Desarrollo histórico de la nutrición vegetal

La agricultura fue la actividad que permitió el desarrollo de la civilización. Al no tener que buscar su alimento de un sitio a otro, los seres humanos pudieron establecerse y construir, primero aldeas, después pueblos y ciudades, que dieron origen a sociedades altamente especializadas y estratificadas.

Sitios con restos arqueológicos que muestran el origen de zonas agrícolas

El crecimiento de las plantas y la producción de sus cosechas es un fenómeno sorprendente y complejo, cuyos orígenes han ocupado al intelecto humano desde épocas muy antiguas. 

Esto fue posible gracias a que los primeros agricultores pudieron aprovechar la fertilidad natural de los suelos, pero después de algunos ciclos, se dieron cuenta de que las cosechas no eran tan abundantes como al principio, por lo que buscaron la manera de restablecer esa fertilidad, utilizando materiales como los desechos de la cosecha anterior, desechos animales y humanos, cenizas y casi cualquier material que estuviera a su alcance.

Los eventos más relevantes y antiguos en el desarrollo de la nutrición vegetal, que dirigieron la evolución de esta disciplina datan desde la Grecia antigua (siglo V a.C.) hasta nuestros días.

Demócrito propuso el átomo como unidad fundamental de la materia. Siglos después, John Dalton retomó la idea.

El primer cimiento firme de la química moderna fue establecido por Demócrito (460-370 a.C.), quien formuló una teoría atómica de la materia y definió el concepto de átomo, que volvió a ser teorizado por John Dalton a finales del siglo XIX. Luego Aristóteles, el filósofo griego (384-322 a.C.), postuló que toda la materia consistía de cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego y estableció la “teoría del humus”, que considera que las plantas se alimentan de materiales húmicos, los que absorbe a través de su sistema radical y posteriormente, al morir la planta, ésta se transforma en humus y así continua el ciclo. Las especulaciones de Aristóteles fueron universalmente aceptadas hasta el inicio de la época experimental moderna en el siglo XVI.

Alejandro Magno y Aristóteles.

Después de casi 2000 años sin avances significativos, al físico belga Jan Baptista van Helmont (1580-1644) se le atribuye el haber conducido el primer experimento cuantitativo en nutrición vegetal. Un excelente ensayo, bien planeado, conducido con cuidado y descrito con precisión. Aunque su conclusión fue completamente equivocada, en cuanto a que las plantas forman toda su sustancia a partir del agua. Es indiscutible que van Helmont es reconocido como pionero en la realización de experimentos científicos en nutrición de cultivos.

Experimento de Van Helmont.

Stephen Hales (1677-1761) estudió el movimiento del agua a través de la planta, además del flujo de la savia, advirtiendo que los gases atmosféricos también intervenían en el desarrollo de las plantas.

Stephen Hales y una página de su libro Vegetable staticks.

Al profesor de medicina inglés John Woodward (1665-1728) se le reconoce el haber establecido la importancia de los materiales minerales para el crecimiento de las plantas y el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) es considerado el padre de la química moderna. Estableció que las reacciones químicas consisten de cambios en la combinación de los elementos y propuso la nomenclatura química de los elementos que, con algunas modificaciones, seguimos utilizando hoy en día.

El primer investigador que ofreció una visión razonablemente válida de la fotosíntesis fue el suizo Jean Senebier (1742-1809), al encontrar que la cantidad de oxígeno producido por las hojas verdes era proporcional a la concentración de dióxido de carbono disuelto en el agua.

Quien aplicó los nuevos conceptos de química de Lavoisier fue el también suizo Theodore de Saussure (1767-1845). Publicó en 1804 una recopilación de sus trabajos en el libro “Investigaciones Químicas sobre la Vegetación”.

En el siglo XIX se sentaron las bases de la investigación en nutrición vegetal y sobre la interrelación suelo-planta. Destacan por sus aportaciones el francés Jean-Baptiste Boussingault (1801-1887), quien es justamente considerado el fundador de las ciencias agrícolas modernas. Una de sus contribuciones más significativas fue él haber proporcionado evidencias sólidas de la fijación de nitrógeno atmosférico en las leguminosas. 

Jean-Baptiste Boussingault.

Boussingault fue un personaje excepcional en la ciencia agrícola, organizando y dirigiendo la primera estación experimental agrícola del mundo y haciendo una serie de descubrimientos fundamentales para sentar las bases de la agricultura moderna.

En 1836, Boussingault estableció la primera estación experimental agrícola en la propiedad de su mujer de Pechelbronn (Alsacia), a unos 60 km al norte de Estrasburgo. Rothamsted (en el Reino Unido), generalmente considerada la estación experimental todavía en servicio más antigua, comenzó a trabajar en 1843 (siete años más tarde), y el equivalente alemán en Moeckern comenzó su andadura en 1852. En su condición de experto en química, una materia en rápida expansión en aquellos años, y teniendo en cuenta el atraso de la aplicación de esta disciplina a la agricultura, es lógico que muchas de las contribuciones del trabajo de Boussingault estuviesen relacionadas con la química del suelo y con el conocimiento de la nutrición de las plantas.

