Comparative Effectiveness of Zeolite- and Biochar-Coated Urea Formulations with Nitrogen Dose Optimization for Enhanced Wheat Productivity and Nitrogen Use Efficiency

Resumen Técnico: Efectividad Comparativa de las Formulaciones de Urea Recubiertas con Zeolita y Biochar

Planteamiento del Problema
La aplicación convencional de urea en los sistemas de trigo (Triticum aestivum L.) sufre de una baja eficiencia en el uso del nitrógeno (NUE), con tasas de recuperación que a menudo caen por debajo del 50%. Esta ineficiencia surge de un desajuste temporal entre la rápida liberación de nitrógeno de la urea convencional y los patrones de absorción más lentos del cultivo. En consecuencia, una cantidad significativa de nitrógeno se pierde a través de la volatilización del amoníaco (particularmente en suelos alcalinos), la lixiviación de nitratos y la desnitrificación en óxido nitroso (un potente gas de efecto invernadero). Si bien existen fertilizantes de liberación controlada (CRF) basados en polímeros sintéticos para abordar esto, presentan inconvenientes que incluyen altos costos, dependencia de materias primas de combustibles fósiles, tasas de liberación inconsistentes en diversas condiciones del suelo y preocupaciones ambientales relacionadas con la acumulación de microplásticos. Existe una necesidad crítica de evaluar materiales de recubrimiento naturales, biodegradables y disponibles localmente que puedan sincronizar la liberación de nitrógeno con la demanda del cultivo permitiendo, al mismo tiempo, la reducción de las tasas de aplicación sin penalizaciones en el rendimiento.

Metodología
El estudio empleó un experimento en macetas realizado bajo condiciones controladas de invernadero en la Universidad de Sargodha, Pakistán, utilizando un diseño completamente aleatorizado (CRD) con un arreglo factorial.

• Unidades Experimentales: 36 macetas que contenían 10 kg de suelo franco-arcilloso (pH 7.8, bajo contenido de materia orgánica).
• Tratamientos:
  • Factor A (Tipo de Fertilizante): Se probaron cuatro formulaciones: Urea Convencional (CU), Urea Recubierta con Neem (NCU), Urea Recubierta con Biochar (BCU) y Urea Recubierta con Zeolita (ZBCU).
    • NCU: Recubierta con un 3% de aceite de neem (inhibidor de la ureasa).
    • BCU: Urea recubierta con biochar derivado de paja de trigo pirolizada a 450 °C, mezclada con una suspensión de almidón (relación 1:4).
    • ZBCU: Urea recubierta con zeolita clinoptilolita saturada con amonio utilizando goma arábiga como aglutinante (20% de peso del recubrimiento).
  • Factor B (Dosis de Nitrógeno): Se probaron tres tasas de aplicación: 100%, 75% y 50% de la dosis recomendada (800 mg N pot⁻¹, equivalente a ~240 kg N ha⁻¹).
• Manejo del Cultivo: Las semillas de trigo se sembraron con una dosis basal de fósforo. El riego se mantuvo al 70% de la capacidad de campo.
• Recolección de Datos: Los parámetros incluyeron métricas de crecimiento (longitud del tallo, índice de área foliar, número de tallos, contenido de clorofila), componentes de rendimiento (granos por espiga, peso de 100 granos, biomasa) e índice de cosecha. La Eficiencia del Uso del Nitrógeno se evaluó mediante la Productividad del Factor Parcial del Nitrógeno (PFPN).
• Análisis Estadístico: Los datos se analizaron mediante ANOVA de dos vías, separando las medias de los tratamientos mediante la Prueba de Rango Múltiple de Duncan (DMRT) con p ≤ 0.05.

Resultos Clave
El estudio encontró que todas las formulaciones de urea recubiertas mejoraron significativamente (p < 0.001) los parámetros de crecimiento, los rasgos fisiológicos y los componentes de rendimiento en comparación con la urea convencional (CU).

• Desempeño de las Formulaciones Recubiertas: La urea recubierta con zeolita (ZBCU) produjo consistentemente los valores más altos para la mayoría de los parámetros medidos. Bajo la aplicación del 100% de N, la ZBCU produjo la longitud máxima del tallo (64 cm), el peso fresco máximo (62 g pot⁻¹), el peso seco máximo (23.2 g pot⁻¹) y el peso de 100 granos máximo (6.25 g).
• Optimización de la Dosis y Equivalencia de Rendimiento: Un hallazgo crítico fue que la aplicación de ZBCU o BCU al 75% de la dosis recomendada de nitrógeno produjo rendimientos de grano estadísticamente idénticos a los logrados con la urea convencional al 100% de la dosis recomendada. Esto indica que se puede ahorrar un 25% de la aplicación de nitrógeno sin comprometer el rendimiento.
• Rasgos Fisiológicos: Bajo el tratamiento BCU, el contenido de clorofila (valor SPAD) fue el más alto (52.4), seguido de la CU (46.8).
• Eficiencia del Uso del Nitrógeno: La Productividad del Factor Parcial del Nitrógeno (PFPN) para las formulaciones recubiertas fue entre un 18% y un 27% mayor que la de la urea convencional, con los valores más altos registrados en las tasas de aplicación de nitrógeno más bajas (50% y 75%), lo que sugiere una mayor eficiencia cuando el suministro de nitrógeno es restringido pero controlado.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que el uso de zeolita y biochar como materiales de recubrimiento naturales para la urea ofrece una estrategia viable para mejorar la productividad del trigo y la eficiencia del uso del nitrógeno en sistemas de producción semiáridos. Específicamente, el estudio afirma que:

1. Los recubrimientos naturales (zeolita y biochar) superan a la urea convencional y a la urea recubierta con neem en la sincronización de la liberación de nitrógeno con la demanda del cultivo.
2. Es posible reducir la aplicación de nitrógeno en un 25% (utilizando el 75% de la dosis recomendada) al utilizar ZBCU o BCU, sin incurrir en una penalización del rendimiento.
3. Este enfoque proporciona una estrategia de gestión de nitrógeno económicamente sostenible y ambientalmente responsable que mitiga los riesgos asociados con los recubrimientos de polímeros sintéticos y la aplicación excesiva de nitrógeno.

Los autores concluyen que estos hallazgos respaldan la adopción de dosis de nitrógeno del 75% de la recomendada en forma de ZBCU o BCU para sistemas de trigo semiáridos con el fin de optimizar tanto los retornos económicos como la sostenibilidad ambiental.