Oxifertirrigación como solución a la falta de oxígeno en suelos

• El avance de los efectos negativos del cambio climático requerirá un ingente esfuerzo de los involucrados en las actividades que consumen recursos no renovables, para lograr prácticas más sostenibles.
• El agua es un insumo esencial para la agricultura, que consume entre el 70 % y el 80 % del agua dulce utilizada en todo el mundo. En España un 22,85 % de la superficie total cultivada utiliza regadío, y es responsable de un 65 % del total de la producción de cultivos vegetales.  
• Actualmente, uno de los desafíos más importantes para los productores agrícolas es lograr una producción de alimentos suficientes para suplir el incremento de la nueva demanda global para los próximos años, utilizando menos recursos hídricos. 
• La oxifertirrigación es una solución prometedora que aumenta el rendimiento de las cosechas y mejora la eficiencia energética, además de ser totalmente compatible con la producción ecológica.

La agricultura utiliza entre el 70 % y el 80 % del agua dulce que se consume en el mundo. El agua es un insumo esencial para la producción agrícola y desempeña un papel importante en la seguridad alimentaria. Sin embargo, el sector agroalimentario español busca optimizar el uso de los recursos hídricos ante una perspectiva de mayor escasez e impredecibilidad de agua en el futuro. 

El cambio climático requiere un ingente esfuerzo de todos los involucrados en las actividades que más consumen recursos no renovables, lo que requiere la adaptación de los cultivos de regadío a estas nuevas circunstancias.

El agua es un insumo esencial para la producción agrícola y juega un papel clave en la seguridad alimentaria. Según la FAO (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura), los cultivos de regadío, a escala mundial, representan el 20 % del total de la superficie agraria, aportando el 40 % de toda la producción de alimentos. 

Los cultivos de regadío, a escala mundial, representan el 20 % del total de la superficie agraria, aportando el 40 % de toda la producción de alimentos

En lo que se refiere al rendimiento, la producción en regadío es el doble de eficiente que la agricultura realizada en secano, además de permitir una mayor diversidad de cultivos y obtener mejor rendimiento.

Según los últimos datos disponibles de la Encuesta sobre Superficies y Rendimientos de Cultivos (ESYRCE) del MAPA (Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación), en el año 2021 se regaron en España 3.862.811 ha, lo que supone un 22,85 % de la superficie total cultivada. 

Mientras tanto, las producciones obtenidas del regadío supusieron un 65 % del total de la producción de cultivos vegetales, siendo esta metodología de producción fundamental para el sector agroalimentario español.

España es el primer país en superficie de regadío de la Unión Europea y el primer país a nivel mundial en superficie de riego localizado. 

El sector ha evidenciado una modernización intensiva desde el 2002, gracias fundamentalmente al 'Plan Nacional de Regadíos Horizonte 2008' (2002-2008) y el 'Plan de Choque' (2006-2007).

Este problema se verá agravado debido al crecimiento demográfico esperado para los próximos años, que según las proyecciones superará los 10.000 millones de habitantes para 2050. 

Acompañado de esto, la producción agrícola deberá aumentar aproximadamente un 70 % para garantizar la buena alimentación de estos futuros habitantes, lo que va a suponer un gran esfuerzo para las comunidades y gobiernos internacionales.

El desafío está en lograr producir alimentos suficientes para suplir esta nueva demanda, utilizando menos recursos hídricos, sin cargas la biodiversidad del planeta, y lo más importante, posibilitando un aumentando expresivo en el rendimiento de los cultivos.

En el futuro se deberá plantear la reasignación del uso del agua dulce entre el 25 % y el 40 % a otras actividades, ya que la agricultura representa el porcentaje más elevado, nuevas soluciones tienen que ser propuestas para que se pueda mantener, o quizás aumentar, los rendimientos de los cultivos agrícolas, disminuyendo el aporte de este recurso.

En el futuro se deberá plantear la reasignación del uso del agua dulce entre el 25 % y el 40 % a otras actividades

Los sistemas de riego y drenaje utilizados en la agricultura intensiva convencional son caros, difíciles de mantener y no optimizan el rendimiento del uso del agua, generando desperdicios y sin promover una buena gestión de este recurso, tan imprescindible para la agricultura.

