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Noviembre 2018 | Agtech

Manejo Integrado de la Nutrición

Inoculantes microbianos, materia orgánica y gestión de suelo

La agricultura camina hacia una producción agrícola acorde con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) que fueron aprobados por la comunidad mundial hace tres años. Uno de los retos trazados con miras a 2050, es lograr que la producción de alimentos sea más inocua, amigable con el medio ambiente y de alta calidad y rendimiento. Basados en estos lineamientos, la microbióloga María Mercedes Martínez, PhD en Ciencias Agrarias de la Universidad de Bonn (Alemania) destaca la importancia de introducir en nuestros campos un ‘manejo integrado de la nutrición’, lo que involucra una adecuada gestión del suelo y de la materia orgánica y el uso de los bioinoculantes.

La calidad de suelo es la gran base de la pirámide sobre la cual se construirá una biomasa de raíces que evitará plantas débiles, plantea la microbióloga María Mercedes Martínez. Esa biomasa de raíces será el soporte a su vez de la biomasa aérea, así como del rendimiento y la calidad de la cosecha. De acuerdo a la publicación Soil Quality Indicators, esa calidad corresponde a la capacidad del suelo de funcionar con los recursos del ecosistema, para sostener la productividad biológica, calidad ambiental y promover la salud de plantas y animales.

Cuadro 1. Contenido de C y N en diferentes materiales.

Un suelo corriente está compuesto, por ejemplo, por un 45% de partículas minerales, 25% de agua, 25% de aire y solo un 5% de materia orgánica. Según comenta la investigadora, la materia orgánica tiene múltiples beneficios, no solo a nivel de la reducción de enfermedades, como pueden ser los nematodos; sino que mejora la porosidad y estructura, infiltración y capacidad de retención de humedad, siendo otro aspecto no menos importante la estimulación de la rizogénesis.   

En Colombia hay zonas donde el 7% del suelo es materia orgánica, pero en general el contenido de MO suele ser mucho menor. Por ejemplo, Martínez comenta que en zona semidesérticas puede representar solo entre 0,5 a 1% del total. “Si analizamos la materia orgánica, observamos que está compuesta en un 45% de materia estabilizada (humus), 40% de material en descomposición, 10% de raíces y hojas y, por último, un 5% de organismos vivos. Si escarbáramos la hojarasca que está sobre el suelo podríamos ver materia orgánica en distintos estados de descomposición. Para una bacteria no es fácil comerse una hoja, ni una hormiga, ni el hueso de un animal, pero sí será posible con la ayuda de la mesofauna”, refiere la experta.

A lo largo del proceso de degradación, existen distintos tipos de materia orgánica, que se presentarán en diferentes tamaños de partículas. Existen los residuos frescos-solubles que fácilmente van a entregar los azúcares en descomposición. Luego, se tiene la materia orgánica particulada, que se irá estabilizando en el tiempo hasta formar la materia húmica y, luego, aparece la materia orgánica más resistente, tipo grafito.

¿Qué análisis es necesario hacer para conocer el tipo y cantidad de materia orgánica presente en el suelo? El carbono presente en la materia orgánica debe ser visto como un todo, que fraccionado da una lectura de la calidad del suelo. ¿Y de dónde podemos sacar la materia orgánica? La fuente principal son los propios residuos, ya sean de origen animal o vegetal. Chile y otros países de la región que tienen costa también generan desechos marinos, que conforman una importantísima fuente rica en quitosano, un estimulador de la resistencia sistémica inducida.

TRATAMIENTO DEL MATERIAL ORGÁNICO

El compost como tal es el proceso aeróbico de degradación de la materia orgánica. Se trata de  un proceso exotérmico. Los microorganismos comienzan a comerse la materia orgánica y, en ese proceso, sudan elevando la temperatura ambiental. Por tanto, puede hacerse compost en el polo norte o en el trópico, da lo mismo. La temperatura la define la actividad metabólica de los microorganismos. Hay que hacer determinadas mezclas de materiales para el compost porque el proceso no funciona cuando la relación carbono y nitrógeno no es la adecuada.

En el compost se produce oxigeno, pero también metano, porque el material está muy húmedo y genera zonas muertas o anaeróbicas. Actualmente, una gran discusión es cuánto aporta el compostaje al cambio climático en relación a la producción de gases de efecto invernadero.

El lombricompuesto es otra alternativa de tratamiento de los materiales orgánicos. En el mercado, la lombriz Eiseniafética es la más rápida para comer, se multiplica muy rápido y todo su proceso es relativamente sencillo, aunque algo costoso.

