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RENDIMIENTO Y CONTENIDO DE NITRÓGENO DEL HELECHO AZOLLA FILICULOIDES
Rendimiento y contenido de nitrógeno del helecho Azolla filiculoides mediante el uso de diferentes bases nutritivas para su propagación
Yield and nitrogen content of the fern Azolla filiculoides using different nutrient bases for its propagation
Diego Javier Nevárez Pérez[1]
Liz Sabrina Trueba Macias[2]
María Gabriela Farías Delgado[3]
Resumen
Este artículo explora el potencial del helecho acuático Azolla filiculoides como biofertilizante, enfocándose en la optimización de su producción a través de bases nutritivas orgánicas y su valor educativo para promover la sostenibilidad ambiental. Se parte de la problemática del uso excesivo de fertilizantes químicos nitrogenados y la necesidad de alternativas sostenibles en la agricultura. Se realizó un experimento utilizando gallinaza y estiércol bovino compostados en diferentes dosis para evaluar su efecto sobre el rendimiento de la biomasa de Azolla filiculoides. Los resultados demuestran que la gallinaza a una dosis de 0.60 kg/m2 generó el mayor rendimiento, superando significativamente a los demás tratamientos. El análisis de la biomasa confirmó su alto contenido nutricional, especialmente nitrógeno, fósforo y potasio. Este estudio resalta la capacidad de la Azolla para mejorar la calidad del agua residual, actuando como un filtro biológico que reduce la salinidad y absorbe nutrientes. Se destaca su potencial educativo como modelo pedagógico para abordar la ecología, biología, química y agricultura sostenible. Se sugieren aplicaciones como la implementación de sistemas de acuaponía a pequeña escala, experimentación con variables que afectan su crecimiento e investigación sobre sus usos tradicionales. Se concluye que la Azolla filiculoides es una herramienta valiosa para la construcción de sistemas agrícolas sostenibles y para la formación de ciudadanos responsables con el medio ambiente. Se recomienda continuar investigando sus aplicaciones en diferentes contextos agroecológicos y promover su incorporación en la educación ambiental.
Palabras clave: Azolla, nitrógeno, biofertilizantes
Abstract
This article explores the potential of the aquatic fern Azolla filiculoides as a biofertilizer, focusing on the optimization of its production through organic nutritional bases and its educational value to promote environmental sustainability. It is based on the problem of the excessive use of nitrogenous chemical fertilizers and the need for sustainable alternatives in agriculture. An experiment was conducted using composted poultry manure and bovine manure at different doses to evaluate their effect on the biomass yield of Azolla filiculoides. The results show that poultry manure at a dose of 0.60 kg/m2 generated the highest yield, significantly outperforming the other treatments. Biomass analysis confirmed its high nutritional content, especially nitrogen, phosphorus and potassium. This study highlights the capacity of Azolla to improve the quality of wastewater, acting as a biological filter that reduces salinity and absorbs nutrients. Its educational potential as a pedagogical model to address ecology, biology, chemistry and sustainable agriculture is highlighted. Applications such as the implementation of small-scale aquaponics systems, experimentation with variables that affect its growth and research on its traditional uses are suggested. It is concluded that Azolla filiculoides is a valuable tool for the construction of sustainable agricultural systems and for the formation of environmentally responsible citizens. It is recommended to continue investigating its applications in different agroecological contexts and to promote its incorporation in environmental education.
Keywords: Azolla, nitrogen, biofertilizers
Introducción
En un contexto global marcado por la creciente preocupación por la sostenibilidad ambiental y la seguridad alimentaria, la búsqueda de alternativas a las prácticas agrícolas convencionales se ha convertido en una prioridad. El uso excesivo de fertilizantes químicos nitrogenados, si bien ha impulsado la productividad agrícola en las últimas décadas, ha generado una serie de impactos negativos en el medio ambiente (Berru Garcia, 2023; Fuentes Quijandria, 2023). Entre estos impactos, destacan la contaminación de aguas superficiales y subterráneas, la eutrofización de ecosistemas acuáticos, la emisión de gases de efecto invernadero y la degradación de la calidad del suelo.
