Nuevo avance en biocarbón ofrece esperanza para suelos agrícolas más limpios y seguros

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Los suelos agrícolas de todo el mundo están cada vez más contaminados por metales pesados como cadmio, plomo, cromo y arsénico. Estos elementos tóxicos, a menudo introducidos a través de aguas residuales industriales, fertilizantes y estiércol, pueden acumularse en los cultivos y amenazar la salud humana a través de la cadena alimentaria. La exposición prolongada está relacionada con daño renal, osteoporosis e incluso cáncer. Por lo tanto, proteger la salud del suelo y la seguridad alimentaria se ha convertido en un desafío mundial urgente.

Síntesis, mecanismo y aplicación de biocarbón dopado con elementos para la contaminación por metales pesados en suelos agrícolas. Crédito de la imagen: Jianhua Qu, Hongxuan Chu, Mengning Wang, Rui Yu, Siqi Wang, Tianqi Liu, Yue Tao, Siyue Han & Ying Zhang

En un nuevo estudio publicado en Agricultural Ecology and Environment, los investigadores de la Universidad Agrícola de Shenyang revisaron una estrategia prometedora para abordar esta crisis: usar biochar cargado con elementos para inmovilizar y neutralizar metales tóxicos en suelos agrícolas.

Biochar, un material similar al carbón vegetal elaborado a partir de residuos de cultivos como cáscaras de arroz o cáscaras de frutas, es reconocido desde hace tiempo como un aditivo económico y ecológico para el suelo. Sin embargo, este biocarbón simple no siempre es eficaz para capturar metales pesados. Para superar esta limitación, los científicos están mejorando el biocarbón inyectándolo con elementos como nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo. Estas versiones intervenidas tienen grupos químicos especiales en su superficie que proporcionan sitios de unión adicionales para los metales pesados, lo que mejora su capacidad para retener contaminantes en el suelo y reducir su movilidad.

“El biocarbón intervenido con elementos cambia las reglas del juego”, afirmó el autor correspondiente Ying Zhang. “Al modificar la estructura del biocarbón, podemos mejorar considerablemente su capacidad para estabilizar metales pesados, lo que aumenta la seguridad de las tierras agrícolas y la salud de los cultivos”.

La revisión destaca cómo funcionan los diferentes dopantes:

El biocarbón dopado con nitrógeno introduce grupos de nitrógeno activos que forman enlaces fuertes con metales como el cadmio.
El biocarbón dopado con oxígeno aumenta los grupos carboxilo e hidroxilo que atraen plomo y cromo.
El biocarbón dopado con azufre se une al mercurio y al cadmio a través de interacciones estables entre azufre y metal.
El biocarbón dopado con fósforo no sólo inmoviliza metales tóxicos sino que también ayuda a suministrar nutrientes esenciales a las plantas.

Más allá de los estudios de laboratorio, las aplicaciones de campo han mostrado resultados alentadores. Por ejemplo, el biocarbón dopado con fósforo redujo la lixiviación de plomo y cadmio en los suelos, mientras que los métodos de dopaje multielemento demostraron un mejor crecimiento de los cultivos al reducir el estrés por toxicidad de los metales.

Los autores enfatizan que el biocarbón dopado con elementos no es solo una solución temporal, sino que podría convertirse en una herramienta práctica y escalable para la agricultura sostenible. Al convertir los residuos agrícolas en enmiendas de suelo de alto valor, este enfoque también promueve el reciclaje, reduce la contaminación y promueve una economía circular.

De cara al futuro, los investigadores solicitan más ensayos en condiciones reales para evaluar la estabilidad a largo plazo del biocarbón dopado en diferentes condiciones de cultivo. También sugieren explorar estrategias de dopaje multielemento para mejorar aún más el rendimiento.

“Esta tecnología tiene el potencial de transformar tierras agrícolas contaminadas en suelos seguros y productivos”, afirmó Zhang. “Representa un avance para garantizar la seguridad alimentaria y la sostenibilidad ambiental”.

Aunque no está vinculado con el estudio de los investigadores chinos, en la Wikipedia en español hay un segmento en el que se menciona cómo aborígenes precolombinos de la Amazonia crearon un suelo de gran productividad, conocido como tierra negra amazónica que entre otros componentes contenía carbón vegetal.

Cita
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El artículo Synthesis, mechanism, and application of element-doped biochar for heavy metal contamination in agricultural soils (Síntesis, mecanismo y aplicación de biocarbón dopado con elementos para la contaminación por metales pesados en suelos agrícolas) fue publicado en **Agricultural Ecology and Environment**. Autores: Jianhua Qu, Hongxuan Chu, Mengning Wang, Rui Yu, Siqi Wang, Tianqi Liu, Yue Tao, Siyue Han & Ying Zhang

Qu J, Chu H, Wang M, Yu R, Wang S, et al. 2025. Synthesis, mechanism, and application of element-doped biochar for heavy metal contamination in agricultural soils. Agricultural Ecology and Environment 1: e002 doi: 10.48130/aee-0025-0004

Financiación
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Este trabajo fue apoyado por el Programa Clave de Investigación y Desarrollo de la Provincia de Hainan (ZDYF2024SHFZ144), el Programa Clave Nacional de I+D de China (2023YFD1501005) y el Laboratorio Clave de Protección y Remediación del Suelo de la Provincia de Heilongjiang.