La región de Arica y  Parinacota  posee  condiciones  ambientales  excepcionales,  que  permiten  el  cultivo  de  hortalizas  durante  todo  el  año  y  el  abastecimiento  de  los  mercados  de  la  zona  central  durante  la  estación  invernal.  Entre  sus  principales  productos  destacan  el  tomate  y  el  maíz,  además  de  cultivos  de  alfalfa,  papa,  olivos  y  pimentón.  Sin  embargo,  la  agricultura  regional  se  enfrenta  a  desafíos  productivos  crecientes,  tales  como  limitar  el  empleo  de  agroquímicos  en  pos  de  reducir  la  dependencia  por  estos  insumos  y  poder  avanzar  hacia  una  agricultura  más  sustentable.  Las  condiciones  ambientales  de  la  región  también  propician  el  desarrollo  de  plagas  y  enfermedades,  las  que  son  controladas  con  el  uso  intensivo  de  plaguicidas,  formulaciones  que  poseen  un  impacto  altamente  negativo  para  la  salud  y  el  ambiente.  En  particular,  los  pesticidas  pueden  generar  desórdenes  respiratorios,  neurológicos,  endocrinos  y  oncológicos  a  quienes  se  exponen  durante  la  manipulación  y  aplicación  en  los  campos,  o  través  del  consumo  de  alimentos  contaminados.  En  el  ambiente,  puede  ocurrir  acumulación  en  el  suelo  y  contaminación  de  los  cursos  de  agua,  alterando  negativamente  las  comunidades  biológicas  asociadas  a  los  cultivos  donde  se  aplican.  Sumado  a  lo  anterior,  el  uso  excesivo  y  frecuente  de  estos  insumos  ha  ido  generando plagas  y  enfermedades  resistentes  a  plaguicidas,  situación  que  fomenta  la  aplicación  de  cantidades  mayores  (lo  que  superaría  los  límites  permitidos),  aumentando  el  riesgo  de  envenenamiento.

La  agricultura  moderna  se  enfrenta  al  desafío  de  mejorar  los  procesos  productivos  y  de  adaptarse  a  las exigencias  del  mercado,  interesado  en  la  producción  limpia  y  sustentable  de  alimentos.  En  este  contexto,  la  tendencia  actual  se  enfoca  en  el  reemplazo  de  los  agroquímicos  tóxicos  por  alternativas  que  permitan  la  producción  inocua  de  frutas  y  hortalizas.  Para  enfrentar  este  desafío,  las  estrategias  de  control  de  plagas  y  enfermedades  se  han  dirigido  al  desarrollo  de  bioinsumos,  productos  biológicos  -generalmente,  derivados  de  microorganismos-  que  se  presentan  al  usuario  final  en  una  amplia  gama  de  formulaciones,  y  que  pueden  ser clasificados  funcionalmente  en:  biopesticidas  (para  el  control  de  plagas),  bioestimulantes  (que  estimulan  el  crecimiento  de  las  plantas)  y  biofertilizantes  (que  ayudan  a  la  captación  de  nutrientes).  Estos  bioproductos  son  biodegradables  y  poseen  baja  o  nula  toxicidad  para  las  personas  y  el  ecosistema.

Naturalmente,  muchos  microorganismos  (hongos  y  bacterias)  viven  en  estrecha  relación  con  las  plantas,  tanto  en  la  superficie  (epífitos),  como  en  el  interior  (endófitos).  Estos  microorganismos  constituyen  comunidades  ecológicas  que  influyen  en  el  crecimiento,  desarrollo  y  productividad  de  las  plantas.  Además,  ayudan  a  mitigar  los  efectos  del  estrés  biótico  y  abiótico  a  través  de  una  modulación  local  y  sistémica  en  la  planta,  mediada  por  la  producción  de  moléculas  que  promueven  el  crecimiento  de  raíces  (por  ejemplo,  facilitando  la  captación  de  nutrientes),  estimulando  la  sanidad  a  través  de  la  activación  de  mecanismos  de  resistencia  sistémica  inducida,  combatiendo  plagas  y  enfermedades  mediante  la  competencia  con  patógenos  y  produciendo  sustancias  antagónicas  y  estimulantes.  Estas  características,  representan  una  oportunidad  para  emplear  estos  microorganismos  benéficos  en  los  cultivos  mediante  el  desarrollo  de  bioproductos.

