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Sistema de ayuda a la toma de decisión para optimizar el riego y el uso de fertilizantes

La gestión integral del agua y de los nutrientes es un desafío que debemos abordar si queremos avanzar hacia una sociedad avanzada y sostenible, donde el análisis y la gestión inteligente de los datos brindan la oportunidad de optimizar el aprovechamiento de los recursos, tanto hídricos como nutritivos. Por ello, el proyecto PHERTILIZER, 'Sistema circular para la recuperación y valorización agronómica del fósforo', impulsa el binomio EDAR-agricultura, mediante el desarrollo de un fertilizante con base de estruvita y una herramienta informática (Ferti-Asesor) de asesoramiento para el agricultor y ayuda a la toma de decisiones sobre fertilización, que promueve un uso eficiente de los recursos y optimiza el rendimiento de los cultivos.

Introducción

El principal reto para garantizar el riego adecuado de los cultivos en España se debe al hecho de que el crecimiento demográfico y el cambio climático están incrementando el estrés hídrico en Europa, especialmente en el arco mediterráneo. Las previsiones de la Agencia Europea de Medio Ambiente indican que las precipitaciones anuales en esta región disminuirán entre un 30 y un 40%, dependiendo el sector agrícola en gran medida de la disponibilidad del agua.

Estas predicciones, junto al desarrollo tecnológico de los últimos años, han propiciado la aparición de aplicaciones destinadas a optimizar el aprovechamiento de los recursos hídricos en agricultura, situando a España como líder europeo de la digitalización agraria, según el primer informe de AgroTech. Una de las aplicaciones más interesante es la optimización del riego localizado, que según la Encuesta sobre Superficies y Rendimientos de Cultivos en España (ESYRCE) representa el 53,73% de la superficie de regadío, y que se verá incrementado un 26,37% en los últimos diez años. Esto permitirá un mejor aprovechamiento de los recursos hídricos.

No obstante, la agricultura depende tanto de los recursos hídricos como del aporte de nutrientes a los cultivos. Concretamente, nutrientes como el fósforo son necesarios para optimizar el rendimiento de los cultivos y se aportan a través de fertilizantes minerales, enmiendas orgánicas o una combinación de ambos.

Si nos centramos en su situación, nos encontramos ante la siguiente paradoja: el fósforo es un nutriente esencial para la vida y en especial para la agricultura, sin embargo, su demanda depende tanto de las características del suelo, como del cultivo y el momento de la cosecha. De hecho, su uso intensivo durante las últimas décadas ha llevado a la contaminación de los suelos y las masas de agua.

Publicado en iAgua Magazine 40 - Julio 2022
iAgua Magazine 40

Además, y a pesar de su importancia, Europa no dispone de grandes reservas, provocando una situación de dependencia geopolítica frente a los países productores, como China, Marruecos, EE.UU. o Rusia. Por ello, el comercio de fertilizantes es un negocio que mueve anualmente billones de euros y tiene un impacto considerable en el precio de los alimentos.

Ante este escenario, la Comisión Europea, consciente de esta dependencia, incluyó en el año 2017 dentro de la lista de materias primas críticas, tanto los fosfatos como el fósforo. Asimismo, el Programa para el Medio Ambiente de la ONU alertaba en 2021 de que 'una mejor gestión mundial del fósforo brindará seguridad alimentaria y reducirá la contaminación'.

Cosecha de escarola tras la aplicación del nuevo fertilizante mediante la herramienta Ferti-Asesor.

El proyecto PHERTILIZER y la búsqueda de la sostenibilidad de nuestros recursos

Se ha diseñado una herramienta informática para ayudar al agricultor en la toma de decisiones sobre las estrategias de fertilización

En este contexto, el proyecto PHERTILIZER ha desarrollado un nuevo fertilizante con base de estruvita que permite valorizar el fósforo procedente de las aguas residuales. Este combina la estruvita, obtenida de la extracción del fósforo, con otros nutrientes esenciales para las plantas, produciendo de esta forma un abono complejo. Asimismo, para promover un uso eficiente de los fertilizantes y favorecer su posterior empleo a escala comercial, se ha diseñado una herramienta informática para ayudar al agricultor en la toma de decisiones sobre las estrategias de fertilización que permitan mantener u optimizar el rendimiento de sus cultivos, avanzando así hacia una agricultura sostenible y reduciendo la dependencia actual de suministro de fósforo.

Por ello, el desarrollo de este proyecto supone un salto tecnológico en los siguientes tres campos:

  • En el tratamiento de las aguas residuales, habiéndose desarrollado nuevas estrategias de explotación que permiten maximizar la recuperación de fósforo en forma de estruvita, un fertilizante de lenta liberación.
  • En el desarrollo de fertilizantes, mediante la síntesis de fertilizantes complejos con base de estruvita procedente de las aguas residuales, reduciendo la presión y la dependencia sobre los recursos naturales de fósforo.
  • En el campo de la agricultura 4.0 o agrotech, con el desarrollo de una herramienta informática virtual para la ayuda a la toma de decisiones online sobre estrategias de fertilización eficiente y riego por goteo. Todo ello permitirá acercar las nuevas tecnologías derivadas del desarrollo tecnológico al sector agrario, necesitado de aplicar los avances para optimizar sus rendimientos.

