El reciclaje es un componente esencial de la economía circular, donde el desecho de un proceso sirve como materia prima para otro. En el caso de la agricultura y la agroindustria, los residuos orgánicos provenientes de la producción animal, de granos, packing de frutas y verduras pueden ser aprovechados para producir materia orgánica en distintos grados de humificación. Además de materia orgánica y nutrientes, aportan al suelo microorganismos que generan múltiples beneficios, no solo sobre la calidad y salud de suelos, sino sobre el desarrollo y calidad de los cultivos.

Los abonos orgánicos incluyen compost, vermicompuesto, bocashi, estabilizados de ave y biodigestatos, entre otros, los cuales varían tanto en su forma de obtención (aeróbica o anaeróbica) como también en la metodología de manejo, composición final y aptitud como fertilizante o enmienda. En todos los casos, la transformación se plantea como respuesta a una problemática ambiental, que a su vez ofrece la producción de abonos orgánicos, además de biogás en el caso de los sistemas anaeróbicos de transformación.

En el presente artículo se presentan algunas formas de reciclaje de materiales orgánicos con énfasis en la producción de bocashi (bokashi, según figura en la literatura en inglés) y vermicompuesto. La producción de compost, por su parte, ha sido cubierta en números anteriores de Mundoagro.

BOCASHI

Es un producto sólido obtenido de la degradación de materiales orgánicos con intervención de microorganismos. Inicialmente el bocashi fue producido en Japón, empleando cascarilla de arroz y una mezcla de microorganismos; sin embargo, en la actualidad el proceso se lleva a cabo de distintas formas, a partir de diferentes sustratos y bajo diferentes condiciones, lo que hace complejo utilizar un sistema único de evaluación de su calidad.

El bocashi puede producirse de forma aeróbica o anaeróbica en materiales orgánicos ricos en microorganismos (por ejemplo, guanos o estiércoles frescos). El proceso biológico ocurre por la acción de los microorganismos sobre fuentes de carbono simples como mieles o melaza y otras complejas como afrechos o cascarillas y fuentes de nitrógeno como guanos frescos o levadura (Figura 1). En algunos lugares el proceso se realiza en condición aeróbica, en un proceso similar al compostaje, mientras que en otros se lleva a cabo bajo condiciones anaeróbicas favoreciendo la fermentación láctica.

La producción puede realizarse en contenedores o en pilas pequeñas, según sea el caso. Los que se producen en contenedores de plástico, consideran la salida o drenaje de líquidos que no corresponden a sustancias húmicas como muchas veces se asevera, y cuyas características varían con las materias primas.

Como producto artesanal, el bocashi puede ser producido a partir de diferentes materiales disponibles, pero en general se sugiere una relación suelo: estiércol: cascarilla (paja o residuos de cosecha) de 30:30:20, en volumen, mientras que el resto de los materiales lo conforman el salvado, la levadura y la melaza o mieles (Figura 2).

La inoculación puede o no realizarse, ya sea a través de la adición de fuentes de microorganismos como yogurt casero o levadura o inóculos comerciales. Es importante verificar el tipo de proceso a realizar (aeróbico o anaeróbico) para emplear los microorganismos adecuados, ya que en condiciones anaeróbicas se reduce la eficiencia de los inóculos de hongos filamentosos, por ejemplo, o bacterias estrictamente aeróbicas.

Las diferencias en aireación afectan directamente las características metabólicas de los microorganismos presentes o adicionados, lo que, sumado a los tiempos de proceso, diferencias en el sustrato o materiales utilizados, humedad, entre otros, hacen variar las características finales del producto.

Frente al compost tradicional, la producción de bocashi presenta diferencias importantes, en especial en el balance energético del proceso, pues mientras en el compost se requieren volteos sucesivos durante todo el proceso, al preparar bocashi (anaeróbico) el volteo se realiza una única vez, al inicio, para homogenizar la mezcla. Además, dado que no se maneja el sistema de pilas altas (windrow) sino que son pilas bajas y con humedad baja, el proceso no alcanza temperaturas altas, la pérdida de calor es mínima (Figura 3), así como las pérdidas de carbono y de volumen de material (Tabla 1).

VERMICOMPUESTO

El vermicompuesto es el producto de la digestión de la lombriz de tierra. En la mayoría de ocasiones se emplea la especie Eisenia foetida (lombriz roja californiana) por su voracidad (alta relación consumo de residuos/producción de abono), alta capacidad de reproducción (1-4 lombrices/cocón) y la facilidad de manejo para obtener un abono de alta calidad.

Para un adecuado proceso se requiere: a) materiales orgánicos, b) pie de cría de lombriz, de buena calidad, c) recipiente o vermicompostera, d) cuidados básicos, en especial cuando se manejan en camas sobre suelo y e) buena separación.

A. Materiales orgánicos del vermicompost: la lombriz en general es omnívora, es decir que come de todo. Sin embargo, en algunas ocasiones se requiere precompostar el material, para que la lombriz pueda funcionar apropiadamente. Por ejemplo, materiales con alta acidez o exceso de humedad no son los preferidos de estos anélidos. La lombriz respira por la piel, y en casos de excesos de humedad de la cama la lombriz tiende a huir o incluso morir. La humedad ideal está alrededor del 60% para materiales que contengan una relación C/N entre a 25-30. Por ello los estiércoles frescos, en especial de bovino o caballo, presentan características deseables para iniciar el proceso, siempre que no provengan de animales desparasitados, en cuyo caso pueden previamente compostarse hasta alcanzar temperaturas superiores a 60°C y degradar los compuestos farmacéuticos. En el caso de residuos de frutas (en especial cítricos), dados sus altos contenidos de humedad, se sugiere pretratar antes de adicionar el material a las camas.

B. Pie de cría: La recomendación m á s común es de 2 kilogramos de lombrices adultas/m3 de cama o material. Este pie de cría puede ser separado de la misma cama donde se está produciendo el vermicompuesto, seleccionando las lombrices más robustas y de clitelo (anillo más grueso y sobresaliente en lombrices adultas- órgano de reproducción) más desarrollado. En el comercio es posible conseguir pie de cría con costos que oscilan entre USD$ 80-120/kg.

C. Lombricom-postera: el recipiente de producción puede ser de madera, cemento, plástico o incluso tejido, pero deber ser ubicado en lugar fresco, protegido del sol y con una profundidad máxima de 100 cm, lo que permite manejar el material de alimentación a altura de 50-80 cm. Algunos productores emplean camas más bajas completamente llenas; este sistema es igualmente funcional siempre que el material sea el adecuado, pero por estar más cerca del suelo, puede facilitar el ataque de enemigos de la lombriz como la planaria. El general para iniciar el lombricultivo no se requiere acondicionamiento previo de la lombriz en el material, pero conviene hacer la prueba con unas pocas lombrices cada vez que se introduzca un material nuevo en la cama.

D. Cuidados básicos: como se mencionó deberá mantener se la humedad, ya sea empleando el material con 60-80% o de humedad y manteniéndola aún en temporada de verano, mediante adición de agua por regadera o aspersión. Asimismo, se debe mantener suficiente alimento para que la lombriz se mantenga en el cajón. El alimento se suministra a diario, cubriéndolo con una capa de tierra o paja para evitar la presencia de moscas y otros vectores. Además, en algunos lugares se recomienda proteger la cama con una malla, para evitar que los pájaros mermen la población de lombrices.

E. Separación: una vez terminado el proceso, es decir que la lombriz ha consumido el material de la cama, se observa un cambio en su apariencia. Ya no se evidencian trozos de materiales enteros, desuniformes y frescos, sino que, por el contrario, se observa un material muy homogéneo, oscuro, y generalmente granulado. El tiempo de proceso varía de acuerdo con el material y las condiciones de producción (temperaturas más altas favorecen la actividad biológica de la lombriz). Una vez que se alcanza una apariencia homogénea del material, se procede a separar las lombrices adultas y jóvenes. Esto se logra dejando de alimentar a las lombrices por unos días, y posteriormente colocando una caja con residuos frescos sobre el cajón que está terminado. Las lombrices hambrientas empezarán a pasar de la caja lista al material fresco y completarán este proceso en unos pocos días.

En las camas, después de la fase de no alimentación, se puede aplicar el material fresco en un extremo de tal forma que las lombrices avancen hacia el material fresco. Igualmente se pueden emplear mallas sobre las cuales se coloca el alimento fresco, cuyo tamaño de poro es suficiente para permitir el paso de la lombriz.

CONTROL DE CALIDAD

En principio, la calidad tanto del bocashi como del vermicompuesto, compost o cualquier otro material orgánico producto de la degradación biológica de la materia orgánica, se puede verificar mediante analítica y comparar con la normativa nacional o internacional que aplica para compost y abonos orgánicos (producidos aeróbicamente) o biodigestatos (en el caso en el que estos materiales sean empleados como materia prima). En términos generales, se busca productos con buenos contenidos de C, con bajos contenidos de metales pesados e inocuos desde el punto de vista microbiológico.

APORTES AL SUELO

Como ya se mencionó, frente al compost el bocashi presenta menores pérdidas de C, desde los materiales originales, dado que el proceso es más corto, no lleva volteo o bien se lo realiza con menor frecuencia y las temperaturas alcanzadas son menores. Por otro lado, el bocashi y el vermicompost normalmente tienen mayores concentraciones de C y N que el compost.

Un estudio realizado por la Universidad de Vermont, en 2015, determinó efectos similares de tres fuentes de materia orgánica, aplicadas como fuentes de N para aportar 20 y 100 kg N/ha, respectivamente. Dadas las diferencias en concentración de N, las dosis necesarias fueron mayores en compost, al igual que los aportes de C de éste (Tabla 2). En diversidad biológica tampoco se han demostrado diferencias entre compost o bocashi. De esta forma los dos productos incrementan la diversidad biológica en comparación con suelos sin enmienda orgánica.

EL FUTURO

En los países desarrollados la legislación busca reducir los volúmenes de residuos orgánicos domiciliarios que van a vertedero. Estos podrían transformarse a nivel casero o de pequeño productor, a través de la producción de bocashi o vermicompost, para ser utilizados en jardines y huertos urbanos. Además, dados los resultados del análisis económico, el bocashi podría funcionar en operaciones de menor escala, aunque deberían realizarse más estudios de factibilidad.

