Resumen:
Frente a los desafíos de la creciente desertificación global de la tierra y la continua reducción de las tierras agrícolas, un equipo de investigación de Suiza y los Emiratos Árabes Unidos propuso una solución creativa: hacer que la arena esté "viva". La investigación fue realizada conjuntamente por el Laboratorio Federal Suizo de Ciencia y Tecnología de Materiales (Empa) y la Universidad Khalifa en Abu Dhabi. Los investigadores esperan que mediante la introducción de microorganismos específicos, la arena del desierto, que originalmente era estéril y suelta y casi inadecuada para la producción agrícola, pueda transformarse en una nueva matriz que pueda retener agua, resistir la erosión y apoyar el crecimiento de las plantas. El equipo de investigación llama a esta tecnología "Living Sand".
Más del 90% de la tierra de los EAU está cubierta por desierto y la tierra disponible para la producción agrícola es menos del 5% del área total. Actualmente, el país sólo puede producir entre el 10% y el 15% de sus necesidades alimentarias y el resto depende en gran medida de las importaciones. Los investigadores señalan que este problema no es exclusivo de Oriente Medio. Con el cambio climático global, la degradación de los bosques y el uso excesivo de la tierra, cada vez más regiones enfrentan desafíos similares de degradación de la tierra y desertificación.
Las tierras arenosas tradicionales no son aptas para el cultivo agrícola. Es difícil para los granos de arena formar una estructura estable entre ellos, lo que hace que el suelo sea susceptible a la erosión del viento y del agua. Al mismo tiempo, la arena carece de nutrientes orgánicos y no puede sostener el crecimiento microbiano y vegetal durante mucho tiempo. Lo que es más grave es que el agua se filtrará rápidamente desde los espacios entre los granos de arena, lo que hará que la eficiencia del riego sea extremadamente baja.
Para abordar estos problemas, el equipo de investigación introdujo bacterias y hongos específicos en el entorno de arena. Estos microorganismos son capaces de secretar moléculas naturales de cadena larga llamadas biopolímeros y además formar grandes redes de microfibras. Estas fibras se intercalarán entre los granos de arena como pegamento natural, conectando los granos de arena originalmente independientes para formar una estructura general más estable.
El responsable de la investigación dijo que desde la perspectiva de la ciencia de los materiales, esto equivale en realidad a crear un material compuesto natural compuesto de granos de arena y fibras biológicas. Las imágenes microscópicas muestran que redes de fibras producidas microbianamente envuelven y conectan granos de arena individuales, dándole a la arena suelta una resistencia estructural sin precedentes.
Para verificar su efecto, los investigadores utilizaron muestras de arena de laboratorio y muestras de arena recolectadas de dunas de arena reales en Abu Dhabi para realizar pruebas. Los resultados mostraron que la resistencia mecánica de las muestras tratadas con bacterias mejoró significativamente y su resistencia a la erosión fue mucho mayor que la de la arena común.
Más importante aún, el rendimiento de retención de agua también se ha mejorado significativamente. Los datos experimentales mostraron que la tasa de penetración del agua se redujo aproximadamente seis veces en la arena tratada con bacterias. Esto significa que el agua de riego que de otro modo se escurriría rápidamente puede permanecer en el sustrato por más tiempo, creando las condiciones para el futuro crecimiento de las plantas.
El equipo de investigación también desarrolló una segunda mejora. Utilizaron bacterias que producen nanocelulosa para crear capas ultrafinas de biofibras y combinaron estos materiales alternativamente con capas de arena para crear una estructura similar a una tela. En comparación con la primera opción, esta estructura en capas puede mejorar aún más la estabilidad y la capacidad de retención de agua de la arena.
Los resultados de las pruebas muestran que después de adoptar la estructura en capas de nanocelulosa, la tasa de penetración de agua se reduce sorprendentemente 28 veces. En comparación con la arena común, su capacidad de almacenamiento de agua ha mejorado considerablemente. Sin embargo, los investigadores también señalaron que el ciclo de fabricación actual de este método es largo y todavía hay margen para seguir mejorando la eficiencia.
El crecimiento microbiano en sí requiere una fuente de nutrientes. En este sentido, el equipo investigador cree que no existen obstáculos de difícil solución. Porque las fuentes de carbono y los azúcares que necesitan las bacterias y los hongos pueden provenir directamente de los componentes disponibles en los desechos agrícolas o orgánicos, formando así un modelo de reciclaje de costo relativamente bajo.
Los investigadores destacan que la "arena viva" sigue siendo sólo el primer paso para transformar el desierto en tierra cultivable. El objetivo principal no es crear inmediatamente tierras de cultivo completas, sino primero dotar a la arena de la capacidad de retener la humedad y favorecer el crecimiento de más microorganismos. Una vez que se forma un ecosistema microbiano estable, es posible introducir más plantas y otra materia orgánica para mejorar gradualmente la calidad del suelo.
A medida que más y más áreas alrededor del mundo enfrentan problemas de degradación de la tierra, esta nueva tecnología que utiliza microorganismos naturales para transformar los desiertos ha recibido amplia atención. Aunque todavía queda mucho camino por recorrer antes de las aplicaciones agrícolas a gran escala, el equipo de investigación cree que al inyectar "vida" a la arena, las zonas desérticas pueden tener nuevas posibilidades de desarrollo agrícola en el futuro.
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