La estación experimental no le sobrevivió, sometida a las turbulencias de la guerra Franco-Prusiana de 1870. Recibió muestras de respeto de algunos de los más notables científicos contemporáneos, como el químico Justus von Liebig, quien proclamó a Boussingault como el pionero y descubridor de muchos avances en la química del suelo y de las plantas.

El otro científico destacado del siglo XIX es el alemán Justus von Liebig (1803-1873), quien escribió el libro “Química Orgánica y sus Aplicaciones en Agricultura y Fisiología” en 1840. Von Liebig comprobó que la materia orgánica del suelo es la fuente de carbono que las plantas absorben y acumuló un mayor conocimiento sobre la composición mineral de las plantas que cualquiera de sus predecesores.

Liebig también enuncia nuevamente la ley del mínimo (de manera que muchos le atribuyen esta ley). Liebig (1840) la enuncio así: "el desarrollo de una planta depende de la cantidad de alimento que le es presentado en cantidad mínima". Para reproducirse y prosperar en una situación determinada, el organismo ha de tener materiales esenciales para la reproducción y el desarrollo. En condiciones de "estado constante", el material esencial disponible en cantidades que más se aproximen al mínimo crítico necesario tenderá a ser el material limitativo.

Barril de Liebig.

En cuanto a cultivos en solución nutritiva se deben señalar las aportaciones en esta importante técnica para el estudio de la nutrición vegetal de Woodward (1699), Knop y von Sachs (1860), y ya en el siglo XX: Gericke, Steiner, Hewitt, Hoagland y Arnon, entre otros.

Durante décadas, los criterios para determinar la esencialidad de algún elemento químico en la nutrición de una planta, entre ellos, la concentración, su ausencia o presencia en la planta, en el suelo o en el agua.

El término elemento mineral esencial (que también se puede llamar nutriente mineral, aunque más estrictamente un nutriente es la forma química del elemento mineral esencial en que es disponible para la planta u organismo vegetal) fue propuesto por Daniel Arnon (1910-1994) y Perry R. Stout (1909-1975) en 1934. Para ello, Arnon y Stout proponen tres criterios que debe cubrir un elemento para ser considerado esencial:

1. Una planta será incapaz de completar su ciclo vital en ausencia del elemento mineral considerado.

2. La función que realice dicho elemento no podrá se desempeñada por otro mineral de reemplazo o de sustitución.

3. El elemento deberá estar directamente implicado en el metabolismo –por ejemplo, como componente de una molécula esencial de la planta–, o deberá ser requerido en una fase metabólica precisa, tal como una reacción enzimática. 

Aún en la actualidad, es difícil establecer la esencialidad de los elementos minerales. Algunos autores manejan hasta 60 elementos de la tabla periódica. En las plantas superiores se tienen bien identificados al menos 17 elementos minerales, mientras que, en algas y hongos, existen elementos que en las plantas superiores pueden ser tóxicos.

Con el progreso de la química analítica y el desarrollo de instrumentos y equipos más precisos en el siglo XX se logró un notable avance en la nutrición vegetal. De 1920 a 1960 fueron identificados seis nuevos elementos como indispensable (nutrimentos) para el desarrollo de las plantas. Destacan en este siglo las investigaciones de J. A. Raven, E. Kirkby, J. S. Pate, M. Andrews en el Reino Unido; A. Moyse, I. Coic, C. Lesaint, C. Grignon, L. Salsac en Francia; C. S. Piper, D. R. Hoagland, E. Epstein, J. D. Beaton, E. W. Russell, E. J. Kamprath, W. V. Bartholomew, I. Arnon, P. R. Stout, J. Morrtvedt, G. Samuel, B. J. Jones, S. L. Tisdale, W. L. Nelson en Estados Unidos; V. Römheld, K. Mengel, H. Marschner, H. Goldbach en Alemania; A. van Diest, F. van Egmond, W. Dijkshoorn en Holanda; J. Hagin, U. Kafkafi en Israel; F. A. Smith, J. F. Loneragan en Australia; K. A. Timiriasev, B. A. Yagodin, en Rusia; A. Tanaka en Japón; A. Oaks en Canadá; M. Becana en España; E. Malavolta, J. Dobereiner, G. C. Vitti, S. A. de Oliveira en Brasil; W. E. Colwell, R. J. Laird, N. Aguilera, R. Nuñez, A. Turrent, S. Alcalde, A. Echegaray, A. Aguilar-Santelises, J. Etchevers, X. Uvalle, J. Z. Castellanos en México y tantos otros que sentaron las bases de la nutrición de cultivos en la época contemporánea, con un legado para futuras generaciones.

FUENTE. Gabriel Alcántar González y Libia I. Trejo-Téllez (coordinadores). 2009. Nutrición de cultivos. Colegio de Postgraduados y Mundi-Prensa México S.A. de C.V.