2.3 Tierra cultivable y nutrientes

2.3.1 Predicciones

A pesar de que es necesario producir más alimentos, las tierras utilizables para las prácticas agrícolas se limitan intrínsecamente a aproximadamente el 20 al 30% de la superficie terrestre del mundo. La disponibilidad de tierras agrícolas está disminuyendo y hay escasez de tierras adecuadas donde más se necesitan, es decir, en particular cerca de los centros de población. La degradación del suelo es uno de los principales factores que contribuyen a esta disminución y por lo general puede clasificarse de dos maneras: desplazamiento (erosión del viento y del agua) y deterioro químico interno del suelo y físico (pérdida de nutrientes y/o materia orgánica, salinización, acidificación, contaminación, compactación y anegamiento). Estimar la degradación total del suelo natural e inducida por el hombre en todo el mundo está plagado de dificultades dada la variabilidad en las definiciones, la gravedad, el calendario, la categorización del suelo, etc. Sin embargo, en general se acepta que sus consecuencias han dado lugar a la pérdida de la producción primaria neta en grandes superficies (Esch et al. 2017), restringiendo así el aumento de las tierras cultivables y cultivadas permanentemente al 13% en las cuatro décadas desde principios de la década de 1960 hasta finales de la década de 1990 (Bruinsma 2003). Lo que es más importante en relación con el crecimiento demográfico durante ese período, las tierras cultivables per cápita disminuyeron aproximadamente un 40% (Conforti 2011). El término «tierra cultivable» implica la disponibilidad de nutrientes adecuados para apoyar la producción de cultivos. Para contrarrestar el agotamiento de nutrientes, el consumo mundial de fertilizantes ha aumentado de 90 kg/ha en 2002 a 135 kg en 2013 (Pocketbook 2015). Sin embargo, el aumento del uso de fertilizantes a menudo da lugar a excesos de nitratos y fosfatos que terminan en ecosistemas acuáticos (Bennett et al. 2001), causando floraciones de algas y eutrofización cuando la biomasa de algas en descomposición consume oxígeno y limita la biodiversidad de la vida acuática. Los cambios ambientales inducidos por el nitrato y el fosfato en gran escala son particularmente evidentes en las cuencas hidrográficas y las zonas costeras.

El nitrógeno, el potasio y el fósforo son los tres principales nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas. Aunque la demanda de fertilizantes fósforo sigue creciendo exponencialmente, las reservas de fosfato de roca son limitadas y las estimaciones sugieren que se agotarán en un plazo de 50 a 100 años (Cordell et al. 2011; Steen 1998; Van Vuuren et al. 2010). Además, se espera que el aporte antropogénico de nitrógeno impulse a los ecosistemas terrestres hacia mayores limitaciones de fósforo, aunque es fundamental comprender mejor los procesos (Deng et al. 2017; Goll et al. 2012; Zhu et al. 2016). En la actualidad, no hay sustitutos del fósforo en la agricultura, lo que limita la productividad agrícola futura que depende de la aportación clave de fertilizantes de fosfato extraído (Sverdrup y Ragnarsdottir 2011). La ‘paradoja’, en otras palabras, un exceso de P que perjudica la calidad del agua, junto con su escasez como recurso no renovable, significa que debe haber aumentos sustanciales en el reciclaje y la eficiencia de su uso (Leinweber et al. 2018).

Las prácticas agrícolas intensivas modernas, como la frecuencia y el tiempo de labranza o labranza cero, la aplicación de herbicidas y plaguicidas, y la adición infrecuente de materia orgánica que contiene micronutrientes, pueden alterar la estructura del suelo y su biodiversidad microbiana de tal manera que la adición de fertilizantes ya no aumenta la productividad por hectárea. Dado que los cambios en el uso de la tierra han dado lugar a pérdidas de carbono orgánico del suelo estimado en alrededor del 8%, y las pérdidas proyectadas entre 2010 y 2050 son 3,5 veces superiores a la cifra, se supone que la capacidad de retención de agua del suelo y las pérdidas de nutrientes continuarán, especialmente en vista del calentamiento global (Esch et al. 2017) . Obviamente hay compensaciones entre satisfacer las necesidades humanas y no comprometer la capacidad de la biosfera para sustentar la vida (Foley et al. 2005). Sin embargo, al modelar los límites planetarios en relación con las prácticas actuales de uso del suelo, es evidente que es necesario mejorar el ciclo N y P, principalmente reduciendo las emisiones de nitrógeno y fósforo y la escorrentía de las tierras agrícolas, pero también mediante una mejor captura y reutilización (Conijn et al. 2018).

2.3.2 Acuapónica y Nutrientes

Uno de los principales beneficios de la acuapónica es que permite el reciclaje de recursos nutritivos. La aportación de nutrientes en el componente de pescado proviene de los piensos, cuya composición depende de la especie objetivo, pero los piensos en la acuicultura suelen constituir una parte significativa de los costos de insumos y pueden ser más de la mitad del costo total anual de producción. En ciertos diseños acuapónicos, la biomasa bacteriana también puede aprovecharse como alimento, por ejemplo, donde la producción de biofloc hace que los sistemas acuapónicos sean cada vez más autónomos (Pinho et al. 2017).

Las aguas residuales de los corrales de jaula abierta o canales de rodadura a menudo se descargan en cuerpos de agua, donde resulta en contaminación de nutrientes y posterior eutrofización. Por el contrario, los sistemas acuapónicos toman los nutrientes disueltos de los piensos y las heces de peces no consumidos, y utilizando microbios que pueden descomponer la materia orgánica, convertir el nitrógeno y el fósforo en formas biodisponibles para su uso por las plantas de la unidad hidropónica. Con el fin de lograr niveles de producción de plantas económicamente aceptables, la presencia de conjuntos microbianos adecuados reduce la necesidad de agregar gran parte de los nutrientes suplementarios que se utilizan rutinariamente en unidades hidropónicas independientes. Por lo tanto, la acuapónica es un sistema de descarga casi nula que ofrece no sólo beneficios económicos tanto de los flujos de producción de peces como de plantas, sino también reducciones significativas en los vertidos nocivos para el medio ambiente de los sitios de acuicultura. También elimina el problema de la escorrentía rica en N y P de los fertilizantes utilizados en la agricultura basada en el suelo. En los sistemas acuapónicos desacoplados, los biorreactores aeróbicos o anaeróbicos también pueden utilizarse para tratar lodos y recuperar macro- y micronutrientes significativos en formas biodisponibles para su posterior uso en la producción hidropónica (Goddek et al. 2018) (véase [cap. 8](/comunidad/artículos/capter-8-sistemas aquapónicos desacoplados)). Nuevos y emocionantes desarrollos como estos, muchos de los cuales ahora se están realizando para la producción comercial, continúan perfeccionando el concepto de economía circular permitiendo cada vez más la recuperación de nutrientes.