La inoculación de plantas con microorganismos, ya sean estos promotores de crecimiento (plant growth promoting bacteria, PGPB) o simbiontes (como Rhizobium sp. y otros géneros cercanos formadores de nódulos), es una práctica que se lleva a cabo desde hace más de 130 años (Hellriegel, 1886) con el mismo objetivo: promover el crecimiento de las plantas y mejorar el rendimiento de los cultivos.

En particular, los inoculantes a base de Rhizobium se han comercializado y producido, de manera estándar, en el mundo, principalmente en India, Argentina, Brasil, Estados Unidos, Canadá, China, Alemania y Dinamarca y son empleados en forma masiva en leguminosas como la soya en países donde estos cultivos ocupan grandes extensiones.

Sin embargo, en los países en vías de desarrollo, el impacto de los bioinoculantes es bajo, debido a que la mayoría de las explotaciones familiares no utilizan productos comerciales estandarizados, mientras otros producen sus inoculantes a nivel casero, con muchos problemas de calidad. Aunque siempre su aplicación puede ser útil para los cultivos, su eficacia es muy variable, particularmente debido a una falta de estandarización en su producción. En el presente artículo se presentan algunos lineamientos para la producción y utilización de inoculantes artesanales.

PRODUCCIÓN Y RETOS

Muchos inoculantes microbianos son producidos artesanalmente empleando sistemas de fermentación sumergida, en recipientes plásticos, agua de riego o potable (en el mejor de los casos), azúcar o melaza, y leche o derivados como sustrato de producción. En general son sistemas no aireados, en algunos casos con agitación manual intermitente, y sin control de temperatura.

El inóculo empleado suele ser tierra de hojas, suelo de bosque, suelo agrícola, vermicompost o incluso productos comerciales, esperando lograr la multiplicación de la biomasa microbiana presente.

Además de la alta variabilidad en su producción, en particular en factores como temperatura, tiempo y sustratos, se emplean en dosis “comerciales” siguiendo los patrones de otros productos presentes en el mercado. Los resultados: alta variabilidad, baja reproducibilidad o ningún efecto.

En general, poco después de que las suspensiones microbianas se inoculan al suelo, sin un portador y formulación adecuada, la población disminuye producto de la competencia con otros microorganismos del suelo. Esto, combinado con un deficiente sistema de producción de biomasa microbiana, la dificultad para mantener la actividad en la rizosfera y la incapacidad de mantener el estado fisiológico de los microorganismos durante los tiempos de aplicación, terminan en bajo o ningún efecto en la rizosfera o la planta.

CONTROLES NECESARIOS

A continuación, se presentan algunos controles clave para mejorar la producción artesanal de inoculantes:

1. Selección de la cepa: El primer objetivo al considerar la inoculación de plantas con bacterias promotoras de crecimiento (PGPB) es encontrar la mejor cepa de bacterias o un consorcio microbiano para lograr el efecto deseado en el cultivo objetivo, por ejemplo aumentar la densidad de raíces o la tolerancia de la planta a enfermedades
2. Inóculo: se denomina inóculo al grupo o conjunto de células del (los) microorganismo(s) presentes en un producto biológico. Estas pueden ser células vegetativas o esporas las cuales se activan en el reactor una vez se inicia el proceso de producción
3. Reactor: es el recipiente donde se llevará a cabo la multiplicación; en este caso, la reacción consiste en la propagación de las células microbianas. El reactor debe contar con aireación y temperatura, condiciones que favorecen la multiplicación de los microorganismos.
4. Nutrientes: los microorganismos, como todos los seres vivos requieren nutrientes para crecer y multiplicarse. Los nutrientes se adicionan al agua para producir un medio de cultivo balanceado: fuentes de carbono y nitrógeno, macro y micronutrientes. Esto varía según el organismo que se busque reproducir, muchos productores emplean melaza o azúcar como fuente de carbono y energía, y en menor medida otros elementos como boro y magnesio y leche (o suero) o harinas de origen animal o como fuente de N. En algunos casos, se emplean estiércoles o guanos como fuente de nutrientes o también cenizas como fuente de minerales.
5. Agua: es el medio de disolución de los nutrientes que se agregan para “alimentar” a los microorganismos. Debe ser agua limpia y sin cloro (puede ser potable y se deja airear) y contar con un análisis de inocuidad que indique la ausencia de coliformes fecales (grupo de bacterias de origen humano o animal, asociado a presencia de materia fecal entre los que se encuentran los géneros Enterobacter, Klebsiella, Escherichia Coli y Citrobacter) y E. coli. Este último debe analizar se según las normas existentes para Chile descritas en la Norma Chilena NCh 409/1 de 2005. Para la calidad de agua de riego se aplican las pautas de la norma NCh 1333.Of78, modificada en 1987. Ver Tabla 1.

CONDICIONES DEL PROCESO

Los principales factores de proceso que deberían ser controlados son:

• Aireación: En general el proceso de producción de microorganismos se hace bajo condiciones de aireación, pues, por ejemplo, la mayoría de las bacterias promotoras de crecimiento vegetal que se reproducen artesanalmente son aeróbicas. En este caso es necesario mantener la aireación durante todo el tiempo de producción.
  
  En otros casos, por ejemplo, en la producción de bioles, utilizados comúnmente en América Latina como abonos líquidos que contienen microorganismos, se emplea un sistema de producción anaeróbica (sin oxígeno), en reactores cerrados, sobre estiércol o guano y material de poda, en un medio acuoso y con melaza (base de nutrientes), produciendo gases (metano, CH4; sulfuro de hidrógeno, H2S y dióxido de carbono, CO2) que se canalizan a través de un tubo hasta una trampa con agua (Figura 1).
  
  Otra forma de aportar oxigeno es a través de la agitación; sin embargo, en muchos casos por los costos de energía, el mecanismo más común observado en la producción artesanal es en estanques sin aireación ni agitación mecánica, sino que el contenido se revuelve manualmente 2-3 veces al dia, por lo que se habla de fermentación anaeróbica agitada.

• Temperatura: además de los nutrientes, la producción de biomasa de microorganismos se lleva a cabo bajo ciertas condiciones de temperatura, que favorecen el metabolismo y la reproducción de las células. La temperatura varía según los microorganismos, pero las PGPB en su mayoría se multiplican bien a temperaturas medias, entre 30+/-2°C. Por ello, los reactores artesanales se deberían mantener protegidos del sol o la lluvia, y en condiciones donde la temperatura no presente cambios bruscos entre el día y la noche.

• Tiempo: la duración del proceso también varía según los microorganismos. El crecimiento de las bacterias es mas rápido en general que los hongos filamentosos y estos más lentos que las levaduras. A nivel artesanal, en general los tiempos de proceso se ajustan a las labores del campo, manejando entre 3 días y 1 semana para la producción y extracción del batch producido.
  El tiempo generalmente no es una variable estandarizada y este es otro inconveniente para alcanzar una producción homogénea entre lotes. Los tiempos de producción dependen de lo que se busca producir, por lo que, si se trata de biomasa microbiana, podrían evaluarse en el laboratorio las mejores condiciones y definir a través de curvas de crecimiento los mejores tiempos. Para la producción de bacterias los tiempos son más cortos que para los hongos filamentosos, y similares a los tiempos de reproducción de levaduras.

CONTROL DE CALIDAD

Los principales controles de calidad del producto deben ser los siguientes:

• Número de células: Si lo que se busca aplicar son las células de microorganismos, el proceso de producción debería garantizar el mayor número de células de la cepa seleccionada, de tal forma que se pueda observar una respuesta positiva en la planta. Igualmente, el número de células por unidad de volumen define la dosis a aplicar. Sin embargo, la gran diversidad presente en el suelo y un ambiente muchas veces adverso son los obstáculos que deben enfrentar los microorganismos introducidos. Los microorganismos inoculados deberán competir desprotegidos con una microflora nativa, a menudo mejor adaptada y resistir hasta encontrar un nicho donde puedan establecerse.

• Inocuidad: en especial cuando se trata de productos de un solo microorganismo, es más fácil lograr la inocuidad, relacionada, como se mencionó antes, a la presencia de microorganismos indicadores como los coliformes totales o fecales, E. coli y Salmonella. Para detectar estos microorganismos deben enviarse muestras al laboratorio. El olor en muchos casos indica la presencia de organismos fecales, por lo que no es seguro aplicar estos productos, en particular de forma foliar.

• Pureza: debería mantenerse un único o los mismos microorganismos con los que se partió en el inóculo madre. Sin embargo, cuando el inóculo madre corresponde a suelo agrícola, tierra de hojas, suelo de montaña, la mezcla de microorganismos es enorme, y el criterio de pureza lamentablemente no se cumple. Producir mezclas o consorcios de microorganismos, a partir de estas matrices mencionadas, podría también acarrear problemas, pues en la mezcla pueden incluirse microorganismos fitopatógenos que son habitantes normales de muchos ecosistemas nativos. Por ello se sugiere hacer pruebas en semillero o plantas pequeñas antes de aplicar.

APLICACIÓN

Para quienes producen y utilizan inoculantes artesanales, el objetivo es generar efectos de estimulación, crecimiento, protección o nutrición en las plantas. Sin embargo, los efectos pueden ser variados y muchas veces no se replican entre los diferentes batch o lotes producidos.

Estos productos normalmente no se emplean puros sino diluidos, y las diluciones deberían estar en función de la concentración de microorganismos presentes en el producto. Estas concentraciones deben ser determinadas mediante el análisis de recuento de bacterias aerobas mesófilas (bacterias que se reproducen en condiciones de aireación u oxígeno y a temperaturas medias de 30+/-2°C). En el caso de los hongos o levaduras puede solicitarse el análisis de recuento total de hongos y levaduras. Estos análisis se realizan en un laboratorio especializado en microbiología, y los resultados se informan en unidades formadoras de colonia (ufc/ ml) si el producto es líquido), y su valor debería ser superior a 1 millón (1×10⁶). Como se indica, no es posible determinar estas concentraciones a simple vista.

Una vez conocida la concentración del producto, puede calcularse la dosis a aplicar y seleccionar el mejor método de aplicación. Los inoculantes pueden aplicarse a través del sistema de riego, por inmersión de plántulas, por aspersión sobre el cultivo, o siguiendo el método más antiguo de inoculación de semillas y plantas con una suspensión de cultivos bacterianos. Esta última es una práctica muy común, porque resulta menos laboriosa y permite mejor contacto entre los microorganismos y la planta.

COMENTARIOS FINALES

La producción de inoculantes artesanales es factible; sin embargo, requiere cierto de nivel de estandarización y control. Para ello es necesario entrenar a los productores y apoyarlos en términos de los análisis de laboratorios necesarios para determinar la pureza e inocuidad de los productos microbianos producidos, además de su uso y evaluación de los efectos sobre los cultivos.

Para enfrentar los desafíos de la agricultura del siglo XXI, en particular el cambio climático, debe producirse una trasformación en el modelo productivo hacia uno que considere el mejoramiento de la calidad del suelo como la base de una producción sustentable. Para ello, el uso de productos orgánicos, que aporten C y otros nutrientes al suelo, además del uso de bioinsumos, en base a microorganismos o metabolitos de estos, es clave.

Muchos productos necesitan integrarse dentro de los programas actuales de manejo y validarse a nivel de campo, de preferencia de manera sitio-específica. Para ello, muchas empresas productoras y exportadoras, empresas proveedoras de insumos y productores, realizan ensayos de campo para evaluar productos individuales o programas de manejo completos.

Sin embargo, muchas veces estos ensayos carecen de diseño experimental, no cuentan con repeticiones verdaderas, no se evalúan las variables respuesta más sensibles o se analizan con métodos tradicionales de análisis, como análisis de varianza, no obteniéndose, muchas veces, los resultados esperados. Esto causa frustración en los involucrados, lo que provoca además la exclusión de tecnologías o manejos que tal vez eran superiores al control, pero cuyo efecto no pudo ser probado. En el presente artículo se entregan algunas ideas de cómo realizar una mejor experimentación de campo para la evaluación de productos orgánicos y bioinsumos.

BASES DE LA EXPERIMENTACIÓN AGRÍCOLA

Normalmente se desea probar un nuevo tratamiento, un nuevo producto, un paquete tecnológico, etc., contra el tradicional (control). En términos estadísticos se desea probar la siguiente hipótesis: H0: μ1=μ2

En la práctica, se desea evaluar que, en la población, los promedios de la variable respuesta son iguales en el tratamiento 1 y tratamiento 2. Esta hipótesis se denomina hipótesis nula y se rechaza con un cierto nivel de significancia (α), normalmente 5%. Este α corresponde a la probabilidad de rechazar la hipótesis nula cuando esta es verdadera, es decir, cuando los tratamientos son iguales por lo tanto, la idea es establecerlo a un bajo nivel. Los programas estadísticos normal mente entregan un estadístico denominado P-value, que es equivalente al nivel de significancia. El P-value es interpretable y no necesariamente fijo, es decir dos tratamientos podrían ser diferentes con diferentes niveles de significancia.

Esta hipótesis puede ser extendida a más de dos tratamientos de la forma:

H0: μ1=μ2=μ3= … =μk

Para probar la hipótesis nula normalmente se establece un diseño experimental, con repeticiones verdaderas, donde los tratamientos son asignados aleatoriamente a cada unidad experimental (Figura 2).

Este tipo de experimentos suele analizarse a través de un procedimiento denominado análisis de varianza (ANOVA), donde se compara la varianza entre tratamientos con aquella dentro de tratamientos a través de un estadístico denominado F de Fisher.

F= (Varianza entre tratamientos) / (Varianza dentro de tratamientos)

Mientras mayor sea el valor de F, más significativa es la diferencia entre tratamientos.

Existe un ANOVA para cada diseño experimental y estos procedimientos están disponibles en cualquier software estadístico y en Excel.

LA REALIDAD DE LOS EXPERIMENTOS DE CAMPO

En muchos casos, debido a restricciones prácticas, existe una distancia importante entre los experimentos de campo y un diseño experimental estricto:

1. No existen repeticiones verdaderas, sino que el tratamiento se asigna a un cuartel completo, con el resto del campo, o cuarteles adyacentes, como control.
2. No existe homogeneidad en las unidades experimentales; es decir, los cuarteles que reciben los tratamientos no son necesariamente homogéneos en términos de su vigor o estado nutricional o sanitario.
3. Muchas veces se miden variables respuesta no necesariamente relacionadas con el efecto del tratamiento o de baja sensibilidad al mismo. Esto está además asociado al hecho de que muchos productos, en particular bioinsumos, tienen múltiples efectos en suelo y planta.
4. No existe asignación aleatoria de los tratamientos a las unidades experimentales (cuarteles o parcelas).
5. Se colectan observaciones dentro de cada tratamiento, en vez de repeticiones verdaderas. 6Los datos experimentales se analizan a través de análisis de varianza, aunque el diseño experimental estrictamente no permita este tipo de análisis.

SUGERENCIAS

• Repeticiones versus observaciones: Idealmente debería contarse con repeticiones verdaderas. En términos prácticos, de no poder establecer repeticiones verdaderas (parcelas) dentro de un cuartel, sería deseable incorporar el tratamiento al menos a dos cuarteles completos, es decir un mínimo de dos repeticiones. Si esto no fuese posible, se recomienda colectar un alto número de muestras dentro de cada unidad experimental (cuartel), de manera de estimar apropiadamente los parámetros (promedio, desviación estándar) de dicha subpoblación.
  
  El número mínimo de observaciones debería ser mayor a veinte para aquellas variables que presenten coeficientes de variación (CV) de hasta 30%.

• Para variables respuesta microbiológicas y bioquímicas, que presentan mayores CV, el número de observaciones debe ser aún mayor (n > 30). Idealmente estas observaciones deberían marcarse con GPS (GNSS), de manera de conocer su posición geográfica la cual será considerada en el análisis de datos.

• Homogeneidad de las unidades experimentales o línea base: Idealmente, para la asignación de los tratamientos, deberían elegirse unidades experimentales lo más homogéneas posibles en términos de edad de la plantación, vigor y rendimiento. De no ser posible, debería colectarse una línea base, usando variables tales como el vigor, medido a través de una nota arbitraria, diámetro de tronco, o bien usando un índice de vegetación como NDVI, que puede ser usado como línea base y variable respuesta a lo largo del tiempo (Figura 3). En términos de suelo, establecer una línea base de las mismas variables a ser evaluadas luego de la aplicación del o los tratamientos es siempre deseable.

• Variables respuestas apropiadas: Deben seleccionarse aquellas variables respuesta más sensibles al tratamiento y que tengan una menor variabilidad. Por ejemplo, si se está evaluando la aplicación de un ácido carboxílico como fuente de C, posiblemente, dada su baja dosis de C, este no provoque cambios en el C orgánico del suelo (COS), pero sí podría provocar cambios en el C soluble, la agregación de suelo o en la actividad de microorganismos.
• Cuando se trata de productos biológicos cuyos efectos pueden ser múltiples, deben evaluarse las variables más apropiadas que integren las principales funciones de los microorganismos. Así por ejemplo, las bacterias fijadoras de nitrógeno, además de su función de fijación de N2, pueden aumentar la disponibilidad de otros nutrientes en la rizosfera, influyendo sobre el crecimiento y la morfología de las raíces. En este caso, la evaluación de densidad de raíces y absorción de N por parte de la planta serían variables respuesta a considerar además del %N absorbido.
  
  La evaluación de la concentración de microorganismos en el suelo, posiblemente no sea una buena variable respuesta, dada su elevada variabilidad. La actividad enzimática es un mejor indicador del efecto de la aplicación de microorganismos al suelo.

• Asignación aleatoria: Debería tenderse a asignar los tratamientos de manera aleatoria a cada unidad experimental. Por ejemplo, si se usan cuatro cuarteles para asignar dos tratamientos, deberían asignarse vía sorteo. El uso de números aleatorios es una buena herramienta para ello.
  
• De igual forma, la selección de una rama o brote a muestrear debería hacerse de manera aleatoria, sorteando las ramas a través del uso de números aleatorios. Supongamos que nos enfrentamos a un árbol que tiene 8 ramas y queremos seleccionar una de ellas aleatoriamente, se procede de la siguiente manera: se numeran las ramas del 1 al 8; se le asigna un número aleatorio a cada rama, usando una calculadora o planilla Excel; se ordenan las ramas en función del número aleatorio (de mayor a menor o de menor a mayor); se elige la rama con el mayor (o menor número aleatorio) (Tabla 1).

• Análisis de datos apropiado Si no se cuenta con un diseño experimental (completamente al azar, bloques completos al azar, parcelas dividas, etc.), los datos no deberían ser analizados con Análisis de Varianza. En este caso lo más recomendable es usar regresión con variables binarias, que representan el o los tratamientos, donde además se puede corregir por variables de control colectadas como línea base, además de la posición geográfica. En este caso podría usarse un modelo de la forma:
  
  Y= β0 + δ1Trat + β1 X1 + β2 X2+ ⋯ Bk Xk + ϵ
  
  Donde: Y= variable respuesta Trat: variable binaria, donde Trat=1 si es tratamiento y Trat=0 si es control. X1… Xk = variables de control (ejemplo NDVI, C soluble, latitud, longitud, etc.) Dado que normalmente es difícil conseguir un ceteris paribusreal, las variables de control permiten simularlo, de manera de obtener una mejor estimación del efecto del tratamiento.

OTRAS CONSIDERACIONES

• Calidad del producto Cuando se evalúan productos en base a microorganismos, se debe conocer muy bien su calidad en términos de concentración, pureza y viabilidad, además de sus principales funciones. Estas evaluaciones deberían hacerse previo a su aplicación en campo, de manera de estimar apropiadamente las dosis de aplicación y definir con mayor certeza las variables respuesta a medir.

• Potenciales limitantes en el suelo En muchas ocasiones no se logran los efectos esperados de los bioproductos en base a microorganismos, pues existen factores limitantes en el suelo que impiden su funcionamiento, por ejemplo, excesos de metales (Cu), niveles de materia orgánica muy bajos, pH muy bajos o excesos de nutrientes en el suelo. Es por ello que idealmente la evaluación debería hacerse dentro de programas de manejo integrado y no como un producto suelto.

