Bokashi y biohidrogel: biotecnología acoplada para la recuperación de la salud del suelo

Abstract

RESUMEN. La degradación del suelo es una de las crisis ambientales más graves y de mayor impacto a nivel mundial. Este recurso ha ido colapsando a un ritmo sin precedentes, proyectándose para el 2050 más del 90% de los suelos con serios problemas de degradación. Es por esto por lo que se ha considerado una crisis silenciosa y devastadora. La situación en México no es tan diferente a la situación mundial; cerca del 75% de sus suelos cuentan con algún signo de deterioro, siendo las zonas áridas y semiáridas las que presentan un daño edáfico más acentuado, provocando una amenaza para la producción agrícola y un daño a los servicios ecosistémicos. Ante este panorama, es importante evaluar y recuperar la salud del suelo con soluciones sostenibles, escalables y de fácil acceso, surgiendo así biotecnologías sostenibles como es el uso de bokashi y el biohidrogel, las cuales permiten la reintegración de nutrientes al ciclo edáfico por medio de proceso naturales y de bajo costo, permitiendo una mejora química, biológica y física del suelo. El bokashi es considerada una biotecnología de enmienda sencilla e innovadora que recicla y valoriza los residuos orgánicos, para obtener un producto rico en nutrientes útil para la fertilidad del suelo, el bokashi se genera a partir de una fermentación anaeróbica controlada por acción de microorganismo. En este trabajo de investigación, el bokashi se elaboró a partir de residuos sólidos urbanos orgánicos, lo que permitió transformar desechos en recursos productivos y promovió un modelo de economía circular, ya que se incluyeron fuentes de microorganismos efectivos a partir de componentes de uso doméstico. La incorporación del bokashi al suelo se ha asociado a mejoras en las propiedades físicas, como la estructura del suelo, mejoras químicas mediante el enriquecimiento con materia orgánica y nutrientes en forma asimilable, y mejoras biológicas al incorporar una diversidad microbiana benéfica. El biohidrogel utilizado en este trabajo fue sintetizado a partir de polímeros naturales, como el alginato de sodio, y reticulado con lactato de calcio, reforzado con montmorillonita, lo que le confiere estabilidad estructural, alta capacidad de retención de agua y control en la liberación de nutrientes. Esta biotecnología ambiental permite combinar sustentabilidad y funcionalidad al mejorar la eficiencia en el uso del agua, regular la disponibilidad de nutrientes y otorgar resiliencia ante el estrés hídrico, conservando la humedad y prolongando la disponibilidad de nutrientes. En conjunto, ambas biotecnologías ofrecen una alternativa de restauración ecológica con bajo impacto ambiental y potencial de replicación. Por ello, el objetivo general de este trabajo fue evaluar la biotecnología acoplada bokashi-biohidrogel en la recuperación de la salud del suelo, mediante la cuantificación de parámetros físicos, químicos y biológicos en un modelo experimental basado en columnas de acrílico bajo condiciones controladas. Se cuantificaron en cada uno de los cuatro modelos experimentales parámetros físicos (densidad aparente, capacidad de campo, textura, conductividad hidráulica), químicos (pH, conductividad eléctrica, capacidad de intercambio catiónico, materia orgánica, macronutrientes y carbonatos) y biológicos (actividades enzimáticas de β-glucosidasa, fosfatasa, arilsulfatasa y ureasa), seleccionados por su sensibilidad para reflejar los procesos de recuperación y la funcionalidad del suelo. El modelo experimental que mostro mayor efectividad y una mejora en los componentes químicos y biológicos fue el tratamiento con bokashi + biohidrogel + lixiviado, presentándose aumentos significativos en la retención catiónica de potasio, calcio y magnesio, un incremento en las concentraciones de fósforo, azufre, materia orgánica, así como también un aumento de la actividad enzimática β-glucosidasa y fosfatasa, estos últimos reflejando una reactivación de los ciclos biogeoquímicos esenciales para la regeneración edáfica, a diferencia de los parámetros físicos que presentaron un cambio más lento, debido a la naturaleza progresiva de los procesos estructurales del suelo. El análisis estadístico de componentes principales (PCA de Pearson) presentó correlaciones significativas con la materia orgánica, la conductividad eléctrica, el fósforo y las enzimas β glucosidasa y ureasa, siendo los indicadores más representativos de la restauración del suelo; sin embargo, la materia orgánica y la conductividad eléctrica explicaron en gran medida la variabilidad total, mostrando la dominación en la recuperación temprana del suelo. Según los resultados anteriores, nos permiten concluir que el acoplamiento de bokashi y biohidrogel constituyen una biotecnología de restauración integral, capaz de mejorar mecanismos biogeoquímicos importantes para la recuperación del suelo de una manera sostenida, combinando la liberación progresiva de nutrientes por medio de la estabilización hídrica, favoreciendo el desarrollo microbiano y mejorando propiedades físicas como la porosidad y la retención de agua. Aunado a lo anterior, este acople de biotecnologías presenta una viabilidad económica, ambiental y social al utilizar y aprovechar los residuos orgánicos urbanos, promoviendo la disminución de pasivos ambientales y generando un producto con valor agregado, lo que promueve la sostenibilidad, la regeneración y la economía circular. El presente trabajo concluye que la recuperación de la salud del suelo debe ser un proceso sistémico, donde interactúen de forma dinámica dimensiones físicas, químicas y biológicas, así, el uso combinado de bokashi y biohidrogel ofrece un camino viable para restaurar suelos degradados, fortaleciendo la resiliencia de los ecosistemas edáficos en regiones áridas y semiáridas como lo es el Altiplano Potosino.

