Reproducimos el informe del Ing. Luciano Benavides , publicado en la serie HOJITAS DE CONOCIMIENTO que edita el Instituto de Energía y Desarrollo Sustentable (iEDS) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), a quienes agradecemos la gentileza por compartirlo.
El gran desafío de la producción agropecuaria es satisfacer la demanda de alimentos de una población mundial en aumento, ante superficies productivas y recursos en disminución. Las técnicas nucleares e isotópicas son herramientas que complementan y, muchas veces, brindan resultados más precisos o en menor tiempo, que las técnicas de análisis tradicionales. Permiten estudiar alternativas de prácticas agrícolas que aumenten la eficiencia de los recursos, protegiendo el suelo. Se utilizan en favor de la agricultura sustentable y son inocuas para el clima.
¿Por qué es tan importante conservar el suelo?
El suelo es un sistema vivo. Es el principal recurso para la producción de alimentos, proporciona el medio para que crezcan plantas, microorganismos, insectos, lombrices y mamíferos, que interactúan constantemente entre sí. Los procesos físicoquímicos y biológicos resultantes de estas interacciones, la acción del hombre a través de la agricultura y los eventos climáticos, modifican la disponibilidad del agua almacenada y de los nutrientes del suelo. Las plantas, mediante la fotosíntesis y la transpiración, incorporan el dióxido de carbono del aire a sus células, para formar compuestos de mayor complejidad, que son necesarios para su crecimiento. Pero para que esto suceda también necesitan nutrientes y agua.
Uno de los principales nutrientes para las plantas es el nitrógeno (N); el 78 % de la atmósfera es N; y en el suelo su fuente principal es la materia orgánica. El N del suelo es transportado por el agua e ingresa a la planta a través de la raíz. Las plantas pueden competir por el N con los microorganismos, haciendo que el estudio de este nutriente en el suelo sea dificultoso. En la División Aplicaciones Agronómicas de CNEA estudiamos los efectos de las prácticas agrícolas de conservación de suelos, de fertilización y nutrición mineral, y uso del agua, en el marco de la producción agrícola sustentable. Contamos con experiencia en el empleo de isótopos estables de nitrógeno, oxígeno e hidrógeno. También empleamos ciertos radioisótopos y fuentes radiactivas que emiten neutrones, en equipos como sondas de neutrones de profundidad.
¿Cómo se emplean los isótopos?
En la naturaleza pueden existir diferentes isótopos de un mismo elemento, y por lo general, el isótopo más liviano es el que más abunda. En el caso del N, este posee dos isótopos estables; en el aire que respiramos hay 99,6337 % de 14N (liviano) y 0,3663 % de 15N (pesado). Un equipo llamado espectrómetro de masas permite evaluar cómo varía la relación isotópica del N (cantidad relativa entre el isótopo liviano y el pesado), lo que posibilita seguir con precisión el camino del elemento (en este caso N) en un medio (suelo, agua, aire o tejidos vivos). También se pueden usar radioisótopos y rastrear la radiactividad (energía que emiten) en el medio a estudiar (planta). Por otro lado, se puede evaluar cómo varía la energía y la velocidad de una determinada partícula (neutrones) por la interacción de estos, con un medio (agua).
Algunos ejemplos de aplicación
Para realizar los estudios de nutrientes y del agua del suelo, primero se toman muestras a diferentes profundidades y luego se envían a los laboratorios. (Fig. 1)
Fertilizantes: Empleando fertilizantes enriquecidos con 15N podemos evaluar distintos tipos de fertilizantes nitrogenados, dosis y momentos de aplicación, para prevenir posibles fuentes de contaminación de aguas o la producción de algunos gases de efecto invernadero. (Fig. 2)
Nutrientes en el sistema: Estudiando la variación en la relación isotópica del N se pueden estimar los aportes y pérdidas de N que ocurren en el sistema suelo-planta-atmósfera, debido a procesos naturales derivados de la acción de los microorganismos del suelo, como la fijación biológica del N, o de las prácticas agrícolas que realiza el hombre. Estas determinaciones ayudan en la toma de decisiones de fertilización, estrategias de manejo y tipos de cultivos a sembrar, entre otros, con el fin de lograr rendimientos aceptables. (Fig. 3)
Agua: Equipos denominados sondas de neutrones permiten determinar de manera inmediata el contenido hídrico de los suelos, a distintas profundidades. Esto es de gran utilidad en producción o estudios de aplicación de riego, porque ayudan a evaluar estrategias para que el suelo acumule agua, y también estimar un indicador denominado eficiencia de uso de agua (EUA) de un cultivo. Los isótopos estables del oxígeno e hidrógeno permiten determinar el consumo de agua de una planta, pudiendo discriminar entre el agua que se evapora desde el suelo (considerada perdida) y la que transpira la planta (considerada proporcional a la producción de su propia biomasa). Con esta metodología podemos estimar de manera más precisa la EUA y ajustar las prácticas de manejo. (Fig. 4)
