The nitrification inhibitor DMPP preferentially suppresses ammonia-oxidising bacteria and reduces nitric oxide emissions in an archaeal-dominated grassland soil

El suelo bajo nuestros pies es una bulliciosa fábrica de química invisible, que transforma constantemente los nutrientes que añadimos a nuestros campos en formas que las plantas pueden utilizar. Uno de los procesos más críticos que ocurren en este mundo subterráneo es la nitrificación, donde microbios específicos convierten el amonio, una forma común de fertilizante, en nitrato. Si bien esta transformación alimenta a los cultivos, también tiene un efecto secundario: libera gases al aire. Dos de estos gases son particularmente importantes. El óxido nitroso es un potente gas de efecto invernadero que atrapa el calor en la atmósfera, mientras que el óxido nítrico desempeña un papel importante en la formación de esmog y lluvia ácida, afectando la calidad del aire y la salud humana. Durante décadas, los científicos han sabido que dos tipos diferentes de vida microscópica —bacterias y arqueas— impulsan este proceso. En muchos suelos agrícolas modernos, las arqueas son mucho más numerosas, lo que ha llevado a los investigadores a asumir que ellas son los principales motores de las emisiones gaseosas. Sin embargo, el papel exacto de las bacterias, menos comunes, en la liberación de estos gases específicos ha seguido siendo un misterio, dejando a agricultores y científicos sin saber cómo detener estas emisiones sin perjudicar el crecimiento de los cultivos.

Para resolver este rompecabezas, un equipo de investigadores centró su atención en un suelo de pastizal en el Reino Unido donde las arqueas superan claramente en número a las bacterias. Establecieron un experimento controlado para observar qué sucedía cuando añadían urea, un fertilizante nitrogenado estándar, al suelo. Querían ver si las arqueas dominantes o las raras bacterias eran las responsables de la liberación de óxido nítrico y óxido nitroso. Para probar esto, introdujeron dos inhibidores químicos diferentes, sustancias diseñadas para ralentizar el proceso de nitrificación. Uno de estos inhibidores, un compuesto llamado DMPP, es conocido por ser particularmente eficaz para atacar a las bacterias. Al comparar el suelo tratado solo con fertilizante frente al suelo tratado con fertilizante más el inhibidor, el equipo pudo observar qué microbios estaban haciendo el trabajo pesado en cuanto a la producción de gases. Monitorearon el suelo continuamente durante veintiocho días, midiendo el flujo de gases que escapaban de la superficie y rastreando cómo cambiaban las poblaciones de estas comunidades microscópicas a lo largo del tiempo.

Los resultados revelaron un giro sorprendente en la historia de la química del suelo. A pesar de que las arqueas constituían aproximadamente dos tercios de la comunidad oxidante de amoníaco en el suelo, las bacterias fueron las responsables desproporcionadamente de la liberación de óxido nítrico. Cuando los investigadores aplicaron el inhibidor DMPP, este suprimió con éxito la población de bacterias mientras dejaba a las arqueas prácticamente intactas. Esta acción selectiva provocó una caída drástica en las emisiones de óxido nítrico, que descendieron hasta un setenta y cinco por ciento en ciertos puntos durante el experimento. El hecho de que detener las bacterias causara un descenso tan marcado en la producción de gas, a pesar de su pequeño número, sugiere que estos microbios raros son altamente eficientes en la producción de óxido nítrico. Parece que las bacterias actúan como una fuente potente y de alto rendimiento de este gas, mientras que las más numerosas arqueas contribuyen mucho menos a esta emisión específica.

La historia fue diferente para el óxido nitroso. Si bien el inhibidor DMPP redujo la liberación de este gas, el efecto fue mucho más modesto, con reducciones que variaron desde casi nada hasta un veintisiete por ciento. Esta diferencia resalta que los dos gases provienen de fuentes y vías distintas dentro del suelo. El óxido nítrico parece estar estrechamente vinculado a la actividad de las bacterias, por lo que, cuando las bacterias se ralentizan, el gas se detiene. El óxido nitroso, sin embargo, es producido por una variedad más amplia de procesos, incluyendo actividades de las arqueas y otros organismos del suelo que el inhibidor no detuvo. Debido a que el inhibidor solo apuntaba a un grupo específico, las otras vías continuaron liberando óxido nitroso, impidiendo un cierre total de las emisiones. Este hallazgo sugiere que gestionar un gas no resuelve automáticamente el problema del otro, ya que son impulsados por mecanismos biológicos diferentes.

El estudio también confirmó que el inhibidor DMPP era más eficaz y duradero que otro inhibidor común, la dicandiamida. El suelo tratado con DMPP retuvo más del nitrógeno del fertilizante en su forma de amonio durante un periodo más largo, lo cual es beneficioso para los cultivos porque significa que las plantas tienen más tiempo para absorber los nutrientes antes de que se pierdan en el aire o sean arrastrados. Esta mejora en la retención de nitrógeno, combinada con la reducción significativa de óxido nítrico, apunta a una clara ventaja para el uso de este inhibidor específico en la agricultura. La investigación demuestra que simplemente contar cuántos de cada microbio están presentes en el suelo no es suficiente para predecir qué gases serán liberados. En cambio, la actividad funcional de las bacterias menos comunes es el motor clave para las emisiones de óxido nítrico. Este conocimiento ofrece un nuevo objetivo para agricultores y científicos: al centrarse en la supresión de estas vías bacterianas específicas, puede ser posible reducir drásticamente la contaminación por óxido nítrico sin afectar necesariamente a los otros gases, lo que conducirá a un aire más limpio y a un uso más eficiente del fertilizante.