La oxifertirrigación es una técnica que potencializa el riego y que tiene como finalidad mejorar los cultivos agrícolas mediante el suministro de algún elemento químico o aumentando la concentración de oxígeno en el agua de riego directamente en la zona radicular, es decir, en las raíces, o utilizando irrigación por goteo en los cultivos. Aunque esté más estudiada utilizando el goteo subterráneo. 

Esta metodología promueve una aireación optimizada de la zona radicular de los cultivos vegetales, permitiendo una mejor asimilación de oxígeno para la respiración de la planta, facilitando así la absorción de nutrientes disponibles en suelos o aquellos aportados por fertilizantes. 

Las raíces, cuando están oxigenadas, son capaces de absorber selectivamente los nutrientes esenciales según las fases de desarrollo. Adicionalmente, la falta de oxígeno reduce la permeabilidad de las raíces al agua, impidiendo la correcta absorción de minerales presentes en el suelo.

Además, esta técnica reduce los problemas de asfixia radicular, disminuyendo el nivel de mortalidad del cultivo, y su elevado potencial antimicrobiano ayuda a controlar diversos patógenos presentes en el suelo, aportando mayor resiliencia de las producciones agrícolas.

La falta de oxígeno disminuye la capacidad de la planta para realizar la fotosíntesis, por lo tanto, ralentiza las rutas metabólicas, afectando directamente en el crecimiento y el rendimiento de la cosecha.
La oxifertirrigación  merece especial destaque por ser una práctica totalmente compatible con la producción ecológica, además de la posibilidad de integrarse con técnicas que permiten la recirculación de agua y con técnicas de cultivos verticales, hidropónicos y acuicultura.

Para una buena aplicación de la técnica se requiere el conocimiento, experiencia y ensayos para conocer los factores críticos para los diferentes tipos de cultivos 

Es necesario identificar los factores más influyentes que inducen a la falta de oxígeno en el suelo, estado conocido como hipoxia. Para esto es impredecible conocer los periodos críticos para el suelo, ya que se ven afectados, por ejemplo, por la temperatura y otras condiciones ambientales.

La concentración de oxígeno disminuye considerablemente durante las horas más cálidas del día, lo que va a requerir un aporte adicional de riego durante este periodo para mantener la fotosíntesis. 

En condiciones cálidas hay una mayor demanda de oxígeno disuelto a nivel de la rizosfera, coincidiendo con una alta actividad metabólica y alta absorción de agua y minerales

En el momento en que la sostenibilidad y la eficiencia son fundamentales para mejorar las practicas agrícolas, abordar el problema de gestión de los recursos hídricos se ha vuelto uno de los importantes del sector agrícola.

Los esfuerzos de las inversiones en I+D+i han permitido desarrollar técnicas más eficaces y sostenibles en lo que se refiere a aumentar la solubilidad del oxígeno en el agua, por lo que existen diferentes métodos aparte de la oxigenación química. 

Algunas técnicas para aumentar la concentración y solubilidad del oxígeno en el agua de riego requieren aireación, agitación, añadir oxígeno gaseoso o promover reacciones que sinteticen oxígeno. De estas se puede destacar las siguientes:

• Oxigenación mecánica: se utiliza una bomba de aire y otros recursos para oxigenar directamente el agua en el tanque de almacenamiento. Al utilizar esta técnica de oxigenación se debe mantener la bomba continuamente en funcionamiento durante el proceso de riego.
• Oxigenación utilizando el efecto venturi: en el sistema de riego se instala un dispositivo venturi, a través del cual se mezcla el agua y el aire a alta presión, promoviendo la oxigenación del agua. Este dispositivo se suele utilizar en los sistemas de riego superficial por goteo. 
• Oxigenación química: la oxigenación se realiza añadiendo elementos químicos como el peróxido de oxígeno, el bicarbonato de sodio o el peróxido de calcio. Estos elementos reaccionan con el agua y liberan moléculas de oxígeno en la disolución. En los casos del bicarbonato de sodio y del peróxido de calcio también produce la liberación de carbonato de sodio y calcio, respectivamente. Estas técnicas tienen la ventaja de reaccionar rápidamente y de liberar una gran cantidad de oxígeno, lo que aumenta rápidamente la concentración de oxígeno disuelto en el agua, evitando la saturación.

