Con el incremento de la demanda global de alimentos, fibra y bioenergía, el uso eficiente y eficaz de los recursos se ha convertido en un gran desafío, pues de ello depende la sustentabilidad agrícola, ambiental, industrial y de los mercados. Es por esto que en los últimos años el interés en agricultura inteligente, productiva y […]
A nivel del manejo del suelo y la nutrición de los cultivos se ha venido estableciendo el concepto de manejo integrado, que busca mejorar la calidad del suelo en sus aspectos físicos, químicos y biológicos. Se busca desarrollar suelos de buenas características físicas, equilibrados nutricionalmente y activos desde el punto de vista microbiológico. Esto permite cultivar plantas sanas, de buen desarrollo radicular que sostenga una buena estructura aérea y buenos rendimientos y calidad. La utilización de diferentes bioproductos de origen microbiano (bioinoculantes), materia orgánica y otras fuentes naturales de productos de uso agrícola (de origen animal o vegetal) se integran como parte de la estrategia en los nuevos programas de nutrición, enmiendas de suelo y control de plagas y enfermedades.
Bioinoculantes
Los microorganismos benéficos del suelo se han aislado y estudiado desde principios del siglo XIX y hoy existen numerosos grupos de investigación trabajando en aislamiento y descripción de nuevas especies microbianas, en particular bacterias, con potencial para la agricultura, la biorremediación, la biomedicina y la industria alimentaria. Dentro de los microorganismos, a nivel agrícola se han desarrollado diferentes prototipos y productos, con distintas funciones, que se conocen con el nombre genérico de bioinoculantes.
Los bioinoculantes pueden servir como biofertilizantes, bioestimuladores, reguladores de estrés, agentes de biocontrol, degradadores de materia orgánica o como biorremediadores cuando son aplicados a suelos y cultivos. Los microorganismos rizosféricos que producen estimulación de crecimiento vegetal, o PGPR, se han incluido dentro del término bioestimulante, junto con otros compuestos que se mencionan más adelante.
Biofertilizantes
La demanda de nutrientes de los cultivos puede ser satisfecha a través de la aplicación de fertilizantes y materiales orgánicos que los aporten. Sin embargo, existen grupos de microorganismos capaces de suministrar parte de los requerimientos nutricionales del cultivo a través de distintos mecanismos: los más comunes son mineralización de la materia orgánica del suelo, fijación biológica del nitrógeno atmosférico y solubilización de nutrientes que se encuentran formando parte de compuestos de baja solubilidad en el suelo. La aplicación de microorganismos descomponedores de materia orgánica permite mineralizar los nutrientes (mineralización: paso de nutrientes en forma orgánica a inorgánica) presentes en la materia orgánica, dejándolos disponibles en la solución del suelo. Por su parte, los fijadores de N atmosférico pueden ser de vida libre (Azotobacter sp., algas verdeazules), asociados a la rizósfera del cultivo (Azospirillum sp.) o simbióticos (Rhizobium sp.).
Finalmente, los solubilizadores de nut
rientes pertenecen a distintas especies, y solubilizan los nutrientes a través de distintos mecanismos, en particular, la acidificación o alcalinización del medio, dependiendo del pH del suelo.
Un biofertilizante puede definirse como una formulación que contiene células vivas o latentes de cepas microbianas eficientes como fijadores de nitrógeno o solubilizadoras de nutrientes, aplicadas a las semillas o al suelo, con el objetivo de incrementar el número de estos microorganismos en el medio y acelerar los procesos microbianos para aumentar las cantidades de nutrientes que pueden ser asimilados por las plantas o acelerar los procesos fisiológicos que influyen sobre el desarrollo y rendimiento de los cultivos. En el mercado existen biofertilizantes de fósforo a base de cepas seleccionadas de Pseudomonas fluorescens capaces de suministrar entre el 25 y 40% de las necesidades de P de varios cultivos, con un incremento en los rendimientos de entre el 10 y 20%.
Con respecto al nitrógeno cepas nativas y seleccionadas de Rhizobium y Bradyrhizobium pueden aportar entre el 60 y 75% del N demandado para frejol, maní, soya y otras leguminosas.
