Biorresiduos tratados como solución sostenible para la fertilización del suelo

El fósforo (P) es una materia prima crítica en Europa debido a que las reservas de roca de fosfato son finitas, agotadas y se encuentran en regiones geográficas que pueden limitar la accesibilidad. Recientemente, la guerra en Ucrania ha exacerbado la escasez de fósforo, debido a la disminución de la producción de fosfato de Rusia y las exportaciones limitadas debido a las sanciones, lo que ha provocado que los precios de los fertilizantes minerales de roca aumenten significativamente.

Como el fósforo es un elemento crítico y las reservas de roca de fosfato no son una solución sostenible a largo plazo, la investigación para maximizar la eficacia de alternativas, como los materiales de biorresiduos, es una prioridad. Los residuos de biomateriales, incluidos los lodos de depuradora (SS), las cenizas de lodos de depuradora (SAS), la fracción sólida del digestato de biogás (BGF) y la harina de carne y huesos (MBM) de la industria cárnica, podrían utilizarse potencialmente como fertilizantes fosfatados. Sin embargo, la solubilidad del fósforo y su liberación al suelo a partir de estas fuentes varía mucho y, a menudo, es menor que la de los fertilizantes minerales de fósforo derivados de la roca de fosfato.

La aplicación localizada de fertilizantes minerales fósforo (cerca de las semillas) es una estrategia que estimula el crecimiento de las plantas y las raíces al atraer la proliferación de las raíces al "punto caliente" rico en fósforo, proporcionando mayores cantidades de fósforo a la planta. En contraste con esto, estudios previos han demostrado que los biorresiduos pueden tener suficiente P soluble para atraer el crecimiento de las raíces al "punto caliente", pero no lo suficiente para satisfacer las necesidades de las plantas. Por lo tanto, en este estudio, se propusieron pretratamientos ácidos y alcalinos, con el objetivo de mejorar la solubilidad del P de los biorresiduos a niveles similares a los de los fertilizantes minerales, asegurando un suministro adecuado de P a la planta en las primeras etapas de crecimiento.

Este estudio investigó el tratamiento previo de diferentes fuentes de biorresiduos más sostenibles antes de su aplicación al suelo, para evaluar el impacto en la liberación de fósforo al suelo. Además, los investigadores observaron la cantidad de fósforo que era soluble en agua, ya que puede difundirse más en el suelo penetrando más allá de la zona del "punto caliente", beneficiando así el crecimiento general de las plantas al aumentar la disponibilidad de fósforo de una manera más distribuida. Esta investigación promueve la comprensión en campos tecnológicos hacia la creación de productos fertilizantes fosfatados viables a partir de residuos biológicos, reduciendo la dependencia de Europa de los fertilizantes de fosfato de roca.

Los investigadores utilizaron discos de suelo con bajo contenido de fósforo, extraídos de una parcela agrícola en Copenhague, Dinamarca. Estos discos de suelo se cubrieron con una malla de nailon y luego una capa de uno de cuatro biomateriales: lodos de depuradora, cenizas de lodos de depuradora, harina de carne y huesos y residuos sólidos de la materia prima de biogás. Antes de la aplicación, cada uno de los biomateriales se trató con ácido sulfúrico, hidróxido de sodio o hidróxido de calcio; estos dos últimos tratamientos químicos fueron alcalinos.

Luego, los discos se colocaron en un sistema de reacción para medir los efectos de los diferentes tratamientos sobre la dinámica del fósforo de las muestras de suelo. Se hicieron seis réplicas de cada uno de los tipos de tratamiento con discos, con tres discos incubados durante dos días y tres durante 12 días.

El experimento demostró que la acidificación aumentaba la solubilidad del fósforo de todos los biomateriales, mientras que la alcalinización de lodos y cenizas de lodos con hidróxido de sodio aumentaba la recuperación aparente de P del suelo (la cantidad de fósforo disponible presente en el suelo después de la aplicación de biomaterial). Los investigadores sugieren que se puede recuperar más fósforo del suelo después de la aplicación de biomaterial pretratado con hidróxido de sodio porque alcaliniza el suelo, reduciendo así su capacidad para unirse al fósforo.

Estos experimentos también examinaron las preocupaciones relativas a los contaminantes orgánicos cuando se aplican residuos de biomateriales (por ejemplo, lodos de depuradora) como fertilizante a los cultivos. Los investigadores descubrieron que los cambios de pH de los biomateriales pretratados tenían la ventaja adicional de reducir el crecimiento microbiano en esta capa cuando se aplicaban al suelo, lo que también se mostraba prometedor como tratamiento sanitario.

Los investigadores sugieren que la aplicación de biomateriales pretratados al suelo debería permitir una zona más grande rica en fósforo en el suelo, con más fósforo disponible para las plantas. Las investigaciones existentes han demostrado que la aplicación de harina de carne y huesos acidificada y digestato de biogás a los cultivos aumenta la eficiencia de los fertilizantes y la absorción de fósforo por las plantas. Sin embargo, los autores observaron que otros elementos, como el aluminio y el amonio, también se liberan en el suelo, lo que podría tener implicaciones tóxicas para las raíces cercanas al lugar donde se aplica el fertilizante.

Por lo tanto, se necesitan más estudios para evaluar los efectos sobre el crecimiento de las plantas y la absorción de fósforo en condiciones de campo, centrándose en la acidificación de todos los biomateriales, así como en la alcalinización con hidróxido de sodio para lodos de depuradora y cenizas de lodos de depuradora. Además, se requiere investigación sobre el impacto más amplio de estas prácticas en la salud del suelo, la biodiversidad del suelo y el medio ambiente.

El pensamiento de base biológica y los principios de la economía circular son fundamentales en una serie de políticas europeas, incluido el Plan de Acción de Economía Circular y la Directiva Marco de Residuos. La integración del uso sostenible y eficiente de los recursos naturales también es fundamental para los objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas .

Esta investigación contribuye al desarrollo de una tecnología innovadora de base biológica, en forma de un fertilizante fosfatado más utilizable a partir de residuos biológicos. Evitar que estos productos de biorresiduos terminen en vertederos y reducir la dependencia europea de fuentes finitas y costosas de fertilizantes minerales a base de fosfato de roca es una prioridad dentro de la Unión Europea y en todo el mundo.