Un factor importante en la oxigenación del agua es el tamaño de la burbuja de oxígeno disponible. La burbuja influye en la cantidad de oxigeno que se puede disolver y en la transferencia y solubilización de nutrientes absorbidos por las raíces.

Las nuevas investigaciones han demostrado que utilizar nanoburbujas que son capaces de almacenar hasta un 60 % del oxígeno disponible de forma eficiente optimiza el rendimiento de la cosecha.

En este sentido, equipos como el Nanoboost, desarrollado en Finlandia en un proyecto con financiación de la Unión Europea, fomentan el uso de estos métodos. La tecnología aumenta la concentración de oxígeno en el agua de riego, y lo más importante, de forma energéticamente eficiente, sostenible y fácilmente integrada a los equipos de riego convencionales.

El equipo Nanoboost recolecta el oxígeno necesario del aire circundante y genera nanoburbujas a nivel molecular en el agua utilizando un contactor gas-líquido

Se puede destacar que actualmente en el mercado están disponibles diversas opciones de equipos de oxigenación del agua de riego, lo que permite una fácil implementación por parte de los agricultores.

Esta técnica ha presentado resultados prometedores para el cultivo de cítricos, tomate, tubérculos, algodón, pepino, macadamia, fresa y lechuga, entre otros.

A continuación, se detallarán los resultado de la aplicación de la oxifertirrigación  para algunos cultivos.

Mandarina

Los investigadores del IMIDA (Instituto Murciano de Investigación y Desarrollo Agrario y Medioambiental) y del IVIA (Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias) analizaron los efectos de la oxifertirrigación  en mandarinas de la especie 'Ortanique'.

Presentaron los resultados del estudio llevado a cabo por los grupos investigación en el IX Congreso Ibérico y XVII Congreso Nacional de Ciencias Hortícolas, de los días 5 al 9 de junio de 2023 en Mérida.

La investigación tenía como objetivo estudiar la respuesta de la aplicación de la oxifertirrigación. En este caso, han elegido la oxigenación química, utilizando diferentes concentraciones de peróxido de hidrógeno en el agua de riego, durante cuatro años, para mejorar la disponibilidad de oxígeno a nivel radicular.

Como resultado se observó una tendencia de aumento de la producción del 13 %, ya que hubo un aumento en el número de frutos cosechados, concretamente en torno a un 18 %, en los cultivos que han recibido la oxifertirrigación .

Respecto a los parámetros químicos de calidad del fruto, en una de las campañas se produjo un aumento de la acidez en un 16 %, lo que redujo el índice de madurez (I.M.). 

Este resultado tiene potencial para el retraso de la cosecha, siendo de interés en variedades de recolección tardía, como es el caso de la mandarina ‘Ortanique’.

Como conclusión de la investigación, las posibles mejoras de la implementación de la oxifertirrigación  en el cultivo de mandarinas tienden a presentarse a largo plazo, por lo que tiene mucho potencial para nuevas aplicaciones.

Fresa

La Universidad de Huelva ha estudiado los efectos de la oxifertirrigación química utilizando peróxido de hidrógeno para el cultivo hidropónico de fresas de la variedad Camorosa en la comarca de Palos de la Frontera. 

Los cultivos se llevaron a cabo en tubos de PVC perforado y utilizando como sustrato la fibra de coco

El riego de alta frecuencia utilizado habitualmente en estos cultivos facilita la dosificación del oxígeno a través de la solución nutritiva que se ofrece a la planta, según la demanda respiratoria de las raíces.

La investigación ha concluido que al final de la campaña la aplicación de la oxifertirrigación incrementó el número de frutos cosechados, así como un mayor peso medio del fruto en relación con los que no recibieron el tratamiento.

Patata

Una investigación llevada a cabo en Egipto y en los Emiratos Árabes ha estudiado el papel del riego suplementado con peróxido de hidrógeno, a distintas concentraciones, para promover el crecimiento y el rendimiento de patata. 

Se aplicó la inyección de riego subterráneo en los cultivos de patata en el suelo franco-arcilloso compactado, típico de la región.