En este sentido, la comunidad científica ha intensificado la investigación en torno a biofertilizantes, como una alternativa viable para reducir la dependencia de los fertilizantes sintéticos y promover sistemas de producción agrícola más sostenibles (Ayala Herrería, 2024). En este marco, el helecho acuático Azolla filiculoides ha emergido como un candidato prometedor, debido a su capacidad para fijar nitrógeno atmosférico a través de una simbiosis con la cianobacteria Anabaena azollae (Valle Acaro, 2024). Esta simbiosis permite a la Azolla crecer rápidamente en ambientes acuáticos con bajo contenido de nitrógeno, convirtiéndola en una fuente natural de este nutriente esencial para las plantas.
El uso de Azolla como biofertilizante no es un descubrimiento reciente. Diversas culturas ancestrales, particularmente en Asia, han aprovechado las propiedades de esta planta para enriquecer la fertilidad del suelo y aumentar la producción de arroz (Valle Acaro, 2024). Sin embargo, en las últimas décadas, el interés por la Azolla ha trascendido el ámbito de la agricultura tradicional para posicionarse como un tema de investigación con potencial para abordar problemáticas contemporáneas como la seguridad alimentaria, la mitigación del cambio climático y la educación ambiental (Lokazyuk, 2023).
La presente investigación se enmarca en la necesidad de explorar alternativas sostenibles a la fertilización química en la agricultura, con un enfoque que integra la investigación científica con la educación ambiental. Si bien existe un creciente cuerpo de investigación sobre la Azolla como biofertilizante, aún persisten vacíos de conocimiento en cuanto a la optimización de su producción y su aplicación en diferentes contextos agroecológicos.
En este sentido, este estudio se centra en evaluar la eficiencia de diferentes bases nutritivas orgánicas para la propagación de Azolla filiculoides, con el objetivo de identificar estrategias de bajo costo y fácil implementación para su producción a pequeña y mediana escala. La elección de la gallinaza y el estiércol bovino como bases nutritivas se fundamenta en su amplia disponibilidad como subproductos de la actividad agropecuaria, lo que representa una oportunidad para su revalorización y su integración en sistemas de producción circular.
Asimismo, este trabajo busca contribuir a la construcción de una cultura de sostenibilidad ambiental en el ámbito educativo, al promover la investigación y la experimentación en torno a soluciones basadas en la naturaleza. La Azolla, por sus características biológicas y su fácil manejo, se presenta como un modelo ideal para el aprendizaje práctico de conceptos relacionados con la ecología, la biología, la química y la agricultura sostenible. La experiencia de cultivar Azolla y observar su interacción con el ambiente puede fomentar en los estudiantes el pensamiento crítico, la creatividad y la responsabilidad ambiental.
Revisión de la literatura
Fertilizantes nitrogenados: Impactos ambientales y alternativas sostenibles
El nitrógeno (N) es un nutriente esencial para el crecimiento y desarrollo de las plantas, desempeñando un papel fundamental en la síntesis de proteínas, clorofila y ácidos nucleicos (Montiel León, 2024; Muñoz Muñoz, 2024). Si bien el nitrógeno es el elemento más abundante en la atmósfera, se encuentra en una forma química (N2) que no es directamente asimilable por la mayoría de las plantas (Lihuisi Juarez, 2023). Para que el nitrógeno atmosférico pueda ser utilizado por las plantas, debe ser transformado en formas químicas disponibles (Lloret Pastor, 2022), como el amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-), a través de un proceso denominado fijación biológica de nitrógeno (FBN).
La FBN es llevada a cabo por microorganismos, principalmente bacterias, que tienen la capacidad de convertir el nitrógeno atmosférico (N2) en amonio (NH4+), a través de la acción de la enzima nitrogenasa (Celis Rodriguez, 2021). Algunos de estos microorganismos fijadores de nitrógeno viven en simbiosis con las plantas, formando nódulos en sus raíces, como es el caso de las leguminosas. Otros microorganismos fijadores de nitrógeno son de vida libre en el suelo o en el agua.
La agricultura moderna se ha basado en gran medida en el uso de fertilizantes químicos nitrogenados para suplir las necesidades de nitrógeno de los cultivos, lo que ha permitido aumentar significativamente la producción de alimentos (Bunch, 2020). Sin embargo, la producción, transporte y aplicación de estos fertilizantes sintéticos tienen un alto costo energético y generan importantes impactos ambientales, que amenazan la sostenibilidad de los agroecosistemas.
Impactos ambientales de los fertilizantes nitrogenados sintéticos
La producción de fertilizantes nitrogenados sintéticos, como la urea y el nitrato de amonio, requiere grandes cantidades de energía, principalmente proveniente de combustibles fósiles (Grimi, 2020). Se estima que la producción de fertilizantes nitrogenados es responsable de aproximadamente el 1-2% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero.
La aplicación excesiva o inadecuada de fertilizantes nitrogenados puede provocar la contaminación de aguas superficiales y subterráneas, a través de un proceso conocido como lixiviación (Briones Morales et al, 2021). La lixiviación se produce cuando los nutrientes, en este caso el nitrógeno, no son absorbidos por las plantas y se filtran a través del suelo, alcanzando las fuentes de agua. La presencia de altas concentraciones de nitratos en el agua potable puede tener efectos negativos en la salud humana, especialmente en niños, causando metahemoglobinemia, una enfermedad que afecta el transporte de oxígeno en la sangre.
La contaminación por nitratos también afecta la calidad de las aguas superficiales, como ríos, lagos y océanos (Dorado Guerra, 2024). El exceso de nutrientes en estos ecosistemas acuáticos puede provocar un crecimiento descontrolado de algas, un fenómeno conocido como eutrofización. La proliferación de algas puede agotar el oxígeno disuelto en el agua, afectando la supervivencia de otras especies acuáticas, como peces y moluscos.
Alternativas sostenibles: Biofertilizantes
La búsqueda de alternativas sostenibles a los fertilizantes nitrogenados sintéticos ha cobrado gran relevancia en las últimas décadas. Entre estas alternativas, destacan los biofertilizantes, que se definen como productos que contienen microorganismos vivos o sus metabolitos, que al ser aplicados a las plantas o al suelo, promueven el crecimiento vegetal al aumentar la disponibilidad o la absorción de nutrientes (Díaz-Gutiérrez et al., 2022).
Los biofertilizantes presentan ventajas significativas frente a los fertilizantes químicos, entre las que destacan:
El helecho acuático Azolla filiculoides: Un biofertilizante con potencial
El helecho acuático Azolla filiculoides es una planta flotante de agua dulce que se caracteriza por su pequeño tamaño, su rápido crecimiento y su capacidad para fijar nitrógeno atmosférico a través de una simbiosis con la cianobacteria Anabaena azollae. Esta simbiosis le confiere a la Azolla la capacidad de crecer en ambientes acuáticos con bajo contenido de nitrógeno, convirtiéndola en una fuente natural de este nutriente esencial para las plantas.
Características biológicas de la Azolla filiculoides
La Azolla filiculoides es una planta pteridofita, perteneciente a la familia Salviniaceae. Es una planta acuática flotante, de tamaño pequeño (1-2,5 cm de longitud), con hojas imbricadas dispuestas en dos filas a lo largo del tallo. Las hojas presentan una cavidad dorsal que alberga a la cianobacteria simbionte Anabaena azollae.
La reproducción de la Azolla puede ser sexual, a través de esporas, o asexual, por fragmentación vegetativa. La reproducción asexual es la más común, lo que le permite a la planta multiplicarse rápidamente en condiciones favorables, duplicando su biomasa en 3-5 días.
Simbiosis Azolla-Anabaena: Fijación biológica de nitrógeno
La simbiosis entre la Azolla filiculoides y la cianobacteria Anabaena azollae es un ejemplo notable de mutualismo, en el que ambas especies se benefician de la interacción. La Anabaena azollae es una cianobacteria filamentosa que posee la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico (N2) a través de la acción de la enzima nitrogenasa. Esta enzima es sensible a la presencia de oxígeno, por lo que la Anabaena ha desarrollado mecanismos para protegerla, como la formación de heterocistos, células especializadas en la fijación de nitrógeno.
La Azolla, por su parte, proporciona a la Anabaena un ambiente protegido de la luz solar directa y una fuente constante de carbono orgánico, producto de la fotosíntesis. A cambio, la Anabaena suministra a la Azolla el nitrógeno fijado en forma de amonio (NH4+), que la planta utiliza para su crecimiento y desarrollo.
Se estima que la Azolla puede fijar entre 100 y 300 kg de nitrógeno por hectárea al año, lo que la convierte en una fuente importante de este nutriente para los sistemas agrícolas.
Usos de la Azolla filiculoides en la agricultura
La Azolla filiculoides ha sido utilizada como biofertilizante en la agricultura durante siglos, especialmente en el cultivo de arroz en Asia. Su capacidad para fijar nitrógeno atmosférico, su rápido crecimiento y su fácil manejo la convierten en una alternativa sostenible a los fertilizantes nitrogenados sintéticos.