COMENTARIOS FINALES

Los bioinsumos y productos orgánicos tienen un gran potencial dentro de los sistemas de producción intensivos. Sin embargo, su eficacia debe ser probada a través de su inclusión dentro de programas de manejo integrado, utilizando técnicas de experimentación de campo apropiadas

La agricultura tiene un rol importante sobre la producción y secuestro de gases de efecto invernadero y, por lo tanto, sobre el cambio climático. La generación de dióxido de carbono (CO₂) y metano (CH₄), producto de la degradación aeróbica y anaeróbica de la materia orgánica del suelo, respectivamente, contribuyen al efecto invernadero, mientras que la fijación de CO₂ atmosférico a través de la fotosíntesis y su transformación en materia seca vegetal y materia orgánica en el suelo, contribuyen al secuestro de C, permitiendo mitigar los efectos del cambio climático y una mejor adaptación al mismo, a partir del mejoramiento del suelo.

El aumento de los niveles de materia orgánica del suelo permite secuestrar C y disminuir los niveles de CO₂ atmosférico. En Chile, según ODEPA existen 18 millones de hectáreas con uso silvoagropecuario, las cuales podrían contener entre 2.300 y 3.700 teragramos de C (1 teragramo = un millón de toneladas) en los primeros 30 cm de profundidad. Un aumento promedio de 1% de la materia orgánica del suelo significaría entre un 10 y un 15% de aumento en el C secuestrado.

Para entender el ciclo del C es importante conocer la materia orgánica del suelo, sus fracciones y los métodos analíticos para su determinación.

IMPORTANCIA DEL C ORGÁNICO Y FRACCIONES EN SUELO

La mayoría de la materia orgánica de los suelos proviene de residuos de tejido vegetal, pero también se encuentra material orgánico que procede de los insectos, lombrices y mesofauna muerta, así como de algas y microorganismos. Las plantas contienen, en su materia seca, diferentes elementos como hidrógeno, oxígeno y pequeñas cantidades, aunque muy importantes para el manejo de la fertilidad de suelo, de azufre, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio, además, por supuesto, de grandes cantidades de C que fue producido a partir de la fotosíntesis.

La materia orgánica del suelo entonces no corresponde a un solo componente, sino que se encuentra en diferentes fracciones o pooles, según la etapa de degradación o evolución de la degradación. Se cuenta entonces con una fracción de organismos vivos que incluyen raíces y microrganismos (10-20%), material en descomposición (40%) y material estabilizado y resistente como humus (40-50%), (Ver figura 1). Es esta fracción más resistente o recalcitrante la que permite secuestrar C en el largo plazo.

Las fracciones de la materia orgánica además tienen diferentes características y, de acuerdo al grado de facilidad para descomponerse (labilidad), muchos autores las clasifican en: materia orgánica superficial fresca; parcialmente descompuesta o particulada; materia orgánica humificada y materia orgánica altamente resistente (grafito-Figura 3).

La relación entre el contenido de carbono y el contenido de nitrógeno en base seca, C:N, es un indicador que define el tipo de material y su facilidad de descomposición, por lo que materiales como aserrín de maderas duras presenta alta relación C:N, mientras que los lodos de plantas de tratamiento de aguas servidas, guanos y purines presentan relaciones C:N más bajas y por lo tanto mayor labilidad.

El total de materia orgánica acumulada en el suelo depende de sus propiedades como textura, pH, temperatura, humedad, aireación, presencia y tipo de arcillas, actividad biológica y de los aportes de materiales orgánicos al ecosistema. Al mismo tiempo, la incorporación de materia orgánica al suelo modifica dichas propiedades y contribuye a aumentar la productividad primaria y fijar más CO₂ vía fotosíntesis.

FUNCIONES DE LA MO EN EL SUELO

La materia orgánica cumple diferentes funciones en el suelo y contribuye a que éste provea de mejor forma los diferentes servicios ecosistémicos que presta. Además de aportar nutrientes al suelo, la materia orgánica ofrece protección contra la erosión hídrica y eólica o el estrés hídrico, detoxificación de los suelos, regulación de las inundaciones y mejora la calidad de agua.

Por tanto, el C orgánico del suelo determina, en gran medida, la sustentabilidad de los sistemas agrícolas y forestales, pues está asociado a diferentes propiedades que definen no solo la calidad y la salud del suelo, sino también las funciones del ecosistema.

FUENTES DE MO

Existen muchas y diversas fuentes de materia orgánica, posibles de usar en agricultura, desde los residuos de cosecha y estiércoles frescos, pasando por materiales estabilizados, compost y vermicompost y materiales humificados o sustancias húmicas (como los ácidos húmicos / fúlvicos obtenidos de C fósil como leonarditas), (Ver figura 3).

La aplicación de cada uno de estos materiales causa distintos efectos en el suelo. Por ejemplo, los guanos o estiércoles estabilizados, que han pasado por un proceso térmico corto, pero no alcanzan niveles de madurez o compostación suficiente, aportan importantes niveles de N-NH4 sirviendo más como fertilizante que como enmienda.

Por otra parte, el compost y vermicompost, que alcanzan cierto grado de humificación, pueden considerarse como una enmienda orgánica.

Finalmente, las sustancias húmicas, son enmiendas orgánicas que tienen un tiempo de residencia media de varios años, pudiéndose acumular en el suelo, contribuyendo a mejorar sus propiedades físicas y químicas como la estructura y la Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC), además de actuar como bioestimulante, de manera directa o a través del aumento de la actividad de microorganismos rizosféricos.

FRACCIONES DE C EN EL SUELO

La cantidad de C orgánico en un suelo depende de diferentes factores como el equilibrio entre la cantidad de C que entra y la que sale como gases producto de la respiración aeróbica o anaeróbica del suelo, esto es CO₂ o CH₄, y que proceden del proceso de mineralización que realizan los microorganismos sobre las diferentes fracciones de materia orgánica.

Durante la mineralización, existen diferentes procesos bioquímicos asociados que dependen del origen y el grado de descomposición de la materia orgánica aportada. Este proceso dará lugar a distintas fracciones de C en el tiempo:

• C soluble, lábil y de fácil descomposición por parte de microorganismos;

• C o materia orgánica particulada, igualmente fresca y lábil, que constituye el litter o mantillo y está formada por productos del efecto físico- mecánico y bio químico de la digestión de animales de la mesofauna sobre la materia orgánica;

• C humificado, complejo químico producto de la unión de pequeñas moléculas de diferente naturaleza que forman polímeros complejos como los ácidos húmicos;

• C altamente resistente conformado por los depósitos de carbón, grafito o materia orgánica carbonizada, que presenta propiedades térmicas.

MÉTODOS DE EVALUACIÓN

1. Evaluación de productos orgánicos:

Los productos orgánicos, ya sean comerciales o producidos en el campo, pueden ser caracterizados en sus propiedades físicas, químicas y biológicas, para definir sus usos y predecir sus efectos en el suelo. Los análisis más comunes son: C total, N total, relación C/N, pH, conductividad eléctrica, metales pesados e inocuidad. Además de ello, es posible fraccionar el C en C soluble, C de extracto húmico total (C-EHT), C de ácidos húmicos (C-AH) y C de ácidos fúlvicos (C-AF).

2. Evaluación de fracciones de C en suelo:

Existen muchos métodos para la evaluación de las distintas fracciones de C en el suelo, incluyendo directos e indirectos. Los métodos directos más comunes incluyen la determinación de C orgánico total (materia orgánica), C soluble, carbono microbiano, C de ácidos húmicos (C-AH), C de ácidos fúlvicos (C-AF) y C de huminas.

• El carbono orgánico total puede ser determinado a través de combustión seca o a través de una digestión ácida en presencia de dicromato de potasio.

• El C soluble es extraído con agua y la muestra filtrada a través de un filtro de poro pequeño (0,45 micras). El C se puede determinar tanto por combustión seca o colorimetría.

• El C de la biomasa microbiana está asociado al contenido de materia orgánica lábil del suelo. Representa parte del componente vivo, en este caso microbiano, de la materia orgánica del suelo y por tanto responde rápidamente a efectos de perturbación o recuperación de suelos. Algunos autores consideran que puede ser un indicador para estimar el pool de nutrientes disponibles o que corresponde a la fracción activa de la materia orgánica del suelo y que modula la disponibilidad de nutrientes Existen diferentes métodos para su determinación, como el método cloroformo fumigación-incubación (CFI) (Jenkinson & Powlson 1976), el método cloroformo fumigación-extracción (CFE) (Brokes et al. 1985), el método respiración inducida por substratos (SRI) (Anderson & Domsch 1978) y el método del trifosfato de adenosina (ATP) (Webster et al. 1984). Sin embargo, el método de fumigación por cloroformo es el más comúnmente empleado.

• Finalmente, el fraccionamiento, de C en C-AH, C-AF y C-huminas, se realiza a través de una extracción alcalina del suelo. El extracto luego se acidifica para separar el EHT en AH y AF. En cada fracción se determina el contenido de C (Figura 4).

2.1 Evaluación del C lábil del suelo:

Entre los métodos indirectos de determinación de C lábil del suelo, se encuentra la respiración de suelos, densidad de lombrices o determinación de metabolitos o enzimas.

• Respiración de suelos: Hace referencia a la oxidación de C como fuente de energía para la producción de biomasa microbiana, la cual produce CO₂ y CH₄, producto de la respiración de organismos vivos en el suelo. Estos organismos incluyen mesofauna y raíces, así como microorganismos que, al actuar sobre la materia orgánica, producen su oxidación (en presencia de O2) con producción de CO₂ en condiciones aerobias o CH₄ en condiciones anaeróbicas. En condiciones de saturación de humedad, los microorganismos emplean NO3 como fuente de oxígeno para lograr la descomposición de la materia orgánica, lo que lleva a procesos de desnitrificación y pérdidas de N2 en forma gaseosa. La relación C/N tiene también un papel fundamental de estos procesos, necesitándose relaciones C/N < 20 para que ocurra la mineralización de la materia orgánica.

La respiración se determina empleando dispositivos (Figura 6) para captura de CO₂ que se colocan en campo, o mediante pruebas de laboratorio, donde se emplean trampas de CO₂ y se cuantifica la producción del mismo en el tiempo (Figura 6). Puede determinarse también empleando materia orgánica o sustratos específicos sobre el suelo para evaluar la producción de los gases de C y la tasa de desaparición del sustrato carbonado. Las unidades utilizadas para expresar la tasa respiratoria del suelo corresponden a la liberación de C – CO₂ en kg/ ha/día y esta producción está fuertemente afectada por factores como la temperatura o la presencia de compuestos tóxicos que afecten directamente el metabolismo microbiano.

