Efecto de la integración de aplicaciones agrícolas de biofertilizantes y fertilizantes minerales sobre las relaciones suelo-planta

Effect of integration of agricultural applications of bio-fertilizers and mineral fertilizers on soil-plant relationships

Dr.C. R. Martínez-Viera^I. E-mail: viviana.martinez@infomed.sld.cu y Dr.C. B. Dibut^I y Ms.C. Yoania Ríos^II

I Investigadores Titulares del Instituto de Investigaciones Fundamentales en Agricultura Tropical (INIFAT), calle 2 esq. a 1, Santiago de las Vegas, Ciudad de La Habana, CP 17200
II Investigadora Agregada del departamento de Biofertilizantes y Nutrición de las Plantas, Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), gaveta postal 1, San José de las Lajas, La Habana, Cuba, CP 32700.

RESUMEN

El irracional nivel de quimización que ha alcanzado la agricultura mundial constituye una de las causas de la elevada contaminación que sufre el ambiente en todo el planeta, cuyas características se describen en el trabajo. Por esta razón, hoy se está imponiendo el redimensionamiento del empleo de las biotecnologías y, entre ellas, los biofertilizantes, con el objetivo de adaptarlas al desarrollo sustentable de las localidades más pobres y necesitadas del planeta, y aprovechar los beneficios de su aplicación para situar a los fertilizantes minerales en su justo lugar. La sustentabilidad agrícola incluye los insumos industriales, pero utilizados de forma racional e integrados con elementos biológicos. Para lograr este fin, se requiere de un marco teórico y de supuestos nuevos, que permitan establecer compromisos adaptados a la situación actual, en la búsqueda de mayor productividad y calidad de los productos agrícolas. Por otra parte, se analiza la necesidad de integrar los enfoques biológicos e ingenieriles que están comenzando a desarrollarse en las ciencias agrícolas, