Optimización del uso de nitrógeno en trigo duro con estrategias basadas en mapas de NNI y NDVI.

El trigo duro, pilar fundamental de la agricultura mediterránea y cultivo de vital importancia a nivel mundial para la producción de pasta, se enfrenta a un desafío urgente: el uso insostenible de fertilizantes nitrogenados (N).

Si bien el nitrógeno es indispensable para maximizar los rendimientos, su aplicación excesiva tiene graves consecuencias ambientales, como la contaminación de las aguas subterráneas, las emisiones de gases de efecto invernadero y la degradación del suelo.

Un estudio pionero de cuatro años (2018-2022), realizado en Asciano, Italia, y publicado en el European Journal of Agronomy, buscó abordar esta crisis comparando rigurosamente la gestión convencional del nitrógeno con técnicas avanzadas de agricultura de precisión.

La investigación se centró en tres estrategias guiadas por satélite —Índice de Nutrición Nitrogenada (NNI), NDVI proporcional (NDVIH) y NDVI compensatorio (NDVIL)— frente a la aplicación uniforme tradicional de nitrógeno. Los resultados no solo revelan una vía hacia el cultivo sostenible de trigo duro, sino que también cuantifican con notable precisión las ventajas y desventajas económicas y ecológicas de cada método.

Metodología: La agricultura de precisión se une a la tecnología satelital.

El experimento se desarrolló a lo largo de cuatro temporadas de cultivo consecutivas en las onduladas colinas de la Toscana, una región emblemática del cultivo de trigo mediterráneo. Los investigadores dividieron los campos de prueba en parcelas sometidas a cuatro estrategias distintas de manejo del nitrógeno.

El método convencional de “dosis fija” seguía las directrices agronómicas regionales, aplicando 150 kg de nitrógeno por hectárea al año. En cambio, los métodos de precisión aprovechaban las imágenes del satélite Sentinel-2 —una misión de la Agencia Espacial Europea que proporciona datos multiespectrales de alta resolución (10 metros)— para adaptar la aplicación de nitrógeno espacial y temporalmente.

La estrategia NNI se distinguió por calcular el estado de nitrógeno de los cultivos en tiempo real mediante un algoritmo validado que integra el índice de área foliar y las estimaciones de biomasa. NDVIH asignó N proporcionalmente según la densidad de vegetación (Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada), mientras que NDVIL adoptó un enfoque compensatorio, canalizando el N adicional a las zonas de baja vegetación.

NNI supera a las estrategias convencionales y basadas en NDVI.

Durante el período de estudio, el método NNI demostró una eficiencia sin precedentes. Redujo el uso de nitrógeno en 20%, aplicando solo 120 kg por hectárea en comparación con los 150 kg convencionales, manteniendo rendimientos de grano estadísticamente equivalentes de 4,8 toneladas por hectárea frente a 4,7 toneladas con el método de dosificación fija.

El contenido de proteínas, un indicador de calidad fundamental para el uso final del trigo duro en la elaboración de pasta, alcanzó los 13,21 TP3T con NNI, superando ligeramente los 12,51 TP3T del método convencional.

Este ligero aumento en el contenido de proteínas se tradujo en importantes ventajas industriales: la masa producida a partir de trigo optimizado con NNI presentó un índice W (una medida de la fuerza del gluten) de 280, superando con creces los 240 observados en el trigo convencional.

Estas mejoras se derivaron de la capacidad de NNI para sincronizar la disponibilidad de nitrógeno con las etapas de desarrollo del cultivo, lo que garantiza una distribución óptima de los nutrientes durante el llenado del grano.

Los costes ocultos de los enfoques basados en el NDVI

Las estrategias basadas en el NDVI, si bien innovadoras, revelaron limitaciones críticas. El enfoque proporcional NDVIH, que asignaba N en función del verdor del dosel, aumentó el contenido de proteínas a 13,81 TP3T, pero redujo los rendimientos a 4,5 toneladas por hectárea, una caída de 61 TP3T en comparación con el NNI.

Esta paradoja surgió de la sobrefertilización en zonas ya ricas en nitrógeno, donde el crecimiento vegetativo excesivo desvió la energía que debería haberse destinado a la producción de grano.

El método compensatorio NDVIL, diseñado para impulsar las zonas de cultivo con dificultades, logró el mayor rendimiento (5,1 toneladas/ha) pero a un alto costo ambiental: requirió 160 kg de N por hectárea, lo que provocó un aumento de 33% en las emisiones de óxido nitroso (1,4 kg de CO2 equivalente por kg de grano) en comparación con los 0,8 kg del NNI.

Estas emisiones son de suma importancia: el óxido nitroso tiene un potencial de calentamiento global 265 veces mayor que el del dióxido de carbono a lo largo de un siglo.

Desde el punto de vista económico, NNI se consagró como la clara ganadora. Los agricultores que adoptaron esta estrategia obtuvieron una ganancia neta de 220 € por hectárea, 121 TP3T superior a los 196 € del método convencional. Esta ventaja se debió a dos factores: la reducción de los costes de fertilizantes (98 €/ha frente a 123 €/ha) y el precio superior del grano con alto contenido proteico.

El estudio introdujo una nueva métrica de “costo social”: una medida integral del daño ambiental, los impactos en la salud pública derivados de la contaminación del agua y la degradación del suelo a largo plazo. El costo social de NNI ascendió a 42 € por hectárea, una cifra muy inferior a los 60 € de la agricultura convencional. NDVIH y NDVIL registraron costos intermedios de 58 € y 55 €, respectivamente, lo que refleja su distribución desequilibrada de nitrógeno.