Las lombrices de tierra se emplean como indicadores de calidad de suelo, justamente porque la biomasa de lombriz depende directamente de la presencia de pooles de materia orgánica (C) fresca en suelo, humedad y temperaturas medias. No existe acuerdo en un indicador de densidad de lombrices / m², pues ésta varia con el ambiente, la disponibilidad de materia orgánica y humedad, además de la profundidad de suelo.

Así se reconocen tres grupos de lombrices de tierra: 1) Epigeas o superficiales: encargadas de la degradación de materia orgánica superficial y que sirven además como indicadores del efecto de arado; 2) Endógenas, ubicadas en el perfil de suelo y cuya función es mezclar la materia orgánica y minerales participando en la agregación del suelo y 3) Anésicas, que se encuentran en las profundidades del suelo ( >1 m) como Lumbricus terrestris y son las encargadas de hacer galerías verticales y participar activamente en el mejoramiento de la infiltración de agua en suelo.

Otros métodos asociados a la determinación de C orgánico en suelo incluyen la microscopia de epifluorescencia, FISH, concentración de glomalina (asociada a la presencia y actividad de hongos formadores de micorriza), actividad de la enzima deshidrogenasa, actividad esterasa o el potencial bioquímico de producción de metano.

La materia orgánica en el suelo presenta elevada variabilidad, así como sus distintas fracciones, por lo que las metodologías aplicadas deberían estar basadas en muestreos adecuados, preferentemente en grilla, de tal forma que se puedan generar mapas y realizar un manejo sitio-específico del suelo (Figura 5).

CONSIDERACIONES FINALES

La materia orgánica en suelos está formada por diferentes fracciones, todas ellas diversas en estabilidad a la degradación, y con diferentes funciones, por lo que el porcentaje de materia orgánica (%MO) resulta un indicador global, pero no necesariamente sensible. En especial, para evaluar los efectos sobre la actividad biológica y calidad de suelo, deberían considerarse además otras fracciones de C, así como indicadores más sensibles como respiración de suelo o actividad enzimática.

La producción de alimentos a nivel global está gravemente amenazada por el cambio climático. En Chile, las evidencias de cambio climático se suman día a día y los efectos proyectados a través de modelos globales, hace casi tres décadas, lamentablemente se han hecho realidad. Entre ellos, una drástica caída en las precipitaciones, las que a su vez se hacen más cortas e intensas, un aumento de las temperaturas y una disminución de las horas de frío acumuladas, y como consecuencia un aumento significativo del déficit hídrico en una porción significativa del territorio, lo que en la práctica implica un aumento en los requerimientos de riego, en un escenario de menos agua disponible. Muchas son las medidas de adaptación al cambio climático que se han propuesto, sin embargo, una esencial es el mejoramiento de la calidad de suelo.

Los suelos constituyen el mayor almacén de carbono terrestre. Los primeros treinta centímetros del suelo del planeta contienen prácticamente el doble de carbono que el que existe en toda la atmósfera. Después de los océanos, el suelo es el segundo sumidero de carbono natural más grande, y sobrepasa la capacidad de los bosques y otra vegetación para capturar dióxido de carbono (CO2) del aire (Figura 1).

Sin embargo, la degradación acelerada de los suelos, especialmente en los trópicos y subtrópicos, es un problema global, que lleva no solo a perder la capa arable de los mismos, sino también su capacidad de retención de agua, producción de alimentos y diversidad biológica, entre muchas otras funciones que cumple el suelo.

LAS CUATRO FORMAS

La degradación del suelo implica la pérdida de su calidad y la reducción de los servicios y funciones ecosistémicas que presta. La degradación del suelo puede ser física, química, biológica y ecológica.

• Degradación física, que resulta en la reducción de las propiedades estructurales (estructura, porosidad) haciendo susceptible el suelo a la formación de costras, compactación, erosión, mayores fluctuaciones de temperatura, reducción de la infiltración de agua y mayor propensión a la desertificación.

• Degradación química, caracterizada por la acidificación, reducción de capacidad de intercambio catiónico CIC, incremento de toxicidad por Al o Mn o Cu (como ocurre en suelos chilenos), deficiencias de Ca o Mg, pérdida de N-NO3, P-PO4 y otros nutrientes esenciales, o acumulación de residuos y contaminantes industriales. Cabe señalar que la degradación química puede producirse también por excesos de fertilización, lo que puede aumentar la salinidad y afectar la calidad física del suelo, como por ejemplo excesos de K que provocan un sellamiento del suelo.

• Degradación biológica asociada a la pérdida in situ de las diferentes fracciones de materia orgánica del suelo, pérdida de biodiversidad, reducción de la estabilización de fracciones orgánicas, e incremento de los gases de efecto invernadero (GEI) desde el suelo a la atmósfera, producto de la degradación de la materia orgánica y reducción de la capacidad de secuestro de carbono del suelo. El suelo se convierte entonces en una fuente de emisiones netas de GEI como dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4), en lugar de ser un sumidero. Esta se produce normalmente por exceso de labranza y manejo intensivo del suelo.

• Degradación ecológica, que es considerada por expertos como la combinación de las anteriores resultando en la pérdida de
las funciones ecológicas del suelo, como ciclaje de elementos, infiltración y purificación de agua, cambios en los ciclos hidrológicos y pérdida de la productividad neta del bioma.

En general la pérdida de la materia orgánica y el deterioro de calidad del suelo ya sea por factores naturales o antropogénicos, tiene efectos directos sobre la pérdida de sus funciones, incluyendo la pérdida de agua y la conservación de los ecosistemas (Figura 2).

MATERIA ORGÁNICA Y CALIDAD DEL SUELO

Las diferentes fracciones de materia orgánica en el suelo, tanto en cantidad como en calidad, son la base de la calidad y salud del suelo y por lo tanto son los indicadores más confiables para monitorear su estado de conservación. La degradación del suelo agota las distintas fracciones de materia orgánica y, junto con ello, se reduce drásticamente la diversidad biológica y, en especial, microbiológica de los suelos, los nutrientes disponibles para la planta (N, P, S) y la formación de micro y macroagregados, directamente relacionados con la capacidad de infiltración y retención de agua en el suelo.

El total de materia orgánica se determina a partir del carbono orgánico (SOC); sin embargo, es posible determinar otras fracciones importantes como el C soluble y el C de ácidos húmicos y fúlvicos. Los microorganismos heterótrofos del suelo degradan la materia orgánica, contribuyendo al ciclaje de nutrientes, la estabilización de la estructura del suelo y la infiltración y almcenamiento de agua en el suelo.

El mayor reservorio de carbono orgánico del suelo se encuentra en el permafrost de las regiones nórdicas, calculado en cerca de 190 Pg C (1 petagramo= 1 x 1015 g); es decir, ciento noventa mil millones de toneladas en los primeros 30 cm de suelo, la mayoría como turba. Allí, el C se acumula en el suelo debido a las bajas temperaturas que reducen la actividad biológica y promueven una lenta degradación de la materia orgánica.

Cabe señalar que existen suelos con similares contenidos de materia orgánica, como los suelos andisoles (trumaos) con contenidos similares de materia orgánica (10-30%), donde ésta se encuentra protegida en las arcillas amorfas (alofán e imogolita). Las propiedades físicas de estos suelos son extraordinarias, mostrando una excelente infiltración y retención de humedad.

Estos suelos, ocupan cerca del 1% de la superficie de suelos a nivel mundial, sin embargo, en Chile los suelos de origen volcánico representan cerca del 55% de los suelos arables (Figura 3, suelos volcánicos del sur de Chile). Desafortunadamente su degradación continúa, sobretodo a través de una erosión de manto, que provoca la pérdida de varias toneladas de suelo por hectárea, que no se notan a simple vista, pero que tiene un gran impacto en la pérdida de la calidad del suelo y los efectos colaterales, como pérdidas de materia orgánica y nutrientes hacia los cursos de agua, sedimentación de los mismos y riesgos de inundaciones con lluvias más cortas e intensas.

Por tanto, la materia orgánica del suelo es esencial no solo para reducir el efecto de los GEI, sino para garantizar la salud del suelo y a partir de ella su capacidad productiva y conservación del agua y nutrientes.

AUMENTO DE MATERIA ORGÁNICA

Según antecedentes de literatura, las fracciones de carbono orgánico del suelo deben aumentar y mantenerse por encima del umbral o nivel crítico de 10 a 15 g/kg (1-1,5%) esencial para reducir los riesgos de degradación y revertir la tendencia a la degradación. En Chile se apunta a tener suelos con hasta un 4% de materia orgánica (MO), cuando éstos no son de origen volcánico, aunque se ha establecido un nivel crítico de 2% de MO.

Cabe señalar que, a través del uso del suelo, por el proceso de respiración microbiana, se pierden anualmente entre 500 a 2.000 kg de C/ha, que deben ser repuestos anualmente a través de la adición de materiales orgánicos. Por tanto, deben implementarse prácticas agrícolas que fomenten la calidad del suelo, no solo para la producción de alimentos, sino también como una estrategia clave de adaptación al cambio climático.

El Manejo Integrado de la Nutrición (MIN) es una estrategia que incorpora el manejo adecuado de la materia orgánica y su dinámica, que no solo permite aprovechar los residuos de cosecha, agroindustria o de la producción animal, sino que aprovecha el potencial de todos los componentes de la materia orgánica, desde polímeros complejos como la celulosa o lignina, hasta simples como los azúcares y aminoácidos, para activar biológica y químicamente el suelo.

De esta forma, el balance de nutrientes, que incluye los aportes de la mineralización de la materia orgánica y el ajuste de la proporción de nutrientes faltantes mediante el uso de fertilizantes convencionales u orgánicos, ofrece un saldo positivo de carbono para el suelo y el ecosistema, que permite mejorar su calidad, sus relaciones hídricas y su productividad, además de secuestrar C.

Uno de los factores más críticos de la presente temporada agrícola en Chile, ha sido la falta de agua, situación que, de acuerdo a los modelos predictivos, será recurrente en el futuro.