La Azolla puede ser utilizada como biofertilizante de diferentes maneras:
Potencial de la Azolla filiculoides en la educación ambiental
La Azolla filiculoides, por sus características biológicas y su fácil manejo, se presenta como un modelo ideal para el aprendizaje práctico de conceptos relacionados con la ecología, la biología, la química y la agricultura sostenible.
El cultivo de Azolla en el aula o en el huerto escolar ofrece a los estudiantes la oportunidad de:
Bases nutritivas para la propagación de Azolla filiculoides
El crecimiento y la capacidad de fijación de nitrógeno de la Azolla filiculoides están influenciados por la disponibilidad de nutrientes en el medio acuático en el que se desarrolla. Si bien la Azolla puede obtener nitrógeno de la atmósfera a través de su simbiosis con la Anabaena, requiere de otros nutrientes, como fósforo, potasio, calcio, magnesio y hierro, para su crecimiento óptimo.
La elección de la base nutritiva para la propagación de Azolla es un factor crítico para asegurar su crecimiento y su capacidad de fijación de nitrógeno. Las bases nutritivas pueden ser de origen inorgánico, como las sales minerales, o de origen orgánico, como los estiércoles animales, los compost o los biofertilizantes líquidos.
Gallinaza como base nutritiva
La gallinaza es el estiércol de gallina, generalmente mezclado con los residuos de la cama, como paja o viruta. Es un material rico en nutrientes, especialmente nitrógeno, fósforo y potasio, por lo que ha sido utilizado tradicionalmente como abono orgánico en la agricultura.
La gallinaza, por su alto contenido de nutrientes, puede ser una base nutritiva adecuada para la propagación de Azolla filiculoides. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la gallinaza fresca puede tener un alto contenido de amonio, lo que puede ser tóxico para la Azolla. Por ello, se recomienda compostar la gallinaza antes de utilizarla como base nutritiva para la Azolla.
Estiércol bovino como base nutritiva
El estiércol bovino es el excremento de vaca, generalmente mezclado con los residuos de la cama, como paja o viruta. Es un material rico en materia orgánica y nutrientes, especialmente nitrógeno, fósforo y potasio, aunque en menor concentración que la gallinaza.
El estiércol bovino, al igual que la gallinaza, puede ser una base nutritiva adecuada para la propagación de Azolla filiculoides. Al igual que la gallinaza, se recomienda compostar el estiércol bovino antes de utilizarlo como base nutritiva para la Azolla, para reducir su contenido de amonio y patógenos.
Materiales y métodos
Ubicación del estudio
El presente estudio se llevó a cabo en la Finca Paraíso Verde, ubicada en la localidad de Los Bajos Grande, perteneciente al cantón Montecristi, provincia de Manabí, Ecuador. La finca se encuentra a una altitud de 154 msnm y presenta un clima semiárido, con una temperatura media anual de 29°C y una precipitación media anual de 736 mm.
Diseño experimental
Para evaluar la incidencia de los sustratos orgánicos (gallinaza y estiércol bovino) en la propagación de Azolla filiculoides, se estableció un diseño experimental bifactorial completamente aleatorio (DCA), con dos factores de estudio:
La combinación de los factores de estudio dio como resultado seis tratamientos y un testigo, con tres repeticiones cada uno, para un total de 21 unidades experimentales.
Manejo del experimento
Variables evaluadas
Análisis estadístico
Los datos obtenidos se analizaron mediante un análisis de varianza (ANOVA) de dos factores (base nutritiva y dosificación), utilizando el programa estadístico Infostat (versión 2020). Se realizó una prueba de comparación de medias (DMS de Fisher) al 5% de significancia para determinar las diferencias significativas entre los tratamientos.
Resultados
Rendimiento de biomasa
Los resultados del análisis de varianza mostraron que existe un efecto significativo (p < 0.05) de la base nutritiva y la dosificación, así como de la interacción entre ambos factores, sobre el rendimiento de biomasa de Azolla filiculoides.
El mayor rendimiento de biomasa se obtuvo con el tratamiento T3 (gallinaza a una dosificación de 0.60 kg/m2), con un promedio de 1812.65 g/m2 al finalizar el período experimental de 27 días. Este tratamiento superó significativamente (p < 0.05) a los demás tratamientos, incluyendo al testigo (sin adición de base nutritiva).