Los resultados indicaron que la oxigenación del agua de riego impulsó el crecimiento vegetativo y la productividad de la planta, especialmente para las concentraciones más altas de peróxido de hidrógeno. 

Se observó que la respiración de las raíces, la biomasa de las hojas, el contenido de clorofila y el estado osmótico de las hojas mejoraron en presencia de riego oxigenado, así como para el contenido de macroelementos (nitrógeno, fósforo, potasio y calcio), prolina y carbohidratos solubles de la hoja y la actividad de la enzima catalasa. 

El peso individual, el número y el rendimiento de la producción de patatas registraron valores mayores al responder positivamente al riego oxigenado de agua. Los resultados proporcionan nuevos conocimientos sobre la importancia del riego oxigenado en la mejora del rendimiento del cultivo de tubérculos sometidos a riego en suelos franco-arcillosos-.

Algodón

El algodón cultivado en Australia (Gossypium hirsutum L.) se cultiva predominantemente en suelos arcillosos, conocidos como Vertisoles. El cultivo a menudo experimenta episodios de baja concentración de oxígeno en la zona de las raíces, particularmente después de eventos de riego. 

En el riego por goteo subterráneo se puede provocar una mala difusión del oxígeno en el suelo, provocando hipoxia temporal y espacial. Como el algodón es sensible al encharcamiento, la exposición a esta condición puede resultar en una disminución significativa del rendimiento. 

Una investigación ha implementado el uso de agua con altas concentraciones de oxígeno para riego por goteo durante 7 campañas, para contrarrestar los efectos negativos de la mala aireación de este tipo de suelo. 

Para la oxigenación del agua de riego usaron un equipo de inyección de aire

El rendimiento y el índice de uso de agua promedio de la producción bruta del algodón excedieron al del control en un 10 % y un 7 %, respectivamente. 

Las mejoras en los rendimientos y la eficiencia en el uso del agua se pueden atribuir a un mayor desarrollo de las raíces y una mayor interceptación de la luz por parte de las copas de los cultivos, contribuyendo a un mejor rendimiento fisiológico de las plantas.

Si quieres saber más...

1.  Plataforma Tierra. https://www.plataformatierra.es/innovacion/gestion-circular-del-agua-en-el-sector-agroalimentario 
2. Plataforma Tierra. https://www.plataformatierra.es/innovacion/tipos-agricultura-sin-suelo/ 
3. Plataforma Tierra. https://www.plataformatierra.es/innovacion/anbagens-reutilizacion-agua-regenerada-cultivos 
4. Plataforma Tierra. https://www.plataformatierra.es/innovacion/analisis-suelo-agua-aplicacion-real-decreto-nutricion-sostenible-suelos-agrarios/

Bibliografía

1. Robles, J. M., et al. La oxifertirrigación en cítricos basada en la aplicación de peróxido de hidrógeno en el agua de riego. Respuesta agronómica. 2023. Comunicaciones SECH. 
2. Orihuela, D. L., et al. La oxifertirrigación y su efecto sobre algunos parámetros productivos en fresa (Fragaria x ananassa D.). 2012. Comunicaciones SECH. [Consultado 30-10-2023]. Disponible en: http://www.sech.info/ACTAS/Acta%20n%C2%BA%2059.%20X%20Jornadas%20del%20Grupo%20de%20Sustratos/Comunicaciones/La%20oxifertirrigaci%C3%B3n%20y%20su%20efecto%20sobre%20algunos%20par%C3%A1metros%20productivos%20en%20fresa%20(Fragaria%20x%20ananassa).pdf. 
3. Abd Elhady, Salama A., et al. Hydrogen peroxide supplementation in irrigation water alleviates drought stress and boosts growth and productivity of potato plants. 2021. Sustainability. [Consultado 30-10-2023]. Disponible en: https://www.mdpi.com/2071-1050/13/2/899. 
4. Pendergast, Lance, et al. Benefits of oxygation of subsurface drip-irrigation water for cotton in a Vertosol.2013. Crop and Pasture Science. [Consultado 30-10-2023]. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/360188564_Role_of_Oxygenation_in_Drip_Irrigation_on_Plant_Growth.