También están las sustancias húmicas, que son muy prácticas porque pueden ser líquidas y es factible aplicarlas a través del sistema de riego. Hay sustancias alta, media y baja humificadas y de ellas se pueden conseguir de varias materias primas. Por el sistema de riego son fáciles de aplicar para aportar carbono al suelo. La ventaja de esta sustancia es que su gran ramificación o gran cantidad de radicales libres influyen en la capacidad de intercambio catiónico del suelo (CIC).

Si comparamos las sustancias húmicas y el compost, la primera tiene muy baja actividad biológica, mientras que el compost está lleno de ‘bichos’ con mucha actividad metabólica.

Otro elemento muy utilizado en otras partes del mundo, por ejemplo Chile, es el té de compost, cuyo proceso consiste en la extracción de la fracción soluble del compost. En la actualidad, incluso hay máquinas para hacer té de compost,  que generan calor de manera controlada de modo de lograr la mayor cantidad de extracto. “Se logra a través de un proceso aeróbico, no es un biol (producto de digestión anaeróbica), y su calidad dependerá de la calidad del compost y de la del agua. No hace milagros, ya que no cambia ninguna propiedad biológica que presente el material”, recalca Martínez.

Preparación industrial de compost.

Si se observa que el compost despide calor o humea es que la fermentación se está produciendo correctamente.

EL PROCESO DE LA RIZOGÉNESIS

Entonces, estos materiales orgánicos tratados se aplican para generar carbono en el suelo, aportar nutrientes en el proceso de degradación, y todo ello va asociado a incrementar la actividad biológica del suelo y la rizogénesis. “Son muchos los microorganismos que se multiplican cuando se aplica materia orgánica. La planta no necesita el carbono del compost, sino que su objetivo son los microorganismos del suelo, los que establecerán una comunicación con la raíz a través de señales químicas. Todo ese proceso es lo que se conoce como rizogénesis o estimulación del desarrollo del sistema radicular, el que empieza con el proceso de adhesión de muchos de estos organismos a las raíces y la generación de un mucigel bacteriano; una especie de gel que se pega alrededor de las raíces que activa la interrelación entre los microrganismos y la planta. La comunicación química que se produce es muy importante para diferentes procesos, tanto en vistas al control de patógenos como en relación a la propagación de especies benéficas”, explica.

Desde la semilla, una planta se desarrolla expuesta a diferentes factores, tanto bióticos como abióticos, por eso se van incorporando microorganismos desde un inicio. Es así que la experta recomienda la aplicación de productos biológicos en los primeros estados de la planta. “Si una semilla se deposita en la tierra con hongos micorrícicos, cuando germine y aparezca la radícula, ese hongo tiene la posibilidad de vincularse a la raíz; pero si tengo un árbol adulto, por ejemplo un cítrico, y le aplico la micorriza en los primeros 20 cm, la asociación será mucho más difícil. Es importante saber cuál es el mejor momento para aplicar un producto biológico”, expuso.

Mientras un grupo se quedará en la rizósfera, otros organismos crecerán a lo largo del ciclo de vida de la planta, en las hojas o frutos. En general, se reconocen cuatro ambientes diferentes de la planta: espermosfera (semilla), la rizósfera, filosfera (piel de la planta) y endofíticos (dentro de la planta).

EL DESARROLLO DE LOS MICROBIOMAS Y LOS BIOINOCULANTES

A finales del siglo XX se comenzó a obtener los microorganismos a través de herramientas moleculares. Hoy por hoy ya no se habla de los microorganismos funcionales, sino de los microbiomas que están asociados a la raíz, semilla, hoja y fruta. Por ejemplo, existen muchos de estos en la piel de la palta, que se vienen estudiando para el control de enfermedades, mientras que un grupo de esos organismos denominado filogenéticos ya se están comercializando.

De acuerdo a Martínez, los microbiomas rizosféricos se dividen en tres grandes grupos: buenos, malos (patógenos) y ‘feos’ (contaminantes de alimentos). Para la académica, los buenos son los que ayudan al crecimiento y desarrollo, la nutrición, la tolerancia al estrés, la respuesta sistémica y protección en el cultivo. Por ejemplo, están aquellos que fijan el nitrógeno atmosférico, los que participan del control biológico y los se encargan de la transformación o degradación de la materia orgánica. Dentro de esos organismos ‘buenos’, se han obtenido preparaciones microbianas que son conocidas como bioinoculantes. El inóculo es un ser vivo o el metabolito de un organismo que se introduce en un ecosistema, el equivalente a una vacuna. Existe un gran mercado de microorganismos de interés que provienen de bacterias, hongos, algas y virus.