EL  DESARROLLO  DE  LA  INDUSTRIA

En  términos  generales,  Chile  tiene  una  gran  oportunidad  de  desarrollo  local,  ya  que  posee  una  enorme  diversidad  genética  microbiana  para  el  desarrollo  de  nuevas  soluciones  biológicas,  una  excelente  base  científica  y  fuerza  productiva  y  de  mercado  que  favorece  el  desarrollo  de  la  industria  de  bioproductos.  Esto  se  evidencia  a  través  de  la  presencia  y  crecimiento  de  empresas  nacionales  productoras  y/o  importadoras  de  este  tipo  de  insumos.

Sin  embargo,  el  uso  de  bioproductos  obedece  a  lógicas  locales,  debido  a  que  su  efectividad  está  determinada  por  condiciones  edafoclimáticas  específicas  propias  de  cada  región  productiva,  lo  cual  limita  su  uso  en  lugares  que  poseen  condiciones  extremas  de  cultivo.  Esto  significa  que  la  eficiencia  de  un  bioproducto  puede  ser  limitada,  siendo  muy  efectivos  en  regiones  cuyas  condiciones  ambientales  son  similares  al  sitio  del  cual  se  obtuvo  el  microorganismo,  pero  pueden  mostrar  resultados  erráticos  cuando  se  emplean  en  sectores  donde,  por  ejemplo,  las  concentraciones  salinas  o  cambios  drásticos  de  temperatura  son  notoriamente  superiores  a  los  “comunes”.

En  el  caso  de  la  Región  de  Arica  y  Parinacota,  los  suelos  cultivables  -concentrados  principalmente  en  los  Valles  de  Azapa  y  Lluta-  poseen  alta  concentración  salina  y  boro,  y  están  sometidos  a  un  proceso  de  salinización  creciente,  lo  cual  limitaría  el  uso  de  los  bioproductos  comerciales  disponibles.  Por  lo  tanto,  es  vital  desarrollar  una  solución  que  incluya  formulaciones  de  bioproductos  que  actúen  óptimamente  bajo  las  condiciones  que  impone  este  sector  productivo.

BÚSQUEDA  DE  MICROORGANISMOS 

La  Región  de  Arica  y  Parinacota  abastece  con  hortalizas  “primor”  a  la  zona  central  de  Chile  durante  la  estación  invernal,  siendo  un  sector  altamente  productivo  localizado  en  el  desierto  de  Atacama,  con  un  potencial  solar  ilimitado.  Sumado  a  esto,  cuenta  conprácticas  agrícolas  ancestrales  asociadas  a  grupos  étnicos  locales,  que  han  preservado  técnicas  prehispánicas,  las  cuales  no  involucran  el  uso  de  agroquímicos.  De  lo  anterior,  se  puede  inferir  que  sus  suelos  y,  por  lo  tanto,  la  biodiversidad  microbiana  asociada  a  estos  sitios  de  cultivo  poco  intervenidos,  se  encontrarían  prácticamente  inalterados,  albergando  un  número  importante  de  microorganismos  con  un  alto  potencial  para  el  desarrollo  de  nuevos  bioinsumos  de  uso  agrícola,  que  favorecerían  la  producción  de  los  cultivos  y  otorgarían  protección  contra  fitopatógenos  y  mitigarían  el  estrés  ambiental.

Además,  es  reconocida  la  calidad  de  los  productos  agrícolas  de  esta  región,  por  lo  que  generar  una  colección  de  recursos  genéticos  microbianos  asociados  a  cultivos  de  localidades  específicas  del  norte  de  Chile  se  vuelve  una  tarea  vital,  ya  que  las  prácticas  tradicionales  de  cultivos  han  permitido  la  conservación  del  patrimonio  vegetal  y  microbiológico  de  estos  agroecosistemas.  Se  debe  destacar  que  los  microorganismos  se  encuentran  naturalmente  adaptados  a  las  condiciones  ambientales  que  ofrece  el  desierto  del  norte  de  Chile,  en  particular  en  presencia  de  altas  concentraciones  salinas  y  bóricas.  Por  lo  tanto,  el  desarrollo  de  bioproductos  agrícolas  a  partir  de  agentes  microbianos  aislados  del  desierto  ayudaría  a  dar  solución  a  la  actual  problemática  de  los  bioinsumos  comerciales,  los  cuales  tendrían  una  limitada  efectividad  al  ser  empleados  en  las  condiciones  edafoclimáticas  de  la  Región  de  Arica  y  Parinacota.