En el manejo integrado de la nutrición (MIN) el uso de biofertilizantes es absolutamente factible; sin embargo, un punto clave es la reducción de las dosis de nutrientes y la aplicación de fuentes de C, de manera que los microorganismos puedan trabajar adecuadamente. Por ejemplo, la presencia de abundante N o P en la solución del suelo inhibe la fijación biológica del N atmosférico o la solubilización de P, respectivamente.
BIOESTIMULANTES
Los productos llamados biostimulantes se han transformado, en el último lustro, en una estrategia de gran interés para la agricultura intensiva de exportación. Su característica principal es que, siendo materiales diferentes a los fertilizantes, aplicados en bajas dosis promueven el crecimiento vegetal, a nivel de raíces, parte aérea y fruta. Un bioestimulante se define como un producto que contiene células vivas o latentes de cepas microbianas, previamente seleccionadas, que se caracterizan por producir sustancias fisiológicamente activas (auxinas, gibelinas, citoquininas, aminoácidos, péptidos y vitaminas) que al interactuar con el sistema planta, desencadenan diferentes eventos metabólicos, en función de estimular el crecimiento, desarrollo y rendimiento de los cultivos.
A diferencia de los biofertilizantes, los bioestimulantes no están directamente asociados a la sustitución de nutrientes en los cultivos, sino que se emplean independientemente de la aplicación o no de estos insumos. La expresión de los bioestimulantes se logra cuando las plantas están adecuadamente nutridas.
El término bioestimulante es el más complejo de definir pues siendo un formulado de origen biológico puede estimular la productividad de las plantas no sólo de forma directa sino también indirecta. Esto es por su efecto sobre propiedades o complejos bioquímicos que desencadenan otras reacciones en la planta, y no sólo como consecuencia de la presencia de algún nutriente esencial, reguladores de crecimiento o compuestos protectores. Estos grupos incluyen las sustancias y microorganismos, que van desde ácidos húmicos, hormonas (auxinas, citoquininas o derivados), bacterias PGPR y hongos benéficos.
Dada la dificultad para determinar un “modo de acción” para un bioestimulante, y reconociendo la necesidad de que el mercado de estos insumos logre legitimidad, las empresas que desarrollan los productos así como los organismos de regulación deberían enfocar la investigación y validación de bioestimulantes sobre las pruebas de eficacia e inocuidad, y la determinación de un conjunto de mecanismos de acción, y no necesariamente reducirse a la determinación de un modo de acción específico. Si bien existe un claro imperativo comercial para racionalizar los bioestimulantes como una clase discreta de productos, también existe un convincente campo biológico para el desarrollo científico y la experimentación con estos productos, con la expectativa de que esto pueda conducir a la identificación de nuevas moléculas biológicas y fenómenos, vías y procesos que no se habrían descubierto si la categoría de bioestimulantes no existiera o no se considerara legítima.
BIORREMEDIACIÓN
Algunos autores consideran que la siguiente generación de inoculantes microbianos se desarrollará con base en la biorremediacion. Este campo implica el uso de microorganismos para inactivar, inmovilizar (secuestrar) o degradar compuestos tóxicos presentes en el suelo.
La capacidad de las bacterias para degradar compuestos tóxicos y con potencial como promotores o bioestimulantes sugiere que estas bacterias podrían interactuar efectivamente con las plantas en suelos agrícolas contaminados, por una parte, llevando a cabo la degradación de contaminantes y, por otra, aumentando los rendimientos de los cultivos. En Chile, el uso de biorremediadores es de particular interés en suelos contaminados con metales.
Cuando las bacterias están en interacción con las plantas de cultivo, la expresión de los genes implicados en la biorremediación y la promoción del crecimiento de las plantas puede ser fundamental para obtener el efecto beneficioso. Algunos autores plantean que estos genes podrían activarse o desactivarse dependiendo de las condiciones ambientales, lo que sugiere que las diferentes condiciones de suelo en los campos de cultivo pueden estar afectando la expresión génica, que explicaría las diferencias obtenidas entre los ensayos de laboratorio y de campo.
