en pruebas de campo.
A los éxitos propulsados por las ciencias clásicas les sucedieron los registrados en la genética, sobre todo después del redescubrimiento de las leyes de Mendel en 1900. Las metodologías de cultivo con formas asimilables de nutrientes se aplicaron para el desarrollo de nuevas variedades de trigo de la mano de pioneros como
Norman Borlaug, de maíz por Reed, Shull y Jones (Imagen izquierda) y del arroz por Yuan Longping. El uso de las primeras máquinas movidas por animales primero y por motores después, redujeron paultinamente la demanda de mano de obra. La combinación de estos factores dió lugar a aumentos en rendimiento crecientes, culminando en la conocida como la Revolución Verde, a la que se atribuye el salto de la población mundial hasta 3 mil millones en 1960 (conocido como Baby Boom). La contínua mejora en productividad se mantuvo en décadas posteriores hasta alcanzar una población que ya supera los 8 mil millones de personas en la actualidad.
El Nuevo Paradigma de la Agricultura Industrial
La generación creciente de conocimiento sobre los procesos físicos, químicos y biológicos en los laboratorios y su verificación en el campo consolidaron un nuevo paradigma en la práctica agrícola: si se trasladaban las condiciones que daban resultado en el laboratorio, se podrían esperar resultados comparables en el campo.
La formulación de fertilizantes en base a fosfatos, sulfatos y nitratos resultaba en mayores rendimientos y las variedades mejoradas batían marcas de producción. La emulación de todo tipo de síndromes, patologías e infecciones en el laboratorio permitió su comprensión, así como el desarrollo y formulación de agentes químicos que previniesen o redujesen los daños en el campo: pesticidas, fungicidas, bactericidas,
nematicidas, hormonas de maduración..toda una gama de nuevas herramientas eficaces y económicas. Estos logros convirtieron a las empresas químicas (Ciba Geigy y Sandoz (ahora Syngenta), Dupont, BASF, Bayer, Dow y Monsanto) en gigantes globales de la innovación agrícola, junto a las empresas de maquinaria como John Deere, Claas, Kubota y New Holland, entre otras.
A pesar de los excelentes resultados, el paradigma de alumbrar los fundamentos en el laboratorio y trasladar soluciones al campo se sostenía sobre una concepción reduccionista de los procesos naturales. Transcurridas las décadas, y a pesar de su incontestable éxito, el paradigma empezó a mostrar algunos efectos colaterales no deseados.
Consecuencias Negativas sobre el Suelo
Las complejas relaciones entre las plantas y el suelo, que aún no comprendemos en detalle, se ven seriamente afectadas por el paradigma de la agricultura industrial. El aporte directo de nutrientes en formas asimilables para las plantas cortociucuita los procesos operados por los sistemas de intercambio con consorcios microbianos y los convierte en redundantes. Sin el aporte de carbono por parte de la planta, los microbios no pueden sobrevivir y los consorcios se desintegran.
La imagen derecha muestra las raíces de plantas de cebada cultivadas con fertilizantes inorgánicos (izquierda) y en consorcio con la rizosfera (derecha). Las raíces de la izquierda están desnudas de la capa de microbios que forman el consorcio con la planta. Esta es la prueba visual más clara del efecto derivado de la fertilización directa.
La desaparición de los microbios se puede medir a través de la cantidad de materia organica en el suelo (MOS): un indicador global de su salud. A este factor se asocian propiedades como la retención de agua, la regulación del pH, la disponibilidad de nutrientes existentes en el suelo y la biodiversidad. Los suelos más fértiles pueden contener entre 1 y 6% de su peso en MOS, mientras que los suelos agrícolas industriales rondan el 0,2-0,5%.
Al carecer de diversidad microbiana, todos los servicios aportados por los consorcios (tolerancias a estrés, defensas contra plagas, comunicación entre plantas, etc) también desaparecen y hay que recurrir a agentes externos, como insecticidas, fungicidas nematicidas. Los efectos generalmente indiscriminados de estas herramientas (por ejemplo, los fungicidas lo son para todos los hongos) inciden también sobre los organismos beneficiosos alojados en el entorno y el interior de las plantas (endofitos), y eliminan las redes de comunicación microbiana con la planta.