El  propósito  principal  de  la  búsqueda  de  estos  recursos  genéticos  microbianos  es  descubrir  microorganismos  o  compuestos  que  permitan  el  desarrollo  de  productos  y  servicios  para  distintos  sectores,  en  este  caso  orientado  al  área  agrícola.  En  esta  perspectiva,  el  Laboratorio  de  Patología  Vegetal  y Bioproductos  de  la  Universidad  de  Tarapacá  y  el  área  de  Bioproductos  de  UC  Davis  Chile  impulsados  por  un  espíritu  de  colaboración  e  integración  institucional,  se  encuentran  desarrollando  una  colección  de  microorganismos  asociados  a  cultivos  de  la  Región  de  Arica  y  Parinacota,  la  cual  ha  permitido  aislar,  caracterizar  y  resguardar  parte  del  patrimonio  microbiológico  regional,  estableciendo  las  bases  para  el  desarrollo  de  nuevos  bioformulados  de  uso  agrícola,  generando  valor  y  favoreciendo  el  desarrollo  sustentable  de  la  producción  agrícola.

La  primera  finalidad  de  esta  colaboración  se  enfocó  en  desarrollar  una  plataforma  para  el  descubrimiento  de  bioproductos  de  uso  agrícola.  Para  esto,  se  muestrearon  cultivos  de  distintas  zonas  de  la  XV  región,  generando  una  colección  de  microorganismos  asociados  a  las  plantas,  y  que  consta  de  más  de  400  cultivos  puros  de  hongos  y  bacterias;  de  ellos,  una  parte  importante  se  identificó  y  caracterizó  funcionalmente  (incluyendo  pruebas  de  fijación  de  nitrógeno,  solubilización  de  fosfato  inorgánico,  producción  de  auxinas  y  sideróforos,  y  pruebas  de  antagonismo  contra  fitopatógenos.

La  colección  no  sólo  está  conformada  por  un  número  importante  de  microorganismos,  sino  que  la  diversidad  asociada  es  amplia,  encontrándose  microorganismos  de  diferentes  géneros,  tales  como  Bacillus,  Pseudomonas,  Penicillium,  y  Fusarium,  los  cuales  han  sido  descritos  por  su  potencial  uso  en  agricultura.  Además,  los  hongos  y  bacterias  aislados  están  naturalmente  adaptados  a  ambientes  salino-bóricos,  lo  que  ofrece  una  ventaja  comparativa  respecto  a  los  bioproductos  disponibles  comercialmente,  los  cuales  presentan  limitaciones  de  uso  en  la  región  y  en  otras  zonas  similares.  El  potencial  que  alberga  la  colección  en  cuanto  a  sus  características  funcionales  permite  establecer  una  línea  base  para  el  desarrollo  de  una  plataforma  de  escalamiento  y  formulación  que  permitirá  la  validación  y  empaquetamiento  de  nuevos  bioproductos  extrapolables  a  un  contexto  regional,  nacional  e  incluso  internacional.

Ambas  instituciones  han  recogido  la  necesidad  de  desarrollar  una  solución  que  incorpore  microorganismos  nativos  de  ambientes  áridos  para  desarrollar  bioproductos  activos  y  efectivos  bajo las  condiciones  que  impone  esta  zona  del  país,  siendo  los  principales  objetivos  apoyar  la  producción  inocua  de  alimentos,  reducir  el  uso  de  agroquímicos,  favorecer  la  producción  sustentable,  y  desarrollar  estrategias  de  manejo  de  plagas  y  enfermedades  usando  alternativas  que  son  compatibles  con  la  salud  y  amigables  con  el  ambiente.