ABSTRACT. Soil degradation represents one of the most severe and impactful environmental crises worldwide. This resource has been degrading at an unprecedented rate, and projections indicate that by 2050, more than 90% of global soils will be severely degraded; hence, it has been described as a silent and devastating crisis. The situation in Mexico mirrors this global scenario: nearly 75% of its soils exhibit some degree of deterioration, with arid and semi-arid regions showing the most pronounced edaphic damage, posing a serious threat to agricultural production and to the provision of ecosystem services. Given this panorama, it is imperative to evaluate and restore soil health through sustainable, scalable, and accessible solutions. Within this framework, sustainable biotechnologies such as Bokashi and biohydrogel emerge as promising strategies, enabling the reintegration of nutrients into the soil cycle through natural, low-cost processes that enhance the soil's chemical, biological, and physical properties. Bokashi is considered an innovative, simple amendment biotechnology that recycles and valorizes organic residues to produce a nutrient-rich product that benefits soil fertility. It is produced through controlled anaerobic fermentation by microorganisms. In this study, Bokashi was prepared using organic municipal solid waste, transforming residues into productive resources and promoting a circular-economy model, since it includes sources of effective microorganisms from household components. The incorporation of Bokashi into soil has been associated with improvements in physical properties, such as soil structure, and with chemical enrichment through the addition of assimilable organic matter and nutrients, as well as biological enhancement by introducing beneficial microbial diversity. The biohydrogel used in this research was synthesized from natural polymers, including sodium alginate, cross-linked with calcium lactate, and reinforced with montmorillonite, providing structural stability, high water-retention capacity, and controlled nutrient release. This environmental biotechnology combines sustainability and functionality by improving water-use efficiency, regulating nutrient availability, and enhancing resilience under water stress conditions, while conserving soil moisture and prolonging nutrient availability. Together, these two biotechnologies constitute an ecological restoration alternative with low environmental impact and high replicability potential. Therefore, the main objective of this study was to evaluate the coupled biotechnology—Bokashi + Biohydrogel—for soil health recovery by quantifying physical, chemical, and biological parameters in an experimental acrylic column model under controlled conditions. Each of the four experimental models was evaluated through physical parameters (bulk density, field capacity, texture, hydraulic conductivity), chemical parameters (pH, electrical conductivity, cation-exchange capacity, organic matter, macronutrients, and carbonates), and biological parameters (activities of β-glucosidase, phosphatase, arylsulfatase, and urease), selected for their sensitivity in reflecting soil recovery and functionality processes. The experimental model that showed the greatest effectiveness and improvement in chemical and biological components was the treatment Bokashi + Biohydrogel + Leachate, which exhibited significant increases in cation retention (K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺), higher concentrations of phosphorus, sulfur, and organic matter, and enhanced enzymatic activities of β-glucosidase and phosphatase—key indicators of the reactivation of essential biogeochemical cycles for edaphic regeneration. In contrast, physical parameters changed more slowly due to the progressive nature of soil-structure formation processes. The Principal Component Analysis (PCA, Pearson method) revealed significant correlations between organic matter, electrical conductivity, phosphorus, and the enzymes β-glucosidase and urease, which were the most representative indicators of soil restoration. Among these, organic matter and electrical conductivity accounted for the total variance, indicating their dominant role in the early stages of soil recovery. These results demonstrate that the coupling of Bokashi and biohydrogel constitutes an integral restoration biotechnology, capable of sustainably enhancing key biogeochemical mechanisms for soil recovery. This is achieved through the progressive release of nutrients under stabilized moisture conditions, which favor microbial development and improve physical properties such as porosity and water retention. Furthermore, this coupled biotechnology presents economic, environmental, and social feasibility, as it utilizes urban organic waste, reduces environmental liabilities, and generates value-added products that promote sustainability, regeneration, and circular-economy principles. In conclusion, this study highlights that soil health restoration must be a systemic process in which the physical, chemical, and biological dimensions interact dynamically. The combined use of Bokashi and biohydrogel offers a viable path to regenerate degraded soils, strengthening the resilience of edaphic ecosystems in arid and semi-arid regions such as the Altiplano Potosino in Mexico.