Lamentablemente, en América Latina no hay normativas que regulen estos productos biológicos y eso es un problema, porque hay productos muy malos, los que pueden dañar este mercado creciente, en opinión de la especialista.

LOS BIOINOCULANTES SEGÚN SU FUNCIÓN

Los organismos que se dedican exclusivamente a la movilización de nutrientes se categorizan como biofertilizantes. La primera generación de estos fueron los fijadores de nitrógeno, entre los que destacó por muchos años el Rhizobium. Sin embargo, ahora se dispone de otros organismos como Azotobacter y Azospirillium.

El segundo gran grupo de biofertilizantes son los Fosfato solubilizadores. Hoy en el mercado existe un gran número de estos productos en base a hongos y bacterias solubilizadoras de fósforo (fosfato de Ca / Mg y fosfato de Fe / Al), cuya función es movilizar el fosforo mineralizado para un mejor nutrición de la planta. “Estos ‘bichos’ producen ácidos orgánicos de manera constante, de tal manera que se produce la solubilización del fósforo. Adicionalmente, tienen un mecanismo enzimático que actúa sobre la materia orgánica”, precisa Martínez.

Los hongos micorrícicos forman parte de los biofertilizantes que inciden en el fósforo. Estos hongos, para conseguir el crecimiento de sus grandes hifas, necesitan mucha energía, por lo que requieren de movilizar el fósforo. En el mercado se comercializan hongos de micorriza para fijar nitrógeno, “pero eso es falso”, aclara la experta, porque solo pueden movilizarlo, y ese es un proceso diferente. También participan de la elongación de la raíz, uno de los beneficios más importantes ya que tiene un efecto directo en la tolerancia a los patógenos. En muchos casos, las micorrizas también compiten con los hongos patogénicos por espacio.

Además de estos biofertilizantes que fijan el nitrógeno y que solubilizan los fosfatos, ya ha comenzado a comercializarse solubilizadores de zinc, potasio, manganesio y boro. En el desarrollo de ese tipo de productos destaca India.

Respecto a la eficiencia de estos biofertilizantes, la experta afirma que aun hay mucho desconocimiento en cuanto a lo que se puede medir. En la práctica hay muchos factores que afectan el establecimiento de los microorganismos en el suelo, como es el tiempo y el tipo de materia orgánica en el suelo. Sin embargo, la eficiencia de los biofertilizantes está asociado a la cantidad de nutrientes movilizados por hectárea. Por ejemplo, un microorganismo puede movilizar desde 20 kg de nitrógeno por hectarea.

Cuadro 2. Microorganismos de interés.

Cuadro 3. Eficiencia de los biofertilizantes.

BIOINÓCULOS Y CONTROL BIOLÓGICO

La segunda gran categoría de bioinóculos son aquellos que aportan control biológico asociado a microorganismos, los que pueden funcionar como antagonistas, produciendo antibióticos, enzimas u otras sustancias que inhiben al organismo patogénico. Estos también pueden actuar como entomopatógenos, enfermando a los insectos plaga, cual es el caso de Bacillus thuringiensis, entre los más conocidos. Un tercer grupo de controladores biológicos son los que estimulan la resistencia inducida, entre los que se cuentan los Trichodermas como los más conocidos. Los mecanismos de control de los Trichodermas se relacionan a la producción de metabolitos secundarios capaces de producir antibióticos, lactonas y terpenos. Pero también hay un mecanismo físico que implica envolver al otro hongo en lo que se denomina micoparasitismo. Hacia el 2016 aparecieron en el mercado global Trichodermas que tienen la capacidad de controlar nematodos, propiedad que hasta hace poco no estaba descrita.

Bacillus spp. es un grupo bastante comercializando que funciona como entomopatógeno, antagonista y estimulador de los cultivos. Entre estos figuran B. thuringiensis, B. subtilis, B. polimixa, B. pumilus y B. amyloliquefaciens. “Tienen un efecto interesantísimo porque son capaces de producir esporas y  quedarse quietos hasta la llegada de agua o de materia orgánica, según la urgencia, y de allí esporulan o producen nuevamente células vegetativas. Se comercializan tanto las bacterias como sus metabolitos”, explica.

