María del Carmen Martínez Ballesta
Departamento de Ingeniería Agronómica. Universidad Politécnica de Cartagena. Paseo Alfonso XIII 48. E-30203-Cartagena, Spain.
Cuando demasiada agua también es un problema
El cambio climático está transformando profundamente las condiciones en las que se desarrolla la agricultura. Aunque la atención suele centrarse en las sequías, el aumento de las temperaturas y la frecuencia e intensidad de las precipitaciones extremas constituye otra de las principales amenazas para la producción de alimentos.
Las proyecciones climáticas indican que muchas regiones agrícolas experimentarán lluvias más intensas y concentradas en menos días (IPCC, 2023). Este nuevo escenario afectará gravemente al crecimiento y rendimiento de los cultivos, especialmente en parcelas con problemas de drenaje o donde existen problemas de compactación del subsuelo.
Entre los cultivos especialmente sensibles se encuentran numerosas especies de la familia Brassicaceae, como el brócoli cuya importancia económica y nutricional es enorme a nivel mundial (Combs-Giroir & Gschwend, 2024).
Además, los cambios en las temperaturas y el régimen de precipitaciones podrán influir en las futuras distribuciones de patógenos, en la intensidad de las amenazas que representan y en los cambios asociados a la diversidad de estos organismos. Así, patógenos fúngicos y oomicetos que afectan a las Brassicas proporcionan ya evidencias claras de la capacidad de adaptación de los patógenos al cambio climático, incluidos aquellos relacionados con modificaciones en los cultivos o en los sistemas de producción agrícola.
La falta de oxígeno: el enemigo invisible de las raíces
El encharcamiento constituye uno de los principales factores abióticos que limitan la producción agrícola y cuya incidencia está aumentando debido al incremento de los episodios de precipitaciones extremas asociados al cambio climático.
Cuando el suelo permanece saturado de agua, los poros normalmente ocupados por aire se llenan de agua y la difusión del oxígeno disminuye aproximadamente 10.000 veces respecto al aire, generando rápidamente condiciones de hipoxia en la raíz (Combs-Giroir & Gschwend, 2024). El sistema radicular es el primer órgano en percibir este estrés, iniciándose una cascada de alteraciones fisiológicas, metabólicas y estructurales que comprometen el crecimiento y la productividad de la planta.
El deterioro del metabolismo radicular disminuye la absorción de agua y nutrientes minerales, especialmente nitrógeno, fósforo y potasio, originando deficiencias nutricionales incluso cuando estos elementos están disponibles en el suelo (Ayi et al., 2019; Combs-Giroir & Gschwend, 2024). Además, las condiciones reductoras favorecen la acumulación de compuestos fitotóxicos, como hierro ferroso (Fe²⁺), manganeso reducido, sulfuros y nitritos, que incrementan el daño celular y agravan el deterioro del sistema radicular.
Las alteraciones fisiológicas que se producen en las raíces repercuten rápidamente sobre la parte aérea. La disminución de la absorción de agua induce el cierre de los estomas, reduciendo simultáneamente la entrada de CO₂ y la fotosíntesis. Paralelamente, disminuye el contenido de clorofila, favoreciendo la aparición de clorosis y reduciendo la producción de biomasa (Voesenek & Bailey-Serres, 2015).
En las Brassicas, estos procesos se traducen en una marcada reducción de la longitud de la raíz principal, del número de raíces laterales y de la biomasa de la raíz, limitando la exploración del suelo y comprometiendo la absorción de recursos durante todo el ciclo del cultivo (Zou et al., 2014; Guo et al., 2020; Li et al., 2021; Nabloussi et al., 2019).
En brócoli (Brassica oleracea var. italica), el encharcamiento prolongado puede reducir hasta un 80 % la biomasa seca, disminuyendo significativamente el desarrollo radicular, el área foliar, el contenido de clorofila y el rendimiento comercial de las inflorescencias (Casierra-Posada & Peña-Olmos, 2022). Resultados similares se han descrito en otras Brassicas hortícolas, como col y col china (Issarakraisila et al., 2007; Casierra-Posada & Cutler, 2017), mientras que en colza el estrés reduce el número de silicuas, el número de semillas y el rendimiento final, pudiendo además alterar la composición de aceites, proteínas y otros metabolitos de interés (Combs-Giroir & Gschwend, 2024). Estas evidencias confirman la elevada sensibilidad de las Brassicaceae al encharcamiento.
