La agricultura comienza cuando la energía emitida por el sol es capturada por las plantas (y algas), que la convierten en energía almacenada químicamente en la molécula de glucosa por la planta: a esto llamamos fotosíntesis. La agricultura se trata de concentrar esta energía en biomasa vegetal, la cual luego podemos cosechar y consumir, o […]
DIRECTOR TÉCNICO PEGASSUS WWW.PEGASSUS.CL
La agricultura comienza cuando la energía emitida por el sol es capturada por las plantas (y algas), que la convierten en energía almacenada químicamente en la molécula de glucosa por la planta: a esto llamamos fotosíntesis. La agricultura se trata de concentrar esta energía en biomasa vegetal, la cual luego podemos cosechar y consumir, o utilizar para diversos fines.
La fotosíntesis es una de las maravillas de la naturaleza. Sin embargo, las plantas pueden capturar sólo el 20% de toda la energía lumínica que reciben, y logran convertir hasta el 2% en biomasa vegetal, debido al gasto energético que requieren para su propia mantención. El maíz con 15 ton/ha de producción, y la papa con 40 ton/ha, no llegan a ocupar el 0,5% de la energía solar que capturan en el mismo periodo de tiempo.
La fotosíntesis comprende dos etapas: una fase lumínica, dependiente de la luz, y otra fase oscura, independiente de la luz. La fase lumínica (fosforilación) ocurre durante el día y se encarga de almacenar la energía en dos moléculas, el ATP (adenosin-trifosfato) y el NADPH (nicotinamida-adenina-dinucleotido-fosfato), que realizan el transporte e intercambio de energía. En esta fase se requiere agua y se libera oxígeno. En la fase oscura, llamada Ciclo de Calvin, se toma el carbono del CO2 para formar compuestos orgánicos, usando la energía en el ATP y el NADPH de la fase lumínica.
El resultado es la fabricación de glucosa, un azúcar simple, que luego puede usarse para obtener energía, a través de la respiración, y usarla para mantener viva la planta. La glucosa también es la base para la construcción de otras moléculas como la celulosa, el almidón, y si se combina con nitrógeno, aminoácidos, proteínas, enzimas, etc. Es decir, desde la glucosa se genera la cascada de reacciones que origina todas las moléculas de los seres vivos.
Volviendo a lo práctico, la idea es maximizar la fijación de carbono, con mayor producción de biomasa cosechable respecto de la biomasa total, mejorando la eficiencia de la fotosíntesis, lo que define el éxito o fracaso de la agricultura. Esta es una de las razones del desarrollo y selección de plantas que destinen la mayor proporción de sus fotosintatos a aquellas partes que se cosechan y son de beneficio directo para el agricultor. Sin embargo, por esto mismo, las plantas cada vez se han hecho menos eficientes fotosintéticamente, menos resilientes y, por lo tanto, más dependientes del agricultor y de la sobrecarga de insumos para llegar a los niveles productivos necesarios. Esto es de vital importancia para la agricultura regenerativa.
En la agricultura regenerativa sabemos que las plantas alcanzan su máximo productivo si están inmersas en un agroecosistema biodiverso y denso, donde la mayor intensidad fotosintética se da a través de maximizar la captura de energía lumínica por hectárea, cubriendo el espacio con el cultivo principal y con cultivos o vegetación acompañante, como los cultivos de cobertera, intercalados, asociados, etc. Sabemos que hay que capturar la mayor cantidad de energía posible por superficie para fijar la mayor cantidad de carbono posible, que luego se reparte a través del microbioma del suelo y rizosférico entre todas las plantas en una red colaborativa virtuosa.
Para esto el suelo debe tener las condiciones adecuadas en textura, estructura, porosidad, contenido de materia orgánica óptimo, pH, potencial rédox, conductividad eléctrica, disponibilidad de agua y que los nutrientes minerales estén presentes en las cantidades y equilibrios adecuados mínimos para cumplir sus funciones ecosistémicas.
Gran parte de la baja eficiencia fotosintética se explica porque la planta gasta gran parte en su mantenimiento, para defenderse de patógenos, superar el estrés abiótico (exceso de luz, falta de agua, salinidad, toxicidad, frío, calor, etc.), movilizar nutrientes en el suelo y el exceso de carga frutal. Esto nos deja en un delicado equilibrio entre el éxito y el fracaso, si no conocemos estos mecanismos para gestionarlos a nuestro favor.
Con esta información podemos decir que la producción agrícola se puede mejorar aumentando la fijación de carbono por superficie, y disminuir el gasto energético, mitigando los factores de estrés para la planta.
En este punto, es necesario presentar algunos datos agronómicos:
Para optimizar y maximizar la eficiencia de la fotosíntesis a niveles superiores al 50%, es necesario gestionar los siguientes factores:
1. Disponibilidad de nutrientes: en cantidad y equilibrio adecuado para facilitar la absorción. Por medio de correcciones al suelo, aplicaciones foliares o mediante microorganismos. He tenido casos en que el Fe está deficitario en suelo, pero en análisis foliar los niveles son altos. Un análisis de microbioma me reveló una alta población de bacterias solubilizadoras de Fe, como Pseudomona aeruginosa, Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, lo que hacía innecesario suplir con Fe.