Estos  objetivos  se  desarrollan  mediante  la  ejecución  de  investigación  científica  y  tecnológica  que  mejore  la  comprensión  y  favorezca  la  aplicación  de  la  diversidad  microbiológica  regional  y  sus  propiedades,  con  finalidad  última  de  dar  mayor  valor  a  los  productos  agrícolas  locales,  y  permitir  el  acceso  de  nuevas  tecnologías  generadas  a  partir  de  microorganismos  de  la  región.

PROYECCIÓN  DE  LOS  BIOINSUMOS  PARA  LA XV  REGIÓN 

Hoy,  la  aplicación  de  bioinsumos  está  atrayendo  la  atención  regional  como  una  estrategia  más  segura  que  promueva  el  crecimiento  y  producción  de  los  cultivos  de  la  zona;  además,  permite  el  control  de  plagas  y  enfermedades  con  una  disminución  de  los  efectos  colaterales  en  la  salud  y  el  ambiente.  El  desarrollo  de  bioproductos  funcionales  en  ambientes  salino-bóricos,  como  el  de  la  Región  de  Arica  y  Parinacota,  incentivaría  una  agricultura  con  menor  uso  de  agroquímicos  en  los  valles  del  desierto,  en  la  que  los  agricultores  incorporen  productos  de  origen  biológico  como  parte  de  sus  estrategias  de  manejo  integrado  de  plagas.  Por  lo  tanto,  el  desarrollo  apropiado  de  bioinsumos  nativos  del  desierto  de  Atacama  podría  ayudar  a  generar  mayor  sustentabilidad  a  la  agricultura  de  la  zona,  reduciría  problemas  de  salud asociados  a  los  agroquímicos  y,  además,  disminuiría  los  efectos  en  el  ambiente  y  en  las  comunidades  ecológicas  benéficas  asociadas  a  los  cultivos  donde  se  emplearán,  lo  cual  involucraría  la  preservación  de  la  biodiversidad  regional.

Si  bien  la  tendencia  actual  está  dirigida  al  reemplazo  de  los  agroquímicos,  se  requiere  más  investigación  enfocada  en  la  producción,  formulación  y  métodos  de  aplicación  de  los  bioinsumos.  En  este  sentido,  la  colaboración  institucional  entre  la  UTA  y  UC  Davis  Chile  busca  no  sólo  aislar,  identificar  y  caracterizar  poblaciones  microbianas  endémicas  de  la  XV  región  con  el  potencial  necesario  para  el  desarrollo  de nuevos  bioproductos,  sino  que  también  pretende  establecer  las  bases  científicas  y  tecnológicas  necesarias  para  desarrollar  nuevos  bioproductos  de  forma  segura  y  reproducible.  Dentro  de  este  contexto,  se  está  estableciendo  una  plataforma  de  escalamiento  y  formulación,  la  cual  se  basó  en  la  selección  de  microorganismos  candidatos  más  prometedores  de  la  colección  microbiana  obtenida,  los  cuales  serán  escalados  con  la  finalidad  de  obtener  concentraciones  microbianas  habilitantes  para  el  desarrollo  de  formulaciones  de  bioproductos  funcionales  en  ambientes  salino-bóricos.

Además,  se  estudiará  la  eficacia  de  los  potenciales  bioproductos  en  campo  para  conocer  en  terreno  el  efecto  de  los  microorganismos  candidatos  sobre  el  crecimiento  de  los  cultivos  y  el  potencial  control  de  problemas  fitosanitarios,  permitiendo  conocer,  además,  las  dosis  requeridas  y  los  métodos  de  aplicación.

Mediante  el  empleo  de  estas  metodologías  se  espera  contar  con  un  bioproducto  endémico  del  desierto,  el  cual  pueda  ser  utilizado  en  la  región,  y,  eventualmente,  podría  ser  aplicado  en  lugares  con  condiciones  ambientales  similares  al  desierto  de  Atacama.

Escrito por: Patricio Muñoz Torres, Bioquímico y Licenciado en Bioquímica. Investigador Postdoctoral UCDavis Chile – UTA.

Germán Sepúlveda Chavera, Ingeniero Agrónomo y académico UTA.

Con la llegada de la agricultura de precisión a la producción industrial se ha alcanzado la capacidad de diseñar campos estratégicamente, transformando los métodos de cultivo tradicionales en una actividad digital y autosuficiente.

