Resumen Este estudio presenta un enfoque innovador para mejorar la movilización de fósforo en suelos con disponibilidad limitada mediante la integración sinérgica de redes micorrízicas y celdas electroquímicas microbianas CEMs. Partimos de la hipótesis de que la estimulación electroquímica dirigida puede potenciar el crecimiento de hifas micorrícicas y, a la vez, favorecer la liberación de fósforo disponible mediante reacciones en CEMs, incrementando la disponibilidad de P para las plantas por encima de los métodos convencionales de fertilización.

Introducción El fósforo es un macronutriente esencial que frecuentemente limita el rendimiento agrícola porque, pese a su abundancia en los suelos, suele quedar fijado en formas poco solubles. Las micorrizas extienden la capacidad de exploración radicular mediante redes de hifas, pero en suelos con alta fijación de P su eficacia se reduce. Proponemos combinar redes micorrícicas con CEMs para liberar P inaccesible y generar un sistema de fertilización más sostenible y parcialmente autosuficiente.

Metodología integrada El estudio combina modelado matemático de dinámica de redes fúngicas, simulaciones electroquímicas y ensayos en condiciones controladas. La red de hifas se representa mediante un grafo ponderado en el que nodos y aristas describen extremos hifales y conexiones, y la densidad hifal evoluciona según una ecuación tipo reacción-difusión modificada que incorpora dependencia de concentración de fosfato y del potencial electroquímico generado por la CEM. La respuesta al estímulo eléctrico se modela como un término adicional que modula la tasa de crecimiento hifal teniendo en cuenta la humedad y temperatura del suelo.

Modelado de las CEMs y movilización de fósforo Las CEMs se plantean como sistemas anódico-catódo que aprovechan la oxidación microbiana de materia orgánica procedente de exudados radiculares para generar un potencial eléctrico. La liberación de fósforo se modela como un proceso dependiente de voltaje y densidad de corriente con una eficiencia faradaica que refleja la composición de la comunidad microbiana. Se emplean modelos electroquímicos clásicos para relacionar voltaje aplicado, corriente y ritmo de movilización de P, y se optimiza la operación para maximizar P movilizado por unidad de energía consumida.

Diseño experimental Los ensayos se plantean en cámaras de crecimiento controladas usando Medicago truncatula como planta modelo y Rhizophagus irregularis como micorriza. Se comparan cuatro tratamientos: control sin micorrizas ni CEMs; micorrizas únicamente; CEMs únicamente; e integración micorrizas-CEMs. El suelo se mantiene con niveles limitantes de fósforo y la tensión de las CEMs se explora en el rango cero a 1 volt para identificar la condición de compromiso entre movilización de P y gasto energético.

Métricas y análisis La captación de fósforo se cuantifica por ICP-OES en tejidos vegetales. La densidad de la red hifal se analiza por microscopía e imagen, y la disponibilidad de P en suelo por método Olsen. El desempeño de las CEMs se monitoriza mediante registros de voltaje y densidad de corriente y análisis del electrolito. Los parámetros del modelo se calibran con técnicas de optimización bayesiana minimizando error cuadrático medio contra datos experimentales y se evalúa la significancia estadística mediante ANOVA y regresiones para hallar relaciones entre voltaje y movilización de P.

Resultados preliminares Simulaciones y ensayos de laboratorio indican un punto óptimo de operación de la CEM cerca de 0.65 V que maximiza la movilización de P con consumo energético moderado. La combinación CEMs más micorrizas aumentó la captación de fósforo en la planta aproximadamente 3 veces respecto a la inoculación micorrícica estándar en condiciones de deficiencia de P. La interpretación sugiere que el estímulo eléctrico amplifica gradientes de difusión de fósforo en la vecindad de puntas hifales y acelera procesos de desorción o transformación química que vuelven el P disponible.

Escalabilidad y aplicaciones A corto plazo es viable desarrollar prototipos piloto de sistemas CEM integrados con inoculaciones micorrícicas para invernaderos. A medio plazo se considera la fabricación a escala de unidades CEM adaptadas por tipo de suelo y cultivo. A largo plazo la integración con sistemas de fertirriego automatizados permitirá ajustar en tiempo real la tensión de las CEMs según datos de sensores, optimizando la eficiencia y reduciendo la necesidad de fertilizantes convencionales.

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Conclusión La combinación de redes micorrícicas y CEMs representa una vía prometedora para incrementar la disponibilidad de fósforo en suelos limitantes, con beneficios potenciales en sostenibilidad y reducción del uso de fertilizantes sintéticos. Los resultados indican que una estrategia integrada, respaldada por modelos matemáticos y control digital, puede amplificar la captación de P por la planta y ofrecer un sistema ajustable según condiciones locales. Q2BSTUDIO ofrece soporte integral para llevar estas ideas a la práctica mediante software a medida, implementación en la nube, inteligencia de negocio y seguridad, apoyando la transición hacia una agricultura más eficiente y basada en datos.