Desarrollo del proyecto

El estudio del proceso de recuperación de fósforo se llevó a cabo conjuntamente por DAM y la Universitat de València en la EDAR de Calahorra (La Rioja), donde se modificó la gestión de las corrientes con el fin de maximizar la recuperación de fósforo. La corriente con alta concentración en fósforo se envió a un reactor de cristalización, donde se obtuvo la estruvita.

Tras el estudio realizado por la Universidad de Navarra sobre las propiedades del producto obtenido, sus mecanismos de absorción y sus interacciones con el suelo, la empresa TimacAgro trabajó en el desarrollo de un nuevo fertilizante descrito anteriormente. Estos datos los utilizó HISPATEC para desarrollar el algoritmo de cálculo del sistema de control, Ferti-Asesor, que promueve una fertilización que cubra las necesidades de los cultivos de manera precisa, reduciendo al máximo las pérdidas que se puedan producir fuera del sistema agrario.

Finalmente, desde el CEBAS se coordinó la realización de los ensayos de aplicación agrícola con los nuevos fertilizantes y el algoritmo desarrollado, para confirmar los beneficios del proyecto en la agricultura.

La herramienta Ferti-Asesor

La herramienta Ferti-Asesor recopila una base de datos extraída del libro Guía práctica de la fertilización racional de los cultivos en España del Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino (2010), junto con los datos que lleva recogiendo HISPATEC desde el año 2015 en la región de Murcia, para predecir la dosis total de los macronutrientes (N, P, K+, Ca2+ y Mg2+) que debemos aportar al cultivo. Esta herramienta tiene en cuenta los nutrientes de reserva que hay en el suelo, los que se aportan mediante la aplicación de enmiendas orgánicas o inorgánicas para mejorar las propiedades del suelo, los que se proporcionan a través del riego localizado mediante fertirriego y los que se extraen o quedan inmovilizados en el cultivo.

PHERTILIZER ha desarrollado un nuevo fertilizante con base de estruvita que permite valorizar el fósforo procedente de las aguas residuales

Su objetivo: asegurar que los nutrientes estén disponibles para la planta durante su ciclo de desarrollo.

En el caso del nitrógeno, se ha tenido en cuenta la metodología del “Balance de Nitrógeno” descrita en el BORM, 2018 Ley 1/2018, de 7 de febrero, de medidas urgentes para garantizar la sostenibilidad ambiental en el entorno del Mar Menor, y para el resto de nutrientes se adapta esta metodología de balance de nutrientes.

Esta herramienta se desarrolla a dos niveles: su versión más básica permite predecir la dosis total de los macronutrientes que debemos aportar al cultivo, mientras que su versión avanzada, se integra con la herramienta Riego-Asesor de HISPATEC, permitiendo cubrir no solo las necesidades de los nutrientes arriba indicados, en el momento y cantidad que la planta los necesita, sino también la dosis de riego.

De hecho, el modelo de predicción de nivel avanzado se ha validado sobre un cultivo de escarola, comparando los resultados obtenidos mediante la aplicación de distintas estrategias de fertilización programada con Ferti-Asesor y el sistema de fertirriego, frente al programa de fertilización tradicional del agricultor.

Planta de recuperación de estruvita instalada en la EDAR de Calahorra (La Rioja).

Estos muestran que el programa de asesoramiento disminuye notablemente la cantidad de nutrientes empleados en el agua de riego, sin afectar al rendimiento del cultivo ni a la producción de peso fresco. También se ha observado como, mediante la aplicación del modelo de Ferti-Asesor, es posible disminuir la concentración de nitrógeno nítrico en la solución del suelo a quince centímetros de profundidad y, por tanto, el riesgo de lixiviación y contaminación de acuíferos.

Mediante la aplicación del modelo de Ferti-Asesor es posible disminuir la concentración de nitrógeno nítrico en la solución del suelo

En definitiva, los resultados del proyecto permiten concluir que la utilización de fertilizantes desarrollados a partir de materias primas secundarias, aplicados mediante algoritmos de control, ayudan a mantener el rendimiento de los cultivos ofreciendo una solución sostenible y respetuosa con el medioambiente, reduciendo a su vez, la sobreexplotación de los recursos naturales.

Finalmente, los autores agradecen el apoyo ofrecido al Programa Estatal de Investigación, Desarrollo e Innovación Orientada a los Retos de la Sociedad, en el marco del Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación por posibilitar el desarrollo del proyecto PHERTILIZER: Sistema circular para la recuperación y valorización agronómica del fósforo (RTC-2017- 6049-2) financiado por la Agencia Estatal de Investigación (AEI) y al Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). También agradecen la colaboración prestada por la Unidad Asociada del IVIA al CSIC y la facilidad por parte del Consorcio de Aguas y Residuos de La Rioja para desarrollar parte del proyecto en la EDAR de Calahorra.