La degradación del suelo por la acción de los nutrientes inorgánicos puede ocurrir en pocas temporadas, pero su regeneración natural es un proceso mucho mas lento (veremos esto en la siguiente entrada). Nos ceñiremos ahora al ámbito específico de la nutrición vegetal, como ejemplo del cambio radical que ejerce la práctica agrícola industrial sobre la funcionalidad del suelo.
Con la aplicación intensiva de fertilizantes inorgánicos el suelo pasa de la exuberancia del holobionte a un mero soporte físico. Los nutrientes administrados, generalmente por riego, son asimilados directamente a través de las raíces. Veamos el proceso empezando por el fósforo. Este elemento sólo representa el 0,5% del peso seco de la planta, pero forma parte de moléculas esenciales (como el ATP y los ácidos nucléicos) y la planta no puede acumularlo a modo de reserva, por lo que debe ser asimilado contínuamente. En agronomía, se estima que es el principal factor que limita el crecimiento de los cultivos. El suelo contiene cantidades importantes de fosfato inmobilizado en forma de sales (conocido como el Banco de Fosfato), pero sólo una pequeña parte (10-15%) se encuentra en forma disociada (libre) y asimilable. En suelos alcalinos (pH superior a 7) el fosfato forma sales de calcio.
En suelos ácidos (pH inferior a 7), sales de aluminio, hierro y magnesio, entre otras. Por tanto, la planta solo accede a la pequeña fracción disociada de fosfato que se encuentra en el entorno próximo a las raíces. La medida habitual para incrementar la disponibilidad de fosfato libre consiste en suplementar fosfatos disueltos al suelo. Es difícil hacer un aporte ajustado a las necesidades de las plantass en cada momento y aplicaciones excesivas pueden resultar en lixiviados a los acuíferos y su eutrofización (como en el caso de la crisis de la Manga del Mar Menor, imagen arriba).
El caso del nitrógeno es completamente distinto. Este elemento representa el 4% del peso seco. El nitrato, la forma preferida para la asimilación por la planta (el nitrato), no forma sales insolubles como el fosfato, por lo que no queda retenido en el suelo (no hay un banco de nitratos en el suelo). Ello significa que una parte importante de los nitratos aplicados como fertilizantes y no asimilados puede acabar lixiviándose.
Los micronutrientes, como hierro, cobre, molibdeno, boro y otros, tienen una participación ínfima en el peso seco, pero son inprescindibles como cofactores de enzimas que forman parte de procesos clave. Por ejemplo, el molibdeno es un cofactor de la enzima que realiza el primer paso de asimilación de nitrato, a nitrito. El zinc y el cobre son co-factores de enzimas muy importantes que regulan el estrés oxidativo y la respiración. Los microelementos se administran en forma de sales en cantidad suficiente para que puedan ser asimilados por las raíces.
Estos datos ilustran que el modo de aplicar fertilizantes se basa en la visión de aportar nutrientes directamente a la planta, tal y como se descubrió en el laboratorio.
En una situación natural, el fosfato sería solubilizado en el banco de fosfatos y asimilado por una extensa red microbiana con una superficie efectiva miles de veces superior a la de las raíces, transportadolo a la interfaz de la raíz e intercambiadolo por el carbono asimilable que exuda la planta.
El nitrógeno es el componente mayoritario del aire y las bacterias de los consorcios lo fijan directamente y lo intercambian, también a cambio de carbono asimilable (este proceso es sofisticado y elegante, pero no podemos detenernos en él). Lo mismo puede decirse de las fuentes de azufre y los microelementos.
La imagen derecha muestra las diferencias entre la nutrición de raíces no colonizadas y colonizadas (AM y AMF son acrónimos de hongos de la rizosfera que se asocian a las raíces).
La imagen inferior muestra los exudados radiculares que aportan la fuente de carbono y energía fácilmente asimilable para los microorganismos de la rizosfera.