Para prepararnos para estos nuevos paisajes, el diseñador Benedikt Gross presentó un trabajo que explora la relación entre el paisaje, la agricultura y la fabricación digital. El proyecto emplea la idea de “impresión agrícola” para investigar las posibilidades de la fabricación digital y sus aplicaciones en la agricultura moderna. El experimento aplica algoritmos de partición para crear un modelo ambientalmente beneficioso para los campos de producción de biomasa y energía estandarizados.

Estas áreas adicionales establecen y mejoran la relación entre la fauna y la flora y sus hábitats, así como el aumento de la diversidad para aliviar los problemas típicos de los monocultivos. Por el momento es difícil decir si el dinero que esto permitiría ahorrar en pesticidas es más que el costo de la cartografía y la siembra de precisión.

La era del Big data ha llegado. Su promesa: optimizar la productividad humana en sus múltiples dimensiones. Su insumo más fundamental: el extraordinario volumen de datos digitales que generamos durante nuestras actividades rutinarias, desde una compra de supermercado que registra nuestras preferencias alimenticias hasta un control médico anual que detecta cambios en nuestra salud. Muchos especulan que el potencial del Big data para transformar la agricultura es enorme, mayor incluso que el de la Revolución verde, a la que se le atribuye rescatar a mil millones de personas de la inanición.

Antes de justificar este potencial, es importante entender por qué la agricultura exige una nueva revolución. En solo tres décadas, nuestro planeta tendrá que alimentar a tres mil millones de personas más que hoy. Este número equivale a la totalidad de la población mundial en 1960, a principios de la Revolución verde.

Según la FAO, un tercio de esas tres mil millones de personas, es decir, uno de cada siete habitantes del planeta en la actualidad, padecen de hambre hoy. Para mayor alarma, el capital natural del que dependemos para producir alimentos ha sido críticamente sobregirado: la frontera agrícola agotada, el sistema climático perturbado, los servicios ecosistémicos degradados y la biodiversidad amenazada. Ante este apocalíptico panorama, ¿cómo pretende el Big data revolucionar la agricultura?

Oferta de valor

La oferta de valor del Big data yace en ayudar a los agricultores a tomar mejores decisiones. Se estima que producir un cultivo involucra, al menos, cuarenta decisiones en cada temporada. Estas incluyen, por ejemplo, qué semilla usar, cuándo sembrarla, a qué densidad, y qué insumos elegir para nutrirla y protegerla de plagas y enfermedades.

Cada resolución ofrece una oportunidad para acercar al cultivo a su óptimo productivo en una determinada localidad. Múltiples estudios indican que, en promedio, ese potencial bordea el doble de la producción actual, lo suficiente para responder a la creciente demanda de alimentación global. Esto sugiere que ayudar a los agricultores a tomar mejores decisiones encierra un enorme potencial para transformar la agricultura, lo que es justamente la fortaleza diferenciadora del Big data.

Pruebas de conceptos

La aplicación del Big data para optimizar el Manejo Integrado de Plagas (MIP) ejemplifica este potencial. Debido a su alta complejidad, las ineficiencias del MIP destacan entre las más relevantes de la agricultura moderna. A nivel global, el uso de plaguicidas se ha multiplicado más de quince veces desde 1960.

Paradójicamente, a pesar de ello, las pérdidas por plagas se han mantenido constantes, promediando 25% en la agricultura industrial y 45% en la agricultura de subsistencia. Por eso, resolver esta ineficiencia encierra no sólo la oportunidad de aumentar la producción agrícola, sino también la de reducir su huella ambiental.

Estudios pioneros en la U. de California, Davis (UC Davis, Estados Unidos), liderados por el Dr. Jay Rosenheim, han revelado prometedores avances en este frente. Poniendo a prueba el potencial del Big data en el MIP, Rosenheim compiló una masiva base de datos de producción de algodón en California integrando: (1) registros históricos de rendimiento obtenidos de productores participantes; (2) registros de monitoreo y manejo del insecto plaga Lygus hesperus, de los asesores agrícolas que ofrecieron servicios a los productores del estudio; y (3) datos meteorológicos de fuentes públicas disponibles en internet.

