Eficiencia en el uso de nutrientes y rendimiento
¿Puede el riego oxigenado ayudar a los cultivos a aprovechar más el fertilizante que reciben?
En esta página
- Puntos clave
- Resultados de rendimiento y calidad por cultivo
- Las nanoburbujas podrían transportar iones nutritivos hasta la superficie de la raíz
- El oxígeno mantiene en marcha las bombas de nutrientes de la raíz
- Los genes de absorción de nutrientes se activaron más en el arroz
- La germinación dependió del gas
- Las especies reactivas de oxígeno actúan dentro de una ventana
- Qué significa en la práctica
- Límites y preguntas abiertas
- Preguntas
- Referencias
Resultados de rendimiento y calidad por cultivo
Los resultados más sólidos de esta lección son aumentos de rendimiento y calidad medidos frente a controles sin airear o con riego convencional. Provienen de cultivos, sistemas y gases distintos, por lo que cada uno se presenta con sus condiciones.
Arroz: rendimiento y fertilizante
Experimentos de campo con arroz encontraron que el riego con nanoburbujas aumentó el rendimiento alrededor de un 8 % Wang et al., 2021. El mismo trabajo informó que el tratamiento con nanoburbujas mantuvo un rendimiento igual al del control con fertilización completa aun con un 25 % menos de fertilizante, un resultado que apunta a una mejor eficiencia en el uso de nutrientes (EUN).
Tomate: rendimiento y calidad del fruto
En ensayos de invernadero, la oxigenación del agua con micro-nanoburbujas (MNBWO) aumentó el rendimiento del tomate entre un 16,9 % y un 19,66 % en comparación con controles sin airear Liu et al., 2019; Chen et al., 2023. También mejoró la calidad del fruto: el contenido de vitamina C subió entre un 17,7 % y un 26,5 %, y el de azúcares solubles entre un 20,7 % y un 39,2 %. Los rangos abarcan ambos estudios.
Cultivos de hoja: biomasa
En ensayos de goteo subterráneo con aguas residuales tratadas, la aireación con nanoburbujas de oxígeno aumentó un 52 % la biomasa seca aérea de la lechuga en comparación con el riego subterráneo de control Baram et al., 2021. En otro estudio, las nanoburbujas de aire aumentaron un 34,5 % el peso fresco aéreo de Brassica campestris, una brásica de hoja Ebina et al., 2013.
El crecimiento radicular puede contribuir. Se ha observado que el tratamiento con nanoburbujas aumenta la densidad de longitud radicular total en tomate de invernadero, lo que amplía la capacidad del sistema radicular para absorber agua y nutrientes del Moral Torres et al., 2024.
Las nanoburbujas podrían transportar iones nutritivos hasta la superficie de la raíz
Uno de los mecanismos propuestos es electrostático. Las nanoburbujas suspendidas en agua suelen tener una carga superficial negativa, que se mide como , y una gran superficie en relación con su volumen. La interfaz gas–líquido con carga negativa atrae iones nutritivos con carga positiva (cationes), como el amonio (NH₄⁺), el potasio (K⁺), el calcio (Ca²⁺) y el magnesio (Mg²⁺), de modo que las burbujas podrían actuar como portadoras que llevan esos iones hasta la superficie de la raíz y aumentan su disponibilidad Arablousabet & Povilaitis, 2024; Wang et al., 2021.
El gas importa. Ahmed et al. informaron un potencial zeta negativo de mayor magnitud en las nanoburbujas de nitrógeno que en las de aire, y lo atribuyeron a diferencias en la energía de ionización Ahmed et al., 2018. Una carga mayor permitiría a las nanoburbujas de nitrógeno retener más cationes, lo que podría ayudar a explicar por qué en ese trabajo solían favorecer el crecimiento vegetativo más que otros gases.
Esta función de portador es un mecanismo propuesto. La lección no cita ninguna medición de iones efectivamente llevados a las raíces por las burbujas.
El oxígeno mantiene en marcha las bombas de nutrientes de la raíz
Las raíces absorben nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) en parte por transporte activo, que requiere energía en forma de adenosín trifosfato (ATP). El suministro de oxígeno determina en gran medida cuánto ATP pueden producir las raíces.
En suelos pesados o encharcados, la frena la respiración aeróbica y empuja a las raíces hacia el metabolismo anaeróbico, que rinde mucho menos ATP. Se propone que mantener alto el oxígeno disuelto () con nanoburbujas de oxígeno sostiene la respiración aeróbica a través del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo TCA), que aporta el ATP que necesitan las bombas iónicas y las proteínas de transporte Zheng et al., 2025; Ahmed et al., 2018.