Aunque algunas Brassicaceae silvestres y especies adaptadas a ambientes húmedos desarrollan mecanismos que mejoran el suministro interno de oxígeno —como la formación de raíces adventicias o modificaciones de la arquitectura de la ráiz—, estas adaptaciones son escasas o poco eficientes en cultivos como el brócoli, lo que explica su limitada tolerancia a la hipoxia radicular (Jung et al., 2008; Stift et al., 2008; Xiang et al., 2019).
Así pues, la evidencia científica indica que los daños ocasionados por el encharcamiento no son consecuencia únicamente de la falta de oxígeno, sino del efecto combinado de la crisis energética, la alteración del metabolismo radicular, el estrés oxidativo, las deficiencias nutricionales y la acumulación de compuestos tóxicos en el suelo. La interacción de estos procesos reduce el crecimiento del sistema radicular, limita el desarrollo de la parte aérea y disminuye significativamente el rendimiento de los cultivos convirtiendo al encharcamiento en uno de los principales factores limitantes para su producción bajo escenarios de cambio climático.
Proliferación de patógenos en Brassicas favorecida por el encharcamiento y la elevada humedad
Además de los efectos fisiológicos derivados de la hipoxia radicular, el encharcamiento favorece la proliferación de numerosos patógenos del suelo y de la parte aérea, convirtiéndose en uno de los principales factores predisponentes para el desarrollo de enfermedades en cultivos como el brócoli.
La saturación hídrica modifica las propiedades físicas y químicas del suelo, altera la composición del microbioma y reduce la capacidad defensiva de la planta, creando un ambiente altamente favorable para la colonización por hongos, y bacterias fitopatógenas (Bailey-Serres & Voesenek, 2008; Combs-Giroir & Gschwend, 2024).
Los patógenos del suelo constituyen el grupo más estrechamente asociado al exceso de humedad. Entre ellos, las especies del género Pythium son responsables de la podredumbre radicular y del damping-off en plántulas de numerosas Brassicas.
Estos oomicetos producen zoosporas móviles capaces de desplazarse activamente en el agua presente en los poros del suelo, por lo que su capacidad infectiva aumenta considerablemente en condiciones de elevada humedad o encharcamiento prolongado (Martin & Loper, 1999).
Otro oomiceto favorecido por los suelos saturados es Phytophthora spp., cuyo desarrollo depende igualmente de la presencia de agua libre para la liberación y dispersión de zoosporas. Las infecciones son especialmente frecuentes en parcelas con mal drenaje o compactación, donde el agua permanece retenida durante largos periodos (Erwin & Ribeiro, 1996).
Las condiciones de elevada humedad también incrementan la incidencia de hongos necrotróficos del suelo, como Rhizoctonia solani. Aunque este patógeno no requiere agua libre para completar su ciclo, la elevada humedad del suelo favorece su colonización en tejidos debilitados por la hipoxia.
De forma similar, Fusarium oxysporum incrementa su agresividad cuando el sistema radicular ha sido previamente dañado por la compactación o el encharcamiento del suelo. Las lesiones producidas por la hipoxia facilitan la penetración del hongo, que coloniza el sistema vascular, provocando marchitez, amarilleamiento foliar y reducción progresiva del crecimiento hasta ocasionar la muerte de la planta en los casos más graves (Agrios, 2005).
La elevada humedad ambiental y la presencia prolongada de agua libre sobre la superficie foliar también favorecen el desarrollo de otras enfermedades como las producidas por Alternaria, principalmente Alternaria brassicae y A. brassicicola, que requieren largos periodos de humectación foliar y elevada humedad relativa para la germinación de las esporas y la infección. Las epidemias suelen producirse tras lluvias frecuentes, rocío persistente o elevada condensación sobre las hojas.
De forma similar, el mildiu de las Brassicaceae, causado por Hyaloperonospora brassicae, prospera bajo condiciones de elevada humedad relativa y presencia continuada de agua libre, produciendo pérdidas importantes durante la producción y el almacenamiento en el brócoli.
Además de favorecer directamente el desarrollo de estos patógenos, el encharcamiento modifica profundamente la estructura del microbioma de la rizosfera. Diversos estudios han demostrado una disminución de microorganismos beneficiosos, como especies de Pseudomonas y Bacillus, acompañada de un incremento relativo de microorganismos oportunistas y patógenos adaptados a condiciones anaerobias o de elevada humedad. Este desequilibrio microbiano reduce la resistencia natural del suelo frente a enfermedades y aumenta la susceptibilidad en el brócoli y otras Brassicas a infecciones secundarias (Compant et al., 2019; Trivedi et al., 2020;).
