Optimización espacial multiobjetivo de tasas de fertilizantes permite una producción agrícola sostenible en el suroeste de China

Alimentar a la población sin dañar la tierra

Con el crecimiento de la población mundial, los agricultores están presionados para producir más alimentos, pero el uso creciente de fertilizantes químicos contamina ríos, calienta el clima y desperdicia dinero. Este estudio examina una importante región productora de granos en el suroeste de China y plantea una pregunta crucial: ¿podemos reorganizar cómo y dónde se aplican los fertilizantes para que los agricultores cosechen abundante arroz, maíz y trigo mientras se reducen la contaminación y los costes innecesarios?

Por qué los fertilizantes pueden ser demasiado de lo mismo

Los fertilizantes químicos —principalmente nitrógeno, fósforo y potasio— han impulsado el auge de la producción agrícola global. Pero en muchos lugares, especialmente en China, ahora se usan en exceso. El nitrógeno sobrante escurre hacia los ríos, se filtra a las aguas subterráneas y se libera a la atmósfera como gases de efecto invernadero. La acumulación de fósforo puede provocar proliferaciones de algas que asfixian a los peces, mientras que la falta de potasio limita silenciosamente el crecimiento de las plantas. La cuenca de Sichuan, una fértil «cuenca arrocera» rodeada de montañas, es un ejemplo claro: allí los agricultores aplican más de 300 kilogramos de fertilizante por hectárea, muy por encima de los promedios mundiales, lo que somete al alto Yangtsé y a los ecosistemas locales a estrés.

Usar datos y algoritmos para mapear lo que los campos realmente necesitan

Para superar los consejos de talla única sobre fertilización, los investigadores reunieron una década de información detallada: decenas de miles de muestras de suelo, encuestas sobre el uso de fertilizantes por parte de los agricultores y más de 2.000 ensayos de campo controlados donde las parcelas recibieron combinaciones precisas de nitrógeno, fósforo y potasio. Combinando estos datos con imágenes satelitales y registros meteorológicos, entrenaron un método de aprendizaje automático llamado random forest para predecir rendimientos con y sin fertilizante a una escala espacial fina en toda la región. Esto les permitió estimar cuánto de la cosecha de cada cultivo se debía a la calidad inherente del suelo y del clima, y cuánto procedía de los fertilizantes añadidos.

Desigual y desequilibrado: dónde hay exceso o falta de nutrientes

Los mapas revelaron un patrón llamativo. Entre 2009 y 2019, los rendimientos medios de arroz, maíz y trigo aumentaron ligeramente, aunque el uso de fertilizantes disminuyó, lo que sugiere que la salud del suelo mejoró y que se frenó el uso excesivo anterior de fertilizantes. Sin embargo, la contribución del fertilizante al rendimiento en realidad disminuyó entre un 1 y un 3 por ciento, especialmente para el arroz y el maíz en las llanuras bajas fértiles, lo que indica rendimientos decrecientes por fertilizante adicional. Al mismo tiempo, los balances de nutrientes estaban fuertemente sesgados. El nitrógeno era generalmente excesivo, particularmente en llanuras y a lo largo de los ríos principales, donde algunos arrozales recibían hasta diez veces la necesidad calculada. El fósforo y el potasio contaban la historia opuesta: a menudo eran deficientes, especialmente para el maíz y el trigo en colinas del centro y noreste, contradiciendo la creencia común de que las tierras de cultivo chinas son uniformemente ricas en fósforo.

Encontrar el punto óptimo entre rendimiento y contaminación

Para convertir esos diagnósticos en acción, el equipo usó un algoritmo de optimización multiobjetivo—esencialmente una herramienta de búsqueda que maneja compensaciones—para explorar miles de posibles ajustes en las tasas de fertilizante. El algoritmo buscó combinaciones que mantuvieran o aumentaran la producción total de granos mientras reducían el uso global de fertilizantes, especialmente de nitrógeno. La solución óptima sugirió que el uso de nitrógeno en toda la cuenca podría reducirse alrededor de un 18 por ciento, con recortes mucho mayores para el arroz en las fértiles llanuras occidentales, mientras que el fósforo y el potasio aumentarían modestamente donde actualmente faltan. Bajo este plan, la producción total de granos sería ligeramente superior a la de 2019, y la mezcla de nutrientes cambiaría de una proporción dominada por el nitrógeno de 1:0.38:0.33 (N:P:K) a una más equilibrada de 1:0.51:0.42, más cercana a las recomendaciones nacionales para una agricultura sostenible.

Qué significa esto para los agricultores y el medio ambiente

Para el público general, el mensaje es claro: un uso más inteligente del fertilizante, guiado por datos y algoritmos modernos, puede ayudar a los agricultores a producir igual o incluso más alimentos mientras reducen insumos derrochadores y contaminantes. En lugar de decir simplemente a los agricultores que usen más o menos fertilizante en general, este enfoque muestra dónde reducir drásticamente el nitrógeno, dónde añadir fósforo o potasio y cómo hacerlo parcela por parcela. Aplicado ampliamente, métodos similares podrían ayudar a muchas regiones a alimentar a sus poblaciones, ahorrar dinero a los agricultores y mantener más limpias las vías fluviales, todo ello sin ampliar la superficie cultivada ni sacrificar cosechas.

Cita: Liao, G., Qian, J., He, P. et al. Multiobjective spatial optimization of fertilizer rates enables sustainable crop production in southwest China. npj Sustain. Agric. 4, 22 (2026). https://doi.org/10.1038/s44264-026-00127-y

Palabras clave: optimización de fertilizantes, agricultura sostenible, balance de nutrientes, aprendizaje automático en agricultura, cultivos de la cuenca de Sichuan