Profundizando en los indicadores ambientales, la eficiencia del uso de fertilizantes nitrogenados (NfUE), es decir, el porcentaje de nitrógeno aplicado que se convierte en grano cosechable, alcanzó los 651 TP3T con el uso de fertilizantes nitrogenados, lo que representa una mejora significativa con respecto a la eficiencia de 521 TP3T de los métodos convencionales. Este avance se tradujo en una reducción de 181 TP3T en la lixiviación de nitratos, protegiendo así los acuíferos locales de la contaminación.

Durante los cuatro años que duró el estudio, los campos gestionados mediante el sistema NNI perdieron tan solo 12 kg de nitrógeno por hectárea al año por lixiviación, en comparación con los 22 kg de las parcelas convencionales. A modo de referencia, la Directiva de Nitratos de la UE exige concentraciones de nitrato en las aguas subterráneas inferiores a 50 mg/L, un umbral que se superó en 301 TP3T de las parcelas convencionales, pero solo en 81 TP3T de las zonas gestionadas con el sistema NNI.

Ampliación de la NNI: Desafíos e intervenciones políticas

La investigación también puso de manifiesto beneficios climáticos ocultos. Utilizando la metodología de evaluación del ciclo de vida (ACV), el equipo calculó que la huella de carbono de NNI ascendía a 0,8 kg de CO2 equivalente por kg de grano, 331 TP3T menos que los 1,2 kg de la agricultura convencional.

Esta reducción se debió principalmente a la disminución de las emisiones de la producción de fertilizantes (1,2 kg de CO2-eq/kg de N evitados) y a la menor liberación de óxido nitroso de los suelos. Si se aplicara a las 2,4 millones de hectáreas de tierras de cultivo de trigo duro de la UE, la adopción generalizada de la NNI podría reducir las emisiones anuales en 960 000 toneladas métricas de CO2 equivalente, lo que equivale a retirar 208 000 coches de las carreteras.

Sin embargo, el estudio advierte que no se debe considerar la agricultura de precisión como una panacea. El éxito del método NNI depende del acceso continuo a datos satelitales de alta calidad y a maquinaria avanzada capaz de aplicar dosis variables, infraestructuras que suelen estar ausentes en las regiones en desarrollo.

Por ejemplo, los satélites Sentinel-2 revisitan cada ubicación cada cinco días, pero la nubosidad durante las etapas críticas de crecimiento puede interrumpir la recopilación de datos. Además, los algoritmos requieren calibración a las condiciones locales; en este estudio, los umbrales de NNI se ajustaron a los climas mediterráneos, logrando una precisión de 92% en la predicción del estado del nitrógeno.

Aplicar el modelo a regiones áridas o suelos arcillosos pesados sin recalibración podría reducir la precisión a 70–75%.

El factor humano resulta igualmente crucial. Los agricultores que hacen la transición al NNI necesitan capacitación para interpretar los índices espectrales; por ejemplo, comprender que los valores de NDVI superiores a 0,7 a menudo indican un exceso de vegetación y justifican una reducción del nitrógeno.

El equipo de investigación estima que un aumento de 10% en el conocimiento de los agricultores sobre herramientas de precisión podría incrementar la NfUE entre 4 y 6 puntos porcentuales. Es probable que las intervenciones políticas resulten esenciales: subvencionar sensores de suelo, financiar talleres dirigidos por agrónomos e incentivar a las cooperativas a compartir maquinaria podría democratizar el acceso.

De cara al futuro, las implicaciones del estudio van mucho más allá del trigo duro. El marco NNI, adaptado a cultivos como el maíz o el arroz, podría abordar el problema de los 60 millones de toneladas de nitrógeno en exceso que se aplican anualmente a nivel mundial, un objetivo clave de los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU.

Los ensayos preliminares en los campos de cebada de España muestran una estabilidad de rendimiento similar con 18% menos N, lo que sugiere su aplicabilidad en otros cultivos. Para los investigadores, la integración del aprendizaje automático con datos satelitales representa una frontera prometedora: los primeros modelos ahora pueden predecir las necesidades de nitrógeno con una precisión de 95% 30 días antes de la aplicación, lo que permite una gestión proactiva en lugar de reactiva.

Conclusión

En conclusión, esta investigación trasciende los círculos académicos y ofrece un modelo para conciliar la productividad agrícola con la salud del planeta.

Al reducir el uso de nitrógeno en 201 TP3T, aumentar las ganancias de los agricultores en 121 TP3T y disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero en un tercio, el método NNI demuestra que la sostenibilidad y la rentabilidad no son mutuamente excluyentes. A medida que el cambio climático intensifica las sequías y desestabiliza las temporadas de cultivo, estas estrategias de precisión resultarán indispensables.

El reto ahora reside en transformar esta validación científica en acciones concretas sobre el terreno, mediante la reforma de las políticas, la democratización de la tecnología y un cambio de paradigma en la forma en que vemos los fertilizantes: no como herramientas toscas, sino como instrumentos de precisión en la búsqueda de la seguridad alimentaria.

ReferenciaFabbri, C., Delgado, A., Guerrini, L., & Napoli, M. (2025). Estrategias de fertilización nitrogenada de precisión para trigo duro: una evaluación de sostenibilidad de los enfoques basados en mapas NNI y NDVI. European Journal of Agronomy, 164, 127502.