Los genes de absorción de nutrientes se activaron más en el arroz
Estudios de laboratorio en plántulas de arroz encontraron que el tratamiento con nanoburbujas aumentó la expresión de genes de absorción de nutrientes, entre ellos OsBT (absorción de nitrato), PiT-1 (transporte de fosfato) y SKOR (transporte de potasio) Wang et al., 2021. Esto es coherente con una contribución genética a la mayor EUN medida en el mismo trabajo, aunque la expresión génica en plántulas no muestra por sí sola cuánto más fertilizante absorbe un cultivo de campo.
La germinación dependió del gas
El efecto de las nanoburbujas sobre la germinación varió según el gas utilizado. En una comparación con lechuga, zanahoria y haba, las nanoburbujas de nitrógeno dieron la estimulación más constante Ahmed et al., 2018. La germinación de la lechuga llegó al 100 % con nanoburbujas de nitrógeno, frente al 85 % con oxígeno, el 82 % con aire y el 80 % con agua corriente.
Las nanoburbujas de aire generadas con campos eléctricos elevaron la germinación de la lechuga de alrededor del 20 % en el control al 96 % en solo dos días Jannesari et al., 2024. La baja germinación del control hace que la ganancia relativa sea grande.
Las semillas de cebada sumergidas en agua con nanoburbujas alcanzaron un 58 % de germinación a las 17 horas, el doble del 28 % medido en agua destilada Liu et al., 2015.
Las especies reactivas de oxígeno actúan dentro de una ventana
La explicación propuesta para la germinación más rápida es una "ventana oxidativa". Liu et al. encontraron que las nanoburbujas producen niveles bajos de especies reactivas de oxígeno (), entre ellas radicales hidroxilo (•OH) y aniones superóxido (O₂•−) Liu et al., 2015. Dentro de cierto rango, actúan como moléculas señal que aflojan las paredes celulares y permiten el alargamiento celular, ambos necesarios para germinar.
El exceso de ERO inhibe la germinación. Las nanoburbujas de oxígeno produjeron la mayor cantidad de ERO, que superó la tolerancia de semillas sensibles como la zanahoria, por lo que allí no dieron una estimulación significativa. Las nanoburbujas de nitrógeno y de aire produjeron niveles moderados de ERO, que se mantuvieron dentro de la ventana que estimuló la germinación Ahmed et al., 2018; Liu et al., 2016.
Qué significa en la práctica
Estos resultados provienen de situaciones en las que el suministro de oxígeno o de nutrientes limitaba el crecimiento: suelos saturados o pesados, goteo subterráneo, tomate de invernadero y ensayos de germinación. Un establecimiento que ensaye el riego con nanoburbujas para el uso de nutrientes debe mantener idénticos el programa de fertilización, el calendario de riego y el tratamiento del agua entre las zonas tratadas y las de control.
Qué medir: el OD en mg/L en el emisor; los niveles de nutrientes en tejido o savia a lo largo de la temporada; el rendimiento por unidad de fertilizante aplicado; y medidas de calidad como la vitamina C o los azúcares solubles cuando importan para el mercado. En germinación, cuente las semillas germinadas en tiempos fijos frente a un control con agua corriente.
Una comparación con fertilización reducida, como la de los experimentos de campo con arroz, necesita un control con dosis completa en paralelo y una temporada completa antes de cualquier cambio en el plan de fertilización. El oxígeno favorece la capacidad de las raíces para absorber nutrientes; no los aporta ni reemplaza el programa de fertilización.
Límites y preguntas abiertas
- El resultado de fertilizante en arroz proviene de un solo trabajo sobre un solo cultivo. No es una regla general para otros cultivos o suelos.
- El mecanismo electrostático de portador y la explicación del ATP son propuestas; la lección no cita ninguna medición directa de ninguno de los dos en la superficie de la raíz.
- La expresión génica se midió en plántulas de arroz en laboratorio, no en cultivos de campo.
- Los resultados de germinación son ensayos con semillas. No predicen el rendimiento en campo, y el resultado con campos eléctricos partió de un control que germinó alrededor del 20 %.
- El mejor gas dependió de la especie: las nanoburbujas de oxígeno produjeron suficientes ERO como para superar la tolerancia de la semilla de zanahoria.