Es por ello que las medidas que apuntan a mantener o mejorar la calidad del suelo, la materia orgánica, y la actividad biológica en el mismo, sumados a estrategias para un uso eficiente del agua, a nivel de cuenca, se vislumbran como elementos claves en la adaptación al cambio climático. El uso eficiente del recurso hídrico no pasa solamente por cambiar el método de riego hacia sistemas tecnificados, sino que debe involucrar una mirada a nivel de cuenca, de manera que el riego no se traduzca en una actividad netamente consuntiva del recurso hídrico, sino que se realice considerando todos los factores a nivel de ecosistema.

CALIDAD DE MO, MÁS AGUA

La capacidad de retención de humedad es la cantidad máxima de agua disponible para la planta que puede almacenar un suelo, luego del drenaje de los macroporos. Técnicamente corresponde a la diferencia entre la capacidad de campo y el punto de marchitez permanente de un suelo. Estas constantes hídricas pueden ser modificadas en el mediano y largo plazo a través del mejoramiento de la calidad del suelo, en particular, a partir de la adición de materia orgánica.

Esta propiedad es afectada por la textura del suelo, la presencia de macro y microagregados, y por ende, por la presencia microorganismos y ciclaje de materia orgánica (Figura 4). El agua disponible en el suelo aumenta con el contendido de arcilla y materia orgánica del suelo. En suelos de textura más fina, sin ser arcillosos (suelos francos), o con presencia de materiales orgánicos, hay mayor presencia de poros pequeños que retienen el agua contra el drenaje libre, lo que resulta en mayor capacidad de campo. Sin embargo, en suelos arcillosos, pesados, la capacidad de agua disponible es menor, ya que estos suelos tienden a tener un mayor punto de marchitez permanente.

Por ello uno de los mayores efectos de la materia orgánica del suelo, en la mayoría de suelos minerales (no volcánicos), es contribuir con el 20-80% de la capacidad de intercambio catiónico y promover la agregación de sus partículas. Los microorganismos presentes en el suelo activan la descomposición de los materiales carbonados y producen polisacáridos y sustancias húmicas que promueven la agregación. De esta forma, las pequeñas partículas se entrelazan formando agregados estables al agua, que son importantes para mejorar la infiltración, reducir la escorrentía, mejorar la aireación e intercambio de gases y facilitar la penetración y crecimiento de raíces. Esto permite a su vez un uso más eficiente del agua y los nutrientes del suelo.

Conocer la situación y la condición de los recursos del suelo y el paisaje es fundamental para tomar decisiones sobre las prácticas sostenibles de manejo que contribuyen a los sistemas de uso inteligentes, adaptados al clima. La selección adecuada de estrategias de manejo, para condiciones específicas brinda una oportunidad para mejorar la adaptación y la mitigación del cambio climático y el establecimiento de un ecosistema resiliente. La base del manejo de suelo adaptado al clima es el mejoramiento de su calidad, particularmente a través del uso de materia orgánica y de allí construir estrategias para el mantenimiento de la calidad y cantidad de agua (Figura 5).

¿Como partir? Para mejorar la calidad del suelo, es necesario conocerlo en detalle. Es por ello que un buen punto de partida es el mapeo detallado de las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo, para luego establecer las respectivas enmiendas y un manejo inteligente del mismo, adaptado al cambio climático (Figura 6).

COMENTARIOS FINALES

Una de las principales medidas de adaptación al cambio climático es el mejoramiento de la calidad del suelo, que permitirá mejorar la infiltración y capacidad de retención de agua en el suelo y hacer un mejor uso de ésta. El uso de materia orgánica de buena calidad es el punto de partida para un manejo sustentable, inteligente frente al cambio climático.

Por: María Mercedes Martínez, PhD y Rodrigo Ortega Blu, PhD, académicos investigadores de la Universidad Federico Santa María

Los purines, derivados de la produccion animal, tienen un buen potencial agronómico para ser utilizados como fertilizante y/o mejorador de suelo. Pueden aplicarse al suelo, ya sea frescos (teniendo en cuenta características de inocuidad), o luego de un tratamiento que puede ser completamente aeróbico, anaeróbico o aeróbico facultativo. Los purines más comúnmente usados provienen de lagunas aeróbicas facultativas o de plantas de producción de biogás.

Cada tipo de purín tiene características únicas que, además del proceso, dependen del tipo y edad del animal, la alimentación, la cantidad de agua usada en el lavado y el método de lavado (uso de detergentes u otras sustancias limpiadoras). En el caso de los residuos de purines tratados en plantas de biogás, éstos se denominan digestatos o biodigestatos.

Por su alta carga de nutrientes, los purines pueden ser usados como fertilizantes de cultivos, praderas y frutales. Las ventajas que tiene el purín respecto a un fertilizante químico son su menor costo y los efectos positivos que causa en la calidad del suelo, dado sus aportes de materia orgánica. Sin embargo, al igual que los fertilizantes químicos convencionales, su aplicación debe ser muy cuidadosa para maximizar los beneficios agronómicos y minimizar los impactos negativos que un mal uso pudiera causar en los cultivos, el suelo, el agua y el aire.

Los factores que deben considerarse para la correcta dosificación y aplicación de purines son:

1 La calidad del purín: Mientras más estable y controlado sea el proceso productivo y el tratamiento del purín, más estables serán sus propiedades fisicoquímicas. Las características químicas de un purín proveniente de un proceso controlado de producción de biogás.

2 Los requerimientos nutricionales del cultivo: Cada especie tiene requerimientos nutricionales específicos. Estos se expresan en kilos de nutriente por tonelada de producto producido. Parte de estos requerimientos son aportados por el suelo y el resto debe suministrarse a través de fertilizantes, en este caso purín.

3 Las propiedades del suelo: las propiedades físicas y químicas del suelo, en particular, la textura, pH, conductividad eléctrica y la cantidad de nutrientes disponibles deben considerarse para dosificar adecuadamente los purines.

4 Los niveles adecuados de nutrientes para frutales y cultivos. La conductividad eléctrica del suelo idealmente debería ser < 2 dS/m, aunque existen marcadas diferencias en tolerancia a las sales entre las distintas especies. Por su parte el pH debería mantenerse sobre 5.8.

LAS CONDICIONES CLIMÁTICAS

El clima controla la efectividad de las aplicaciones y afecta directamente las pérdidas de gases y nutrientes hacia el medio ambiente. Normalmente los purines deben ser aplicados en períodos sin precipitación y cuando el cultivo está en pleno crecimiento de manera que pueda aprovechar los nutrientes. Se deben evitar las aplicaciones superficiales, sin incorporación a través del cultivo del suelo o el riego, de manera de minimizar las pérdidas gaseosas de amoniaco.

¿CÓMO SE DETERMINAN LAS DOSIS?

Existen numerosas formas para estimar las dosis de nutrientes para un cultivo. Sin embargo, debería preferirse aquellas que producen dosis menores y que permiten alcanzar buenos rendimientos. Para nitrógeno (N), normalmente se utiliza un balance entre la demanda del cultivo y el suministro, incluyendo el N residual del suelo, el que aporta el agua de riego y el que se mineralizará durante la temporada.

En el caso de fósforo y potasio, el criterio de recomendación usado se denomina “construcción + mantención”; en éste la idea es construir hasta los niveles críticos y luego mantenerlos reponiendo la extracción del cultivo. La extracción de nutrientes del cultivo es lo que sale del campo en el producto, aproximadamente la mitad de la demanda. Si se desea ser más conservador, es posible reponer la demanda completa.

Las dosis de purín dependerán del criterio a utilizar:

• Satisfacer las necesidades de N del cultivo
• Satisfacer las necesidades de P del cultivo
• Satisfacer las necesidades de K del cultivo

La dosis a utilizar es aquella menor que satisfaga los requerimientos de uno de los nutrientes, en particular N o P. Los déficits de algún nutriente deben aportarse con fertilizantes convencionales. La dosis de purín para uva de mesa, utilizando los datos de aporte de nutrientes del purín y los criterios anteriores. Las dosis de purín podrían variar entre 23 y 150 m³/ha/temporada.

Cuando se utiliza el criterio de N, se sobrepasa en más de un 200% el requerimiento de P; mientras que cuando se utiliza el criterio de K se sobrepasa la dosis de N en más de un 100% y la de P en más 500%. Es por ello que, en este ejemplo, la dosis de purín apropiada debiera ser de 23 m³/ha/temporada, la que permitiría satisfacer las necesidades de P, sin excesos, existiendo déficits en el caso de N y K, los cuales podrían ser aportados con fertilizantes convencionales.

La distribución de las dosis de purín para distintos cultivos, frutales y praderas. Se observa que las dosis menores corresponden a frutales, mientras que las más altas a cultivos y praderas. En promedio, deberían aplicarse dosis de 100 m³/ha para frutales y 160 m³/ha para cultivos y praderas.

¿CÓMO SE APLICAN?

Los purines se aplican incorporados al suelo a fines de invierno en cultivos sin riego tecnificado, o bien diluidos a través del riego, ya sea por aspersión, micro aspersión o goteo. En este último caso, al igual que con los fertilizantes químicos convencionales, deben diluirse lo suficiente para no sobrepasar la conductividad eléctrica (CE) tolerada por el cultivo.

Normalmente, para que el agua con purín no sobrepase los 2 dS/m, el purín debería ser diluido en agua nueve veces; es decir por cada metro cúbico de purín deberán aplicarse 8 m³de agua de riego. Por ejemplo, en un típico riego de 80 m³de agua/ha, podrían aplicarse alrededor de 9 m³de purines, es decir, 71 m³de agua de riego y 9 de purín.

CALIDAD DE LOS PURINES E INOCUIDAD

Los purines aplicados deben ser inocuos para la salud humana y deben cumplir con las normas establecidas. La Norma Chilena 3375:2015 establece los siguientes valores aceptados como indicadores de contaminación biológica en biodigestatos: E. coli (<1000 NMP/g MS), Salmonellasp. (< 3 NMP/ 4 g MS), huevos de helminto (< 1/ 4 g MS). La misma norma establece los límites máximos de metales pesados: As (55 mg/kg), Cd (15 mg/kg), Cu (667 mg/kg), Cr (167 mg/kg), Hg (3 mg/kg), Ni(133 mg/kg), Pb (367 mg/kg), Zn (1333 mg/kg).

Recientemente entró en vigencia la Ley de Inocuidad AlimentariaFSMA (Food Safety Modernization Act) en Estados Unidos, que regula en mayor detalle el uso de fertilizantes e insumos agrícolas, tanto de origen biológico como sintético, la cual debe considerarse al momento de utilizar los purines.