Las prácticas de la agricultura industrial dan lugar a grandes rendimientos por unidad de superficie, pero exigen el aporte generoso de las formas asimilables de los nutrientes en formas directamente asimilables. Si algún nutriente faltase, el déficit no se podría paliar por parte los sistemas naturales, porque estos no estarían presentes. En este sentido, la agricultura industrial es una apuesta a sola carta.
Consecuencias en el Ambito General
La agricultura industrial ha conseguido niveles de productividad sin precedentes, asegurando la supervivencia y bienestar de una población mundial creciente durante varias décadas. Sin embargo, ya no caben dudas de que las prácticas agrícolas industriales acarrean un deterioro sobre el fondo de capital natural que sigue siendo necesario para la sostenibilidad de los ecosistemas y de la propia humanidad. Veamos un ejemplo.
Cada unidad porcentual de MOS confiere la capacidad para retener entre 25 y 30 litros de agua por metro cuadrado (2,5 a 3 cm de precipitación). Esa capacidad tiene un valor capital para la viabilidad de un cultivo. Pero además, aporta al bien común, facilitando que el agua se infiltre y abastezca las reservas subterraneas de agua, evitando que se escurra y cause daños al propio terreno, a otros bienes o a las personas.
Hay muchos otros casos en los que el la calidad del medio natural favorece al bien común, como la polinización, el control de plagas o la modulación del calentamiento de zonas urbanas. Lamentablemente, los balances económicos valoran los procesos por separado en función de costes y beneficios sobre bienes o servicios facturados en cada uno de ellos. Por eso, algunos economistas categorizan los bienes y servicios derivados de la naturaleza como costes y beneficios “invisibles”.
Seguiremos el hilo de este concepto y su incidencia en el difícil camino para alcanzar una producción sostenible, en la siguiente entrada.
Conclusión
La agricultura industrial es una práctica que ofrece una alta capacidad de producción basada en un conocimiento parcial sobre la biología de las plantas y el suelo. Gracias a ella la humanidad ha mantenido un crecimiento y bienestar hasta ahora insospechados, en buena medida, gracias a la disponibilidad de energía barata en forma de combustibles fósiles.
Sin embargo, la agricultura industrial provoca un deterioro del medio natural, con consecuencias ambientales cuya gravedad no se contabiliza económicamente como parte de la agricultura.
Estamos obligados a explorar la incorporación de prácticas agrícolas basadas en el mejor conocimiento y uso de procesos naturales, aunque sólo sea para contar con una alternativa de emergencia en el caso de no disponer de los recursos que soportan el modelo actual de producción. Dicho de otra manera, con el objeto de alcanzar la sostenibilidad. En la siguiente entrada abordaremos el reto la transición desde la agricultura industrial de hoy hacia la nueva agricultura biológica. La clave de la cuestión estará en el suelo.
El peor error que podemos cometer con los paradigmas es cofundirlos con leyes
Referencias
Emergence of Modern Agriculture SDG Academy 2019. Video sobre la emergencia de la Agricultura del programa Sustainable Development Goals de las Naciones Unidas (Inglés).
Las revoluciones agraria y agrícola en Gran Bretaña Eduardo Montagut. Andalán 2018.
Biografía de Norman Borlaug . Video sobre uno de los grandes pioneros de la llamada Revolución Verde (castellano).
Synthetic Nitrogen - Can't live without it, Can't live with it. Soil, Human, Planet Health. Artículo de la Asociación para Agricultura Regenerativa de SudAfrica que esplica las atadura que supone el uso masivo de fertilizantes en la agricultura (inglés).
Soil: The Foundation of Agriculture The Nature Education Knowledge Project. Artículo educativo dentro del Knowledge Project (Proyecto Educativo) del grupo Nature. Aunque tiene más de 12 años, presenta un buen resumen sobre el complejo sistema del suelo (inglés).
Mycorrhizal Fungi. Un artículo con recursos audiovisuales de la empresa COVERS, dedicada a la agricultura regenerativa (de la que trataremos en el siguiente artículo). Presenta información sobre los hongos dedicados a relacionar las plantas con otros organismos del suelo, con material escrito y audiovisual (inglés).
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