Los nutrientes más activos sobre la fotosíntesis son:
A. Hierro: Absorbe la radiación solar en la hoja y causa mayor densidad de clorofila en la hoja. Participa en la circulación de la energía en la fotosíntesis: actúa como carrier de O2, y forma parte de la enzima Rubisco, que actúa en la fijación de CO2.
B. Magnesio: Integra la clorofila y activa la enzima Rubisco para la fijación de CO2, la fosforilasa, para el metabolismo de azúcares, la glutation sintetasa, para manejo de estrés, y la glutamina sintetasa para asimilar N. Es carrier de P en la planta. Participa en la síntesis y transporte de azúcares y almidón.
C. Manganeso: Cataliza la hidrólisis del agua acarreando los electrones que permitirán la fijación de CO2 y N. Participa en metabolismo de azúcares y en la biosíntesis de lignina, fenoles, flavonoides, fitoalexinas, ácidos grasos.
D. Fósforo: Forma parte del ATP regulando la intensidad de la fotosíntesis. Regula el transporte de azúcares y almidón en la planta y forma los ácidos nucleicos y las membranas celulares (fosfolípidos).
2. Materia orgánica: En cantidad adecuada promueve mayor biomasa radicular, un microbioma activo y abundante, la absorción de nutrientes y disminuye el gasto energético de la planta hasta un 60%. Promueve mayor producción de lípidos, menor requerimiento hídrico, disminuye la respiración celular. Favorece el desarrollo de microorganismos auxiliares (PGPR, PGPF) que asisten a la planta con antioxidantes (glicina-betaína, colina), mayor absorción de Fe y P (Azotobacter, Azospirillum) así como flavonoides y terpenos para el secuestro de radicales libres protegiendo la integridad y estabilidad de las membranas.
3. Temperatura: Las altas temperaturas detienen la fotosíntesis por inactivación de la Rubisco y activan la fotorrespiración y la proteólisis, liberando N en savia (atrayendo insectos). La menor solubilidad del CO2 provoca una baja concentración en la hoja deteniendo el proceso de fijación de C, y el cierre de estomas por estrés hídrico. La temperatura se puede regular con un control efectivo del riego evitando tanto excesos como falta de agua, que provocan una menor tasa de fotosíntesis. El uso de mulch orgánico o sintético (malla antimaleza, mulch fotomodulador, etc.) es muy útil para reducir la temperatura del ambiente, de la planta y la evaporación de agua del suelo.
4. Luz: El exceso de energía lumínica, sobre todo en el espectro azul de la luz, puede causar estrés oxidativo a los cloroplastos y detener la fotosíntesis, inhibiendo la fijación de carbono, lo que genera radicales libres (ROS) oxidativos, con daño a todos los tejidos de la planta. Normalmente, las plantas están expuestas a mucha más luz que la que necesitan, absorben el 83%, transmiten un 5% y reflejan un 12%. Del total absorbido, la clorofila absorbe un 4% en el espectro 450 (azul) y 680 (rojo) con la máxima eficiencia. Para su óptimo crecimiento, se necesita mantener una tasa alta y estable de fotosíntesis, reaccionando rápido a fluctuaciones de luz (ciclos de luz, nubosidad, sombreamiento por canopia, etc.), sobre todo si hay algún tipo de estrés.
Para mejorar el aprovechamiento de la luz, aumentar la tasa fotosintética y evitar la fotoinhibición el uso de mulch, carpetas vegetales verdes o secas en las entre hileras es notoriamente eficiente. Además, mejora la conductancia estomatal (mejor uso del agua y menor transpiración) y la concentración de CO2 intercelular. La reflectividad del mulch aumenta el albedo y refleja la luz en longitudes de onda menos intensas que pueden generar aumentos en fotosíntesis de 29% en mulch orgánico y 49% en mulch inorgánico (plástico o metalizado).
Finalmente, podemos medir la eficiencia fotosintética con varios métodos, por ejemplo, con el índice NDVI para los rangos de radiación fotosintéticamente activa (450 y 680 nm); con un fluorómetro, que permite medir varios parámetros: la concentración de clorofila, el estrés hídrico por los flavonoles, el estrés térmico por las antocianinas o estrés biótico (insectos, enfermedades) midiendo estilbenos.
En lo personal, yo uso la medición de ºBrix con un refractómetro de bolsillo, aunque puede ser difícil extraer la savia, pues refleja directa y fielmente la intensidad de la fotosíntesis. Después, tenemos que asegurarnos de que se produzca la proteosíntesis y la liposíntesis, para que los azucares simples no queden circulando en savia, llamando insectos y enfermedades.
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