- Los rangos de rendimiento y calidad del tomate combinan dos estudios de invernadero con sus propias condiciones.
Preguntas
¿Puede el riego con nanoburbujas reemplazar parte de mi fertilizante?
Un conjunto de experimentos de campo con arroz igualó el rendimiento con fertilización completa usando un 25 % menos de fertilizante. Es un cultivo y un trabajo, no una regla general. Toda reducción debe ensayarse frente a un control con dosis completa durante una temporada. Las nanoburbujas pueden favorecer la absorción; no aportan nutrientes.
¿Qué gas funcionó mejor para la germinación?
En lechuga, las nanoburbujas de nitrógeno dieron un 100 % de germinación, frente al 85 % con oxígeno, el 82 % con aire y el 80 % con agua corriente. Las de oxígeno produjeron más especies reactivas de oxígeno, que superaron la tolerancia de la zanahoria. El mejor gas dependió de la especie; ensaye el cultivo que produce.
¿Cómo ayudaría el oxígeno a la absorción de nutrientes?
Las raíces absorben nitrógeno, fósforo y potasio en parte por transporte activo, que usa energía (ATP) de la respiración aeróbica. Cuando les falta oxígeno, pasan al metabolismo anaeróbico y producen mucho menos ATP. Se propone que una zona radicular oxigenada mantiene en marcha esos sistemas de transporte.
Referencias
- Wang, Y., Wang, S., Sun, J., et al. (2021). Nanobubbles promote nutrient utilization and plant growth in rice by upregulating nutrient uptake genes and stimulating growth hormone production. Science of The Total Environment, 800, 149627. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149627 ↩
- Liu, Y., Zhou, Y., Wang, T., et al. (2019). Micro-nano bubble water oxygation: Synergistically improving irrigation water use efficiency, crop yield and quality. Journal of Cleaner Production, 222, 835-843. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.02.208 ↩
- Chen, W., Bastida, F., Liu, Y., et al. (2023). Nanobubble oxygenated increases crop production via soil structure improvement: The perspective of microbially mediated effects. Agricultural Water Management, 282, 108263. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2023.108263 ↩
- Baram, S., Evans, J. F., Berezkin, A., et al. (2021). Irrigation with treated wastewater containing nanobubbles to aerate soils and reduce nitrous oxide emissions. Journal of Cleaner Production, 280, 124509. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.124509 ↩
- Ahmed, A. K. A., Shi, X., Hua, L., et al. (2018). Influences of Air, Oxygen, Nitrogen, and Carbon Dioxide Nanobubbles on Seed Germination and Plant Growth. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 66, 5117-5124. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.8b00333 ↩
- Liu, S., Oshita, S., Makino, Y., et al. (2015). Oxidative Capacity of Nanobubbles and Its Effect on Seed Germination. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 4, 1347-1353. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5b01368 ↩
- Ebina, K., Shi, K., Hirao, M., et al. (2013). Oxygen and Air Nanobubble Water Solution Promote the Growth of Plants, Fishes, and Mice. PLoS ONE, 8, e65339. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0065339 ↩
- del Moral Torres, F., Hernández Maqueda, R., Meca Abad, D. E. (2024). Enhancing Root Distribution, Nitrogen, and Water Use Efficiency in Greenhouse Tomato Crops Using Nanobubbles. Horticulturae, 10, 463. https://doi.org/10.3390/horticulturae10050463 ↩
- Arablousabet, Y., Povilaitis, A. (2024). Assessing the Role of Air Nanobubble-Saturated Water in Enhancing Soil Moisture, Nutrient Retention, and Plant Growth. Sustainability, 16, 5727. https://doi.org/10.3390/su16135727 ↩
- Zheng, K., Zeng, H., Liu, R., et al. (2025). Research Progress on the Regulation of Plant Rhizosphere Oxygen Environment by Micro-Nano Bubbles and Their Application Prospects in Alleviating Hypoxic Stress. Agronomy, 15, 2620. https://doi.org/10.3390/agronomy15112620 ↩
- Jannesari, M., Caslin, A., English, N. J. (2024). Electric field-based air nanobubbles (EF-ANBs) irrigation on efficient crop cultivation with reduced fertilizer dependency. Journal of Environmental Management, 362, 121228. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2024.121228 ↩
- Liu, S., Oshita, S., Kawabata, S., et al. (2016). Identification of ROS Produced by Nanobubbles and Their Positive and Negative Effects on Vegetable Seed Germination. Langmuir, 32, 11295-11302. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b01621 ↩