INDICADORES DE SUELO Y AGUA

El análisis de suelo y aguas subterráneas es muy importante para determinar la correcta aplicación de purines. Se debe observar el pH y CE del suelo, sus niveles de N y P disponible, además de los contenidos de patógenos y metales pesados, para evaluar su posible acumulación. En el caso del agua subterránea, debe tener contenidos de N-NO₃< 10 mg/L y contenidos de P < 0.03 mg/L.

COMENTARIOS FINALES

Los purines constituyen una excelente fuente de materia orgánica y nutrientes para la agricultura. Para su uso sustentable se deben seguir las mejores prácticas de manejo, de manera similar a las fuentes de nutrientes convencionales. El Manejo Integrado de la Nutrición (MIN) constituye el marco ideal para maximizar los beneficios agronómicos y ambientales de la aplicación de purines.

Escrita por: María Mercedes Martínez, Tropen Universidad de Bonn

María Carolina Orellana, Agriservice Spa

Rodrigo Ortega, Universidad Técnica Federico Santa María.

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  eficiente,  con  la  aplicación  de  insumos  en  la  dosis  justa  y  en  el  tiempo  y  lugar  preciso,  manteniendo  o  mejorando  la  calidad  del  suelo,  del  agua  y  del  entorno,  se  ha  posicionado  con  más  fuerza  no  solo  desde  el  punto  de  vista  político  y  legal,  sino  también  desde  los  consumidores  finales  que  prefieren  comprar  productos  saludables,  inocuos  y  producidos  con  baja  huella  ambiental.  Lo  anterior  genera  cambios  de  paradigmas  en  los  productores  y  exportadores.

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  nutrientes  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:

•  Conocer  las  diversas  funciones  del  producto  en  el  suelo  y  no  sólo  la  principal.
• Conocer  la  pureza,  concentración  y  eficacia  del  producto.
• Utilizar  formulaciones  mejoradas  que  permitan  que  el  microorganismo  llegue  a  destino  y  se  establezca  y  multiplique  adecuadamente.
• Utilizar  dosis  apropiadas  de  acuerdo  a  la  naturaleza  de  la  aplicación.
• Mantener  un  ambiente  adecuado  para  que  el  bioproducto  funcione  apropiadamente  (control  del  pH,  la  dosis  de  fertilización  y  la  conductividad  eléctrica).
• Desarrollar  y  aplicar  bioproductos  de  la  forma  más  sitio-específica  posible.

Escrito por: María Mercedes Martínez, Rodrigo Ortega y Rene Novo.

La agricultura de precisión (AP) ha sido promovida e implementada en todo el mundo, en distintas escalas, en las últimas tres décadas. La base real de AP es la variabilidad espacial y temporal de los rendimientos de los cultivos debido a la variabilidad del suelo y clima entre y dentro de los lotes de producción.

Tradicionalmente, los cultivos se han tratado bajo los supuestos de uniformidad del suelo, nutrientes, humedad, malezas, insectos y condiciones de crecimiento. Esto ha llevado a la aplicación de manejos agronómicos uniformes que en distintos lugares del lote provocan la aplicación de dosis excesivas o insuficientes de herbicidas, plaguicidas, riego, fertilizantes y otros tratamientos. Es por ello que el objetivo principal de la agricultura de precisión es aplicar el tratamiento adecuado en el lugar y en el momento correcto para buscar una producción agrícola sostenible de bajo costo energético y alta eficiencia.

La implementación de técnicas de agricultura de precisión permite obtener beneficios económicos y ambientales que se visualizan a través del uso eficiente del agua, fertilizantes y agroquímicos, además de la maquinaria agrícola. En lugar de administrar un campo completo basado en alguna condición hipotética promedio, que puede no existir en ningún lugar del campo, un enfoque holístico y a la vez especifico, como aquel que ofrece la agricultura de precisión, permite reconocer las diferencias específicas del sitio dentro de los campos y ajustar las acciones a seguir ya sea en nutrición, manejo de suelos, riego o control de plagas y enfermedades, tanto en campos bajo manejo orgánico o convencional.

Los agricultores generalmente saben que sus campos tienen rendimientos variables en todo el paisaje. A través de las tecnologías de agricultura de precisión es posible determinar las causas de la variabilidad, ya sean estas producto de las prácticas agrícolas, las propiedades del suelo y/o características ambientales. Las características del suelo que afectan los rendimientos incluyen textura, estructura, hume- dad, materia orgánica, estado y disponibilidad de nutrientes, especie, variedad, características del microbioma asociado, posición del paisaje y características ambientales que incluyen por ejemplo clima, cambio climático, estrés hídrico, plagas y enfermedades.

Conociendo estos efectos es posible hacer las correcciones pertinentes para obtener los beneficios agronómicos y ambientales que incluyen mayores rendimientos y rentabilidad, mejor gestión dentro del predio y mejores prácticas agrícolas que favorecen la sustentabilidad y calidad ambiental, así como la adaptación al cambio climático.

MICROBIOLOGÍA DE PRECISIÓN

La fertilización sitio-especifica es una de las prácticas más comunes en agricultura de precisión. Toma en cuenta que la heterogeneidad física, química y biológica del suelo dentro de un campo puede dar como resultado una variabilidad espacial y temporal en el ciclo de nutrientes, que probablemente tenga un impacto en el rendimiento del cultivo y la eficiencia del N por pérdidas por lixiviación y emisión de gases.

A partir del desarrollo del concepto de Manejo Integrado de la Nutrición (MIN), que combina el uso de herramientas de diagnóstico, ajuste de dosis de nutrientes y el uso de materia orgánica y microrganismos, de manera sitio-específica, es que comienza a acuñarse el concepto de “microbiología de precisión”. Este concepto nace del hecho de que, así como el rendimiento del cultivo es variable en tiempo y espacio, las poblaciones y actividad del microbioma asociado también los son, en respuesta a la variabilidad del suelo y al efecto de los manejos agronómicos aplicados.

Como se mencionó anteriormente con la agricultura de precisión, las variaciones en las características del suelo o del cultivo dentro de un campo son identificadas y mapeadas, y las acciones de manejo se ajustan espacial y temporalmente a los requerimientos del cultivo en las áreas respectivas. Estas pro- piedades del suelo pueden ser las tradicionalmente empleadas, como son las propiedades físicas (como textura o compactación), químicas asociadas al ciclaje de nutrientes (materia orgánica, N, P, K, etc.), o bien propiedades biológicas del suelo como población y actividad de organismos de la meso y micro fauna. Sin embargo, no todas las pro- piedades de un suelo cambian a la misma velocidad, producto de los manejo simplementados y es por ello que además de las tradicionales pro- piedades químicas o físicas deben incluirse propiedades microbiológicas o bioquímicas que corresponden a indicadores más sensibles y de rápida respuesta, pues están ligados a la actividad biológica y responden a cambios en cortos periodos de tiempo, de forma que la sustentabilidad en los manejos del suelo puede definirse de mejor forma en términos de estos indicadores.

Las comunidades microbianas, grupos funcionales de microorganismos, metabolitos o genes específicos son hoy por hoy uno de los mejores y más usados indicadores de salud, calidad y sustentabilidad de los manejos de suelo.

ENZIMAS DE SUELO

Un suelo es biológicamente activo cuando los procesos biológicos ocurren rápidamente en tiempo y lugar, y son los microorganismos, los encargados de muchas de las transformaciones bioquímicas que ocurren en el suelo. Por su metabolismo, éstos requieren carbono simple como fuente de energía y como base para la construcción de nuevos compuestos carbonados (proteína), y es por ello que descomponen la materia orgánica presente en el suelo para que sirva como fuente de dicho carbono.

Para ello emplean básicamente enzimas, compuestos orgánicos que actúan sobre los residuos vegetales, animales y microbianos para descomponerlos y disponer de nutrientes. El compuesto o sustancia sobre la que actúan las enzimas es el sustrato, y son específicas (por ejemplo, las proteínas actúan descomponiendo proteínas), mediante sitos específicos por donde pueden unirse para formar complejos temporales. El producto de la reacción puede quedar en la solución del suelo y es aprovechado por los microorganismos y también por la planta.

Las enzimas provienen de microorganismos vivos y muertos, así como de las raíces de las plantas y animales del suelo, permanecen en el suelo, y pueden no representar necesariamente viabilidad o actividad microbiana pues se estabilizan en complejos orgánicos como ácidos húmicos, arcillas o complejos arcillo húmicos. Existen otras enzimas como la deshidrogenasa que sólo refleja actividad de células viables y en teoría no se une a complejos físicos – químicos en el suelo.

Las enzimas responden a cambios en el manejo de suelo mucho antes que otros indicadores y juegan un papel muy importante en la degradación, mineralización y ciclaje de nutrientes; la actividad enzimática de microorganismos del suelo puede presentar variación espacial y estacional con los valores más altos en primavera y comienzos del verano, efectos de manejo (alto rendimiento o bajo rendimiento) y diferencias en el sistema de manejo agrícola utilizado (convencional o de precisión).

Algunos estudios indican por ejemplo que, aunque no se presen- ten cambios significativos en la concentración de N total en el tejido, la actividad de degradación de la proteína presente en la materia orgánica, conocida como actividad proteolítica, medida en términos de la cantidad de enzimas producidas para degradar estos compuestos en suelo, está directamente relacionada con altos rendimientos en los cultivos y que en lugares de potencial bajo rendimiento, las aplicaciones sitio específicas de fertilizantes causan una mayor actividad proteolítica en comparación con la gestión convencional.

En un suelo arrocero de la zona centro sur de Chile, se encontró una elevada variabilidad de la actividad enzimática, asociada a cada ciclo de nutrientes (C, N, P), encontrándose por ejemplo menor actividad de la β glucosidasa en aquellos lugares de mayor cantidad de residuos (residuos más recalcitrantes) y viceversa. Por otra parte, la actividad de la fosfatasa ácida fue mayor en aquellos lugares del lote con menores contenidos de P Olsen y viceversa. Finalmente, la amoniomonoxigenasa (AMO), enzima inducida por sustrato, mostró una mayor actividad en aquellos lugares de mayor contenido de amonio (NH⁴).