PROBLEMÁTICAS EN EL USO MASIVO DE BIOINOCULANTES
Estos productos, independientemente de su función, deben cumplir con tres características fundamentales y esenciales en su formulación:
1 Favorecer el crecimiento de microorganismos previstos.
2 Llevar lo necesario para mantener el número de células microbianas viables en buenas condiciones fisiológicas durante un período de tiempo aceptable.
3 Entregar suficientes microorganismos al momento de la inoculación para alcanzar un número umbral de individuos que generen una respuesta de la planta; es decir, el inoculante debe contener suficiente número de individuos viables después del proceso de formulación.
A pesar del gran número de informes que muestran las ventajas del uso de PGPB (Bacterias promotoras de crecimiento vegetal) en los cultivos, la aplicación comercial de estos microorganismos es todavía poco explorada en comparación con la cantidad total de tierras agrícolas del mundo. Varias son las razones, pero dos aspectos fundamentales son la formulación y los factores ambientales sobre los que deben establecerse los microorganismos.
Las formulaciones microbianas no siempre tienen la eficacia deseada. Así como la aspirina no es sólo ácido salicílico, un bioinoculante no es sólo el (o los) microrganismo (s) de interés. El producto antes de salir al mercado deberá formularse adecuadamente.
La formulación consta de dos partes: portador o carrier, que se refiere a componentes o sustratos abióticos (sólido, líquido o gel) que se usan en el proceso de formulación, y el principio activo, que se refiere al (o los) microorganismo(s) de interés. Durante la producción, empaque, almacenamiento y distribución debe llevarse a cabo un estricto control de calidad, que se refiere al proceso de medición de parámetros de calidad definidos del inoculante: pureza, concentración y eficacia. Al final, la garantía de calidad es la evaluación realizada a través de procedimientos y técnicas de control de calidad. En leguminosas, por ejemplo, la calidad del inoculante se define por dos aspectos: el número de células viables y efectivas capaces de nodular plantas y la fijación de nitrógeno de la cepa entregada por el inoculante en el punto de venta. Para PGPB, aplican parámetros similares, con efectos sobre variables agronómicas, y con mayor énfasis en la evaluación de su inocuidad, es decir, libre de contaminantes y la ausencia de agentes biológicos o químicos, que causen daño sobre la salud de animales y el hombre.
Los preparados de formulación simple están sujetos a rápida pérdida de la calidad, representada en la disminución de la viabilidad de las células, así como a baja tolerancia a almacenamiento a temperaturas superiores a los 10°C.
BIOINOCULANTES COMERCIALES EN CHILE
La industria de bioinsumos agrícolas ha adquirido importancia en Chile, y actualmente numerosos productores, distribuidores y usuarios de estos productos colaboran en su desarrollo. Sin embargo, la información sistematizada es escasa, desconociéndose con exactitud la cantidad de empresas existentes, el número de productos comercializados, la cantidad de ventas y sus usuarios, entre otros aspectos. Pese a todo lo anterior, se cuenta en Chile con empresas importadoras y productoras de insumos biológicos de uso agrícola que comercializan cerca de 400 diferentes productos, siendo mayor el número de empresas importadoras, con un tamaño estimado de mercado para 2015 que asciende a USD 11.000, con un crecimiento anual estimado superior al 2,4%.
BIOINSUMOS Y AGRICULTURA DE PRECISIÓN
La mayoría de los productores reconoce que existen características del suelo y ambientales que afectan los rendimientos, esto es textura, estructura, humedad, materia orgánica, estado de nutrientes, posición del paisaje, clima, lluvias o factores bióticos como la presencia de malezas, insectos y enfermedades. Sabiendo esto, así como se realizan las aplicaciones de agua, nutrientes, herbicidas, y plaguicidas de manera sitio-específica, el desarrollo y aplicación de inoculantes, agentes de control biológico, hormonas de crecimiento o biofertilizantes también debe hacerse de la forma más sitio-específica posible, considerando además enfoques integrados, para obtener mejores rendimientos y calidad y minimizar el impacto ambiental.
En resumen, para un adecuado uso de microorganismos en programas de manejo integrado es necesario:
Escrito por: María Mercedes Martínez, Rodrigo Ortega y Rene Novo.
