Un consorcio de bacterias en el maíz reduce los costos de fertilizantes

El nitrógeno, junto con el potasio y el fósforo, forma el trío de macronutrientes primarios que intervienen en el desarrollo vegetal, conocido como NPK. Sin embargo, entre estos tres elementos esenciales, el nitrógeno suele ser el más caro y el que requiere mayor inversión por parte de los agricultores. También es el más requerido por las plantas, siendo esencial para su crecimiento, desarrollo radicular y contribuyendo directamente a la fotosíntesis. 

Si bien la fertilización nitrogenada es esencial para la mayor parte de la producción agrícola, tiene un costo. Dado que su eficiencia rara vez supera el 50 % debido a pérdidas durante la lixiviación, la volatilización y la desnitrificación, el uso de fertilizantes durante períodos prolongados o en dosis excesivas puede tener graves impactos ambientales. 

La aplicación de fertilizantes nitrogenados suele asociarse con la liberación de óxido nitroso, un gas con un potencial de calentamiento atmosférico 265 veces mayor que el dióxido de carbono, que puede permanecer en la atmósfera durante más de cien años, además de contribuir al agotamiento de la capa de ozono. En el suelo, el exceso de nitrógeno puede filtrarse a las masas de agua, lo que puede causar la eutrofización de ríos y lagos, lo que provoca el crecimiento excesivo de algas y plantas acuáticas, perturba el ecosistema y causa, por ejemplo, la mortandad de peces.

Las bacterias redujeron el uso de fertilizantes en la producción de soja

En este contexto, Brasil se destaca a nivel mundial como un ejemplo exitoso de minimización de la aplicación a gran escala de fertilizantes nitrogenados en cultivos de leguminosas, como la soja, lo que reduce los costos para los productores y el impacto ambiental. Esta característica de la agricultura brasileña se remonta a la década de 60, cuando los investigadores comenzaron a obtener excelentes resultados en estudios que evaluaban la sustitución de estos fertilizantes convencionales por microorganismos capaces de fijar el nitrógeno ya presente en la atmósfera y ponerlo a disposición de las plantas. Entre las pioneras en este campo de estudio se encuentran las investigadoras Johanna Döbereiner y Mariangela Hungria, quienes en mayo de 2025 recibieron el Premio Mundial de la Alimentación, considerado por muchos científicos agrícolas como el «Premio Nobel de la Agricultura».

El éxito de Brasil en el uso de bacterias del género Bradyrhizobium para fijar nitrógeno en los cultivos de soja fue destacado por la revista Frontiers in Microbiology como uno de los 14 ejemplos mundiales de uso exitoso de microorganismos para aumentar la producción agrícola. La publicación celebra, por ejemplo, el uso de bacterias fijadoras de nitrógeno en el 80 % de la superficie sembrada con soja en la cosecha 2019/2020, una técnica de gestión que evitó con éxito la liberación de 430 millones de toneladas de CO2 a la atmósfera durante ese período.

"Imagine que cultiva un cultivo tan importante para Brasil y el mundo como la soja, y en lugar de aplicar 400 o 500 kilogramos de fertilizante nitrogenado por hectárea, utiliza una bacteria capaz de extraer nitrógeno de la atmósfera y entregárselo a la planta a cambio de alimento y protección. Esto viene ocurriendo en Brasil desde hace muchos años; no es nada nuevo", explica el agrónomo Fernando Shintate Galindo, especialista en gestión sostenible de nutrientes. "Sin embargo, en los últimos diez o quince años, hemos visto una evolución en las metodologías y técnicas que ha permitido a los investigadores comprender que existen innumerables microorganismos que pueden beneficiar a otros cultivos además de la soja", afirma el profesor del Departamento de Producción Vegetal de la Facultad de Ciencias Agropecuarias y Tecnológicas (FCAT) del campus Dracena de la Unesp. 

El investigador del campus Dracena ha estado explorando diferentes tipos de microorganismos que promueven el crecimiento vegetal, reduciendo el uso de fertilizantes y manteniendo, o incluso aumentando, la producción. En uno de sus estudios, publicado en la revista Plant Biology de BioMed Central (BMC), Galindo, junto con un equipo de investigadores, buscó evaluar los beneficios de inocular cultivos de maíz con dos bacterias simultáneamente: Azospirillum brasilense, conocido por su capacidad para fijar nitrógeno en el suelo y estimular el crecimiento de las plantas, y Bacillus subtilis (esporas), promueve el crecimiento de las raíces y es capaz de actuar como resistencia a plagas y enfermedades. 

El trabajo duró aproximadamente dos años y formó parte de una pasantía posdoctoral financiada por la FAPESP. El ensayo de campo, realizado en tres localidades diferentes, incluyó cuatro configuraciones de siembra de maíz: un grupo control, un grupo que recibió solo Azospirillum brasilense, otro que recibió solo Bacillus subtilis y, finalmente, un cuarto grupo que recibió ambos microorganismos. Además, se probaron diferentes tasas de aplicación de fertilizantes nitrogenados en cada grupo. 

Más productividad a menor coste

A partir de entonces, los investigadores monitorearon cada etapa del crecimiento de las parcelas para comparar las respuestas fisiológicas y bioquímicas de las plantas bajo cada escenario, incluyendo parámetros relacionados con la fotosíntesis, el estrés oxidativo y el uso de nutrientes, como su capacidad para recuperar nitrógeno del suelo y aumentar su eficiencia de uso. 

Entre los hallazgos clave del equipo se encuentra la confirmación de que el consorcio bacteriano, a pesar de presentar algunas características distintivas, combinado con una dosis óptima de nitrógeno, logró mejorar la eficiencia en el uso de macronutrientes y promover el crecimiento aéreo y radicular de las plantas. La inoculación combinada de Azospirillum brasilense y Bacillus subtilis también influyó en parámetros relacionados con la fotosíntesis, aumentando la captación y asimilación de CO2, la transpiración y la eficiencia en el uso del agua, a la vez que disminuyó el estrés oxidativo.

En este estudio, observamos que la inoculación complementa la fertilización nitrogenada con excelentes resultados, pero no la reemplaza. Y cuando se aplica demasiado nitrógeno junto con estos microorganismos, su rendimiento se ve afectado, como si se tratara de una sobredosis —explica Galindo—. Se trata de un equilibrio en el que existe un rango ideal para la respuesta de la planta a los nutrientes y la coinoculación bacteriana. Los resultados indicaron que la dosis óptima de aplicación de nitrógeno podría reducirse de los 240 kg N/ha convencionales a 175 kg N/ha, lo que reduciría los costos y aumentaría la productividad del maíz en un 5,2 %. Además, la fórmula reduciría las emisiones de dióxido de carbono en 682,5 kg CO₂e/ha.

Según el investigador del campus Dracena, una reducción de aproximadamente el 25 % en la fertilización nitrogenada en los cultivos de maíz ahorraría a los productores aproximadamente R$130 por hectárea. "Si extrapolamos estos valores a un modelo hipotético considerando toda la superficie cultivada con maíz en Brasil, que actualmente ronda los 22 millones de hectáreas, hablamos de un ahorro de aproximadamente R$2,86 millones anuales", proyecta el profesor. "Esto es lo visible, lo que podemos medir. También existen problemas ambientales y climáticos que aún no podemos medir con precisión, pero que deben tenerse en cuenta".