En conjunto, la evidencia científica demuestra que el impacto del encharcamiento sobre el brócoli no se limita al daño fisiológico provocado por la hipoxia radicular. La combinación de un sistema radical debilitado, la alteración del microbioma del suelo y unas condiciones ambientales favorables para la germinación, dispersión e infección de numerosos fitopatógenos incrementa notablemente la incidencia y severidad de enfermedades, convirtiendo el exceso de humedad en uno de los principales factores responsables de las pérdidas de rendimiento y calidad.
Mirando hacia el futuro
El brócoli es una de las hortalizas de mayor importancia económica y nutricional a nivel mundial. Sin embargo, su elevada sensibilidad al encharcamiento representa un desafío creciente para agricultores e investigadores.
Comprender cómo responde la planta al exceso de agua permitirá desarrollar variedades más resistentes y diseñar prácticas agrícolas capaces de minimizar las pérdidas de producción. En un contexto de cambio climático, invertir en investigación sobre la tolerancia a las inundaciones y cómo la compactación del suelo influye en ella, no solo contribuirá a mejorar la rentabilidad de las explotaciones agrícolas, sino también a garantizar la seguridad alimentaria y la sostenibilidad de los sistemas hortícolas.
Por ello, la adaptación de los sistemas de producción resulta cada vez más importante. Mejorar el drenaje del suelo, utilizar camas elevadas, incorporar materia orgánica para favorecer la infiltración y seleccionar variedades con mayor tolerancia son algunas de las medidas recomendadas para reducir el impacto de estos eventos.
Asimismo, el uso de bioestimulantes y otras estrategias agronómicas está siendo objeto de investigación por su posible capacidad para disminuir los efectos fisiológicos del estrés por anoxia en cultivos de Brassica.
En este contexto, la incorporación de microburbujas/nanoburbujas en el agua de riego surge como una estrategia prometedora para incrementar la disponibilidad de oxígeno en capas compactadas del suelo, mejorar el funcionamiento del sistema radicular y reducir los efectos negativos de la hipoxia, aunque la evidencia científica disponible para suelos compactados y cultivos de Brassicaceae sigue siendo muy limitada.
Diversos estudios han demostrado que la aplicación de agua enriquecida con micro- o nanoburbujas favorece el crecimiento y la actividad del sistema radicular, incrementando la longitud y la biomasa de las raíces, la formación de raíces laterales y pelos radicales, así como la conductividad hidráulica y la absorción de agua y nutrientes, especialmente nitrógeno y fósforo (Ebina et al., 2013; Liu et al., 2016).
Estas mejoras en el entorno edáfico se traducen en un aumento de la fotosíntesis, del contenido de clorofila, del rendimiento y de la eficiencia en el uso del agua, al tiempo que reducen el estrés oxidativo y mejoran el estado fisiológico de las plantas (Ebina et al., 2013; Liu et al., 2016; Agarwal et al., 2022).
Paralelamente el riego con micro/nanoburbujas modifica favorablemente la composición del microbioma de la rizosfera, incrementando la abundancia de bacterias beneficiosas y reduciendo la presencia de microorganismos potencialmente patógenos (Zhang et al., 2023).
No obstante, a pesar de estos prometedores resultados, la mayor parte de las investigaciones se han desarrollado en sistemas hidropónicos, cultivos en sustrato o suelos sin limitaciones físicas, existiendo muy pocos estudios que evalúen el potencial de las micro- y nanoburbujas para mitigar los efectos de la compactación del subsuelo y la hipoxia radicular en condiciones de campo.
Esta importante laguna de conocimiento es especialmente relevante en cultivos hortícolas como el brócoli, donde la compactación y el encharcamiento limitan el desarrollo del sistema radicular y reducen significativamente la productividad.
En el proyecto Hort2thefuture (https://hort2thefuture.eu/), la Universidad Politécnica de Cartagena está desarrollando estudios del efecto de estas tecnologías para paliar los efectos de la compactación y el encharcamiento en cultivo de brócoli y colirrábano. En el mismo proyecto, uso de diferentes materias orgánicas o plantas de cobertera con raíces profundas se están ensayando como mecanismos para mejorar la compactación del subsuelo.
Ensayo del cultivo de brócoli y colirrábano del proyecto Hort2thefuture donde se observa el suelo compactado y encharcado tras un periodo de lluvias intenso en Diciembre de 2025.
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