Composición química de la biomasa
El análisis de la composición química de la biomasa de Azolla mostró que el contenido de nutrientes varía significativamente (p < 0.05) en función de la base nutritiva y la dosificación utilizadas.
En general, la Azolla cultivada con gallinaza presentó un mayor contenido de nitrógeno, fósforo y potasio que la cultivada con estiércol bovino. Esto se debe probablemente a que la gallinaza tiene una mayor concentración de estos nutrientes que el estiércol bovino.
Composición fisicoquímica del agua residual ("NitrAgua")
Los resultados del análisis fisicoquímico del agua residual ("NitrAgua") mostraron que los tratamientos con Azolla presentaron una mejora significativa (p < 0.05) en la calidad del agua, en comparación con el testigo (sin Azolla).
En general, los tratamientos con Azolla mostraron:
Discusión
Los resultados obtenidos en este estudio demuestran que la Azolla filiculoides puede ser propagada exitosamente utilizando bases nutritivas orgánicas de bajo costo, como la gallinaza y el estiércol bovino. Estos hallazgos tienen importantes implicaciones para la promoción de una agricultura más sostenible, al ofrecer una alternativa viable a los fertilizantes nitrogenados sintéticos.
La gallinaza, a una dosificación de 0.60 kg/m2, demostró ser la base nutritiva más eficiente para la producción de biomasa de Azolla, en las condiciones de este estudio. Este resultado se atribuye a la alta concentración de nutrientes, especialmente nitrógeno, fósforo y potasio, que aporta la gallinaza al medio de cultivo.
Si bien el estiércol bovino también promovió el crecimiento de la Azolla, su eficiencia fue menor en comparación con la gallinaza. Esto se debe probablemente a que el estiércol bovino tiene una menor concentración de nutrientes que la gallinaza.
El análisis de la composición química de la biomasa de Azolla confirmó su alto valor nutricional, tanto para su uso como biofertilizante como para su incorporación en la alimentación animal. La Azolla cultivada con gallinaza presentó un mayor contenido de nitrógeno, fósforo y potasio, lo que la convierte en una fuente rica de estos nutrientes esenciales para las plantas.
Un hallazgo relevante de este estudio es la capacidad de la Azolla para mejorar la calidad del agua residual ("NitrAgua"). La Azolla actuó como un filtro biológico, absorbiendo nutrientes del agua y reduciendo su salinidad. Esta característica tiene un gran potencial para la biorremediación de aguas contaminadas por la actividad agrícola o industrial.
Implicaciones para la educación ambiental
Este estudio, además de sus aportes al campo de la agronomía, ofrece una valiosa oportunidad para integrar la investigación científica con la educación ambiental. La Azolla filiculoides, por sus características biológicas y su fácil manejo, se posiciona como un modelo pedagógico ideal para abordar conceptos claves de la ecología, la biología, la química y la agricultura sostenible.
A continuación, se plantean algunas ideas para integrar el cultivo de Azolla en el currículo escolar:
Conclusiones
Los resultados de este estudio demuestran el potencial de la Azolla filiculoides como biofertilizante y como herramienta para la educación ambiental. Su capacidad para fijar nitrógeno atmosférico, su rápido crecimiento, su fácil manejo y su capacidad para mejorar la calidad del agua la convierten en una aliada estratégica para la construcción de sistemas de producción agrícola más sostenibles y para la formación de ciudadanos responsables con el medio ambiente.
La integración de la Azolla en el currículo escolar ofrece una oportunidad única para que los estudiantes se involucren en la investigación científica, comprendan la complejidad de los ecosistemas y desarrollen soluciones innovadoras a problemáticas ambientales.
Se recomienda continuar con las investigaciones sobre Azolla filiculoides, explorando su potencial en diferentes contextos agroecológicos y sus aplicaciones en la producción de alimentos y la biorremediación de aguas contaminadas. Asimismo, se sugiere promover la incorporación de la Azolla como herramienta educativa en todos los niveles de enseñanza, con el fin de fomentar la conciencia ambiental y la construcción de un futuro más sostenible.
Referencias
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[1] Ingeniero Agrónomo. Magíster en Economía y Administración Agrícola. Docente de la Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí. Ecuador. E-mail: diego.nevarez@uleam.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0336-2862
[2] Magíster. Docente de la Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí. Ecuador. E-mail: liz.trueba@uleam.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9075-1064
[3] Magíster. Docente de la Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí. Ecuador. E-mail: maria.farias@uleam.edu.ec ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8675-6535