Por otro lado, en un estudio realizado en uva de mesa se encontró que los niveles de biomasa aérea del cultivo estaban directamente asociados a la actividad enzimática del suelo. En el mismo estudio, la aplicación sitio específica de materia orgánica en aquellos sitios con baja biomasa (baja actividad enzimática) permitió uniformar el cuartel.

Así mismo, otras actividades como la nitrificación y desnitrificación se ven afectadas después de las aplicaciones de fertilizante nitrogenado, siendo mayores en suelos de bajo rendimiento donde se fertiliza de forma no diferenciada, y respondiendo a la aplicación sitio específica de N.

La variabilidad espacial y temporal de la actividad enzimática es muy alta, reflejando diferencias entre suelos, sistemas productivos, manejos y localidades. Se presentan las distribuciones en la actividad de algunas enzimas en suelos chilenos.

Fitobiomasas e inoculantes sitio – específicos

De forma paralela a los avances en tecnología disponible para la agricultura de precisión, también se ha avanzado enormemente en el conocimiento de las comunidades y procesos ecosistémicos, así como las tecnologías de apoyo, como la secuenciación, la biología computacional y muchas tecnologías “ómicas” (genómica, protéomica, metabolómica) que permiten la exploración de las redes y actividades funcionales de las comunidades asociadas a las plantas o fitobiomas.

Los fitobiomas abarcan todos los organismos y todos los aspectos del entorno que influyen o son influenciados por las plantas. Debido a los procesos diversos y dinámicos llevados a cabo por los miembros del bioma, los fitobiomas tienen un papel importante en la salud y la productividad sostenida de las plantas y los ecosistemas (agroecosistemas) en que éstas participan. Esto ha permitido desarrollar estrategias de manejo de sitios productivos a la medida de las necesidades, determinando microorganismos relaciona- dos o metabolitos producidos por ellos, o aplicando productos bioló- gicos a base de microorganismos como bioestimulantes, biocontroladores o biofertilizantes.

El desarrollo de inoculantes y su uso en agricultura ha avanzado rápido en la última década. Estos productos contienen microorganismos potencialmente útiles para diferentes procesos en suelo, desde la fijación biológica de N, la degradación de materia orgánica o la solubilización de P, con mecanismos diversos que incluyen la activación deenzimasespecíficas, que, como la nitrogenasa, depende de la presencia del microorganismo (bacteria) y su condición genética o la β glucosidasa o amoniomonoxigenasa (AMO), que dependen de la relación sustrato – producto presente en suelo, para activarse.

Los inoculantes a menudo con tienen cepas de microorganismos seleccionados por su habilidad para influir en la nutrición y crecimiento de las plantas en un amplio rango de situaciones y bajo diferentes tipos de estrés. Sin embargo, también pueden ser desarrollados para uso bajo condiciones y ambientes específicos, buscando que la interacción suelo-planta- microorganismos resulte en un mejor sistema de raíces, mejores cosechas, mejor calidad de producto y sustentabilidad de suelo.

Se habla entonces de una segunda generación de inoculantes, donde se combinan efectos de microorganismos, por ejemplo, hongos de micorriza arbuscular con consorcios de bacterias PGPR, ampliando la influencia en las relaciones ecológicas y agronómicas en los cultivos y el suelo, favoreciendo por ejemplo, la fijación de N y la movilización del P así como la adsorción de iones metálicos gracias a los grupos carboxilo, hidroxilo y aminoácidos libres presentes en la pared de quitina de los hongos.

La agricultura de precisión puede desempeñar un papel sustancial para satisfacer la creciente demanda de alimentos y garantizar el uso sostenible de los recursos naturales y el medio ambiente. Sin embargo, el tamaño y la diversidad de las estructuras agrícolas hacen que sea necesario cambiar el paradigma respecto a la información de calidad de suelos y nutrición de cultivos obtenida desde los análisis físicos o de fertilidad de suelos, e incluir indicadores biológicos y bioquímicos más sensibles. Por ejemplo, la generación de una herramienta “calculadora de calidad de suelo de precisión” aportaría valor de apoyo a la decisión a los agricultores y asesores.

Igualmente, avanzar en la comprensión a nivel de comunidades, metabolitos y, en general, de conocimiento de microbiomas será fundamental para apoyar la producción agrícola, la adaptación al cambio climático y la seguridad alimentaria, pero es necesario traducir este conocimiento a la práctica y requerirá la interacción de diferentes disciplinas.

En el Primer Congreso Latinoamericano de Agricultura de Precisión a realizarse en Santiago entre el 11 y 13 de Abril de 2018, se presentarán los avances en Microbiologíade Precisión. www.clap2018.cl

Escrito por: María Mercedes Martínez y Rodrigo Ortega de la Universidad Técnica Federico Santa María.

¿CÓMO ESTARÁN LAS EXIGENCIAS DE LOS MERCADOS EL 2030 EN CUANTO AL USO DE AGROQUÍMICOS Y QUÉ ROL OCUPARÁN LOS BIOINSUMOS?

-Freddy Boehmwald: En los próximos años, las exigencias en el uso de agroquímicos deberían ser cada vez más estrictas. En la medida que las autoridades reguladoras de todo el mundo concedan mayor importancia a la protección ambiental y a la seguridad alimentaria, los productores necesitarán nuevas formas de obtener mayores rendimientos y los consumidores globales demandarán productos agrícolas sanos y seguros. Como consecuencia, los biológicos agrícolas incluidos los biocontroladores, biofertilizantes y bioestimulantes debieran asumir un papel relevante para sobrellevar las necesidades que genere el mercado.

-María Mercedes Martínez: El uso de plaguicidas se ha incrementado considerablemente a lo largo de los últimos 35 años, alcanzando tasas de crecimiento del 4 al 5,4% en algunas regiones. En los años noventa se apreció una disminución del uso de insecticidas, mientras que en contraste, el uso de herbicidas continuó aumentando en la mayoría de los países. El incremento en el uso total de fertilizantes entre 1997-99 y 2030, podría ser tan reducido como el 37%. Sin embargo, el uso actual en muchos países en desarrollo es muy ineficiente. La contaminación de las aguas subterráneas por nitrógeno y fosforo y residuos agroquímicos es uno de los problemas más importante en casi todos los países desarrollados y, cada vez más, en muchos países en desarrollo. Por todo ello, las proyecciones para el año 2030 suponen un menor crecimiento del uso de fertilizantes nitrogenados que en el pasado y cambios en el uso, forma de aplicación, formulación de plaguicidas. Es por ello que la biotecnología y la agricultura de precisión serán una herramienta importante, debido a que puede ofrecer soluciones donde los enfoques convencionales de mejoramiento han fracasado, y podría ser de gran ayuda para el desarrollo de variedades de cultivos, conocimiento de microbiomas, y fitobiomas, uso específico de microorganismos, incremento en la biodiversidad y sustentabilidad y aplicaciones diferenciadas de productos en campo.

¿EL USO DE CONTROLADORES BIOLÓGICOS PAREA EL CONTROL DE PESTES, PODRÁ SER UNA REALIDAD CONCRETA AL 2030?

-Freddy Boehmwald: Existe una tendencia en el desarrollo de productos más seguros y eficientes que satisfagan plenamente las necesidades de nutrientes del suelo y de los cultivos y disminuyan el uso de productos químicos como hormonas, fertilizantes y pesticidas para reducir su impacto adverso en el medio ambiente. Por ende, se espera que el uso de bioestimulantes, biofertilizantes, biocontroladores y otros productos similares sean una realidad concreta en los próximos años. Se piensa que los biocontroladores -productos de origen biológico que controlan plagas serán parte importante de la estrategia de desarrollo de las principales compañías y de empresas de todo el mundo, debido a características como seguridad, protección del medio ambiente y bajo nivel de residuos. Además, debido al avance en tecnologías relacionadas con el microbioma de los factores determinantes de las plagas, podrían obtenerse productos biológicos más específicos y eficientes.

¿CÓMO SE PUEDE MEJORAR EL USO DE BIOINSUMOS AL 2030?

-Freddy Boehmwald: Una de las estrategias en la que deberíamos focalizar nos es la especificidad en su modo de acción, ya que la mayoría de los productos actuales solo indican generalidades en el efecto del producto. Un estudio más exhaustivo permitiría generar un etiquetado más específico y así su uso estaría más acorde al objetivo real del consumidor. Otra estrategia es el conocimiento de los ingredientes activos y sustancias utilizadas en la formulación del bioinsumo para poder conocer las cantidades requeridas a aplicar del producto. Por último, y dado que la especificidad del producto en algunos casos no permite buenos resultados en todos los cultivos, tanto el productor como el consumidor debiesen verificar bajo qué condiciones y/o cultivos su formulación es efectiva.

-María Mercedes Martínez: Para incrementar el uso de los bioinsumos es preciso contar con diferentes estrategias, unas técnicas, otras políticas y otras de mercado. En el ámbito técnico, se requieren empresas que conozcan de los procesos de escalado y formulación, de tal forma que puedan producir bioinsumos con calidad y estabilidad. La formulación de los bioinoculantes por ejemplo, requiere de cubrir etapas de investigación básica, desarrollo industrial y pruebas de eficacia en campo, que muchas veces resultan costosas para quien desarrolla el producto. Adicionalmente es preciso avanzar en desarrollo de normativas y políticas agrícolas que favorezcan el uso de bioinsumos de calidad, seguros y confiables. Países como Chile, que en los últimos cinco años ha incrementado notablemente la producción, importación y uso de bioinsumos de origen microbiano, está en deuda, pues no cuenta con un marco regulatorio para dichos productos, de forma que el productor cuente con la seguridad de usar productos de calidad. La capacitación en técnicas de evaluación homologables internacionalmente y el desarrollo de laboratorios que puedan evaluar apropiadamente la pureza, concentración y eficacia de los bioinsumos, es clave para promover su uso de manera sustentable.

¿CREE QUE AL 2030 EL USO DE QUÍMICOS Y PRODUCTOS BIOLÓGICOS VA A SER UNO MÁS COMPLEMENTARIO QUE EL QUE EXISTE HOY?

-Freddy Boehmwald: La complementariedad entre agroquímicos y bioinsumos es un tema estudiado. Por ejemplo sabemos que su uso en conjunto permite, en algunos casos, mejores resultados. Por lo tanto, debido a las nuevas exigencias, se espera que la complementariedad persista y se transforme en un estándar para la producción agroindustrial.