La resistencia sistémica inducida es otra de las funciones de estos contralores biológicos. Por ejemplo, el hongo Venturia inaequalis ocasiona la presencia de motas moradas en las hojas de manzano. Sin embargo, en un mismo predio se pueden observar hojas con distinto grado de severidad del moteado. Puede ocurrir que un controlador benéfico actúe como elicitor (moléculas capaces de inducir algún tipo de defensa en la planta) generando la transmisión de una señal molecular de alerta que es recibida por células de la planta y luego transmitida a otras células generando una respuesta inducida, de modo que las plantas tratadas con un benéfico pueden tener menor incidencia de moteado.

Un último avance en control biológico que menciona la académica es el uso de bioinoculantes y de levaduras en poscosecha, productos desarrollado especialmente en Europa. Además, algunos centros de investigación están realizando desarrollos nanotecnológicos a partir de microorganismos que generan una película protectora alrededor de la piel de la fruta.

Más de 2.000 productos están registrados como biocontroladores en el mundo, de los cuales el principio activo que tiene más presencia son las bacterias seguido de los hongos y las levaduras.

LOS BIOESTIMULANTES

El último gran grupo son los bioestimulantes, los que hoy día son muy comercializados. Estos cuentan con una sustancia o microorganismo que ejerce la función de estimular procesos naturales que generen beneficios en la planta, por ejemplo, crecimiento radicular. Además pueden promover o aumentar la absorción de nutrientes, aumentar la tolerancia a estrés abiótico e incluso mejorar la calidad de los cultivos.

Los bioestimulantes pueden provenir de o estar compuestos por microorganismos, pero en muchos casos son extractos de algas o plantas y así mismo pueden ser de origen animal (industria cárnica, pesquera, como los aminoácidos, entre otros). Estos, en general, tienen la capacidad de estimular el crecimiento ya sea de la parte aérea o radicular de la planta.

Para el desarrollo de estos bioproductos los activos que se utilizan no son necesariamente nativos u obtenidos bajo las condiciones en que se presenta el problema, pero muchas empresas se han dedicado a desarrollar bioinoculantes sitio-específicos. Por ejemplo, bioinoculantes para flores, para hortalizas, los que son obtenidos y reproducidos en el mismo lugar en que se aplican.

Los parámetros de calidad de estos productos solo están definidos en la normativa de cada país, pero muchas veces ni siquiera se definen concentraciones, las que se expresan en unidades formadoras de colonias, concentración de principio activo, o en pureza y eficacia.

CÓMO MEDIR LA EFICACIA DE LOS BIOPRODUCTOS

En los países donde no hay legislación para bioproductos, muchos de los productos orgánicos entran a los mercados como bioestimulantes para evitar tramitaciones más engorrosas o costosas. La investigadora enfatiza la importancia de entender qué tipo de inoculante se está ofreciendo, si es un bioestimulante, un biofertilizantes o si es un controlador biológico. ¿Cómo saber si lo que te venden tendrá éxito? “La calidad dependerá de la formulación y concentración del producto. Hay formulaciones líquidas, la mayoría se vende así cuando se trata de microorganismos. La formulaciones sólidas vienen en talco, cal o arcilla, pero en general ese tipo de formulación deseca mucho los microorganismos. Por otra parte, ya están comenzando a aparecer en el mercado las formulaciones nano: nanoinoculantes o nanofertilizantes”, señala.

En cuanto a la eficacia, refiere que hay que usar indicadores diferentes a los convencionales. “Necesitamos cambiar de mentalidad, pensar no solo en los análisis químicos sino en otros nuevos que sean más rápidos, de alta sensibilidad. En suelo hay indicadores -no solo agronómicos- que son de respuesta muy rápida para medir la eficacia de materiales orgánicos y/o bioproductos. En cuanto a calidad de suelo es mucho lo que se puede evaluar. Por ejemplo, hay que incluir enzimas de suelos, que hoy ya se dispone de técnicas para su evaluación. El pH o textura de un suelo no cambian tan rápidamente, pero la presencia de una bacteria, una enzima o un grupo microbiano sí puede cambiar en cuestión de meses. También se pueden hacer mapas de indicadores bioquímicos, por ejemplo, de enzimas vinculadas a la degradación de materia orgánica, de la amonio monooxigenasa y fosfatazas”, dice.

Otro indicador que recomienda la investigadora es medir la densidad de raíces del cultivo, pues lo que se busca finalmente es el incremento de la rizogénesis. Lo que se observa es que integrando materia orgánica, microorganismos y una fertilización ajustada es posible hacer agricultura convencional, pero de manera más sustentable, mejorando la calidad del suelo, el vigor y sanidad de las plantas cultivadas, la cosecha y la rentabilidad del cultivo.