Los primeros análisis de esta base de datos permitieron estimar el impacto de L. hesperus en el rendimiento de algodón contando con 1.118 observaciones, más de cien veces el número de observaciones que ofrece el típico experimento diseñado con ese mismo propósito. Gracias a la insólita magnitud del estudio, basado en datos reales de producción y no en datos experimentales, Rosenheim logró caracterizar ineficiencias previamente no reconocidas en el manejo químico de L. hesperus en California, sugiriendo el potencial de reducir aplicaciones y, al mismo tiempo, aumentar rendimientos.

Bajo el asesoramiento de Rosenheim, mi investigación doctoral en Los Andes peruanos fue similarmente alentadora. Trabajando junto a 140 pequeños productores paperos, generamos una base de datos con 33 variables relacionadas al impacto de gorgojos de papa (Premnotrypes spp.) en sus campos.

Los datos se basaron en imágenes aéreas, registros de producción, y análisis de suelos; y fueron sujetos a más de 130 mil algoritmos predictivos para detectar patrones de asociación relevantes al MIP de esta plaga.

También en este estudio los resultados caracterizaron ineficiencias significativas en el uso de insecticidas, sugiriendo estrategias para maximizar su impacto. Más interesantemente, detectamos que algunas prácticas ecológicas, entre ellas la rotación de papa con otros cultivos andinos, aparentan tener una efectividad comparable al uso racional de insecticidas. Estas experiencias demuestran que el Big data ofrece una metodología versátil para identificar y corregir ineficiencias en el MIP, ya sea en la agricultura industrial como en la de subsistencia.

Tendencias habilitadoras

Como lo ilustran estos ejemplos, Big data aprovecha dos tendencias habilitadoras que caracterizan la agricultura de hoy. La primera es la explosión en la disponibilidad de datos que documentan la actividad agrícola. Estos resultan principalmente de la proliferación de imágenes satelitales, la democratización del acceso a sensores y drones, y la progresiva migración de los registros de producción de papel a medios digitales.

La segunda tendencia es la amplificación exponencial en nuestra capacidad para gestionar y analizar estos datos. Al integrarlas sinérgicamente, Big data tiene un potencial titánico para extraer inferencias que facilitan la toma de decisiones, en una magnitud inalcanzable aún para el más sofisticado de los experimentos científicos.

Un negocio emergente

Un indicador optimista de este potencial son las crecientes inversiones en emprendimientos que ofrecen servicios Big data a agricultores. La más grande de estas inversiones fue la adquisición de Climate Corporation por Monsanto en 2013, por la notable suma de mil millones de dólares. Monsanto estima que el mercado potencial de servicios Big data en la agricultura es de veinte veces su inversión; es decir, veinte mil millones de dólares.

Bajo el alero de Monsanto, hoy la plataforma FieldView de Climate Corporation factura por sus servicios prestados a 5,6 millones de hectáreas, lejos todavía de sus proyecciones iniciales. Otros emprendimientos destacados en este sector incluyen a Farmers Business Network (FBN) y Farmers Edge.

Hasta la fecha, los servicios de estos emprendimientos se han enfocado en las grandes extensiones de producción de granos en los Estados Unidos.

Qué hace UCDavis Chile

UC Davis Chile reconoce el potencial único que ofrece el Big data para facilitar la agricultura del futuro. Nuestra experiencia demuestra que una de las oportunidades más valiosas yace en transformar el creciente volumen de datos de producción -estérilmente archivados en registros de papel y archivos Excel- en instrumentos potentes para la optimización productiva.

La plataforma de investigación Climate Smart Agro ha sido diseñada justamente para responder a esta oportunidad. Su misión es catalizar la aplicación práctica del Big data para lograr una agricultura más rentable, productiva y eco-eficiente.

Alianza UCDavis Chile + Mundoagro

UCDavis ha reconocido la necesidad de poner al servicio del agro no tan sólo conocimiento y capacidades, con el objetivo de desarrollar herramientas biotecnológicas que potencien la productividad y la competitividad de la agroindustria nacional de manera eficiente e innovadora.

Escrito por e Coordinador de Programas Agronomía y Medioambiente U. de California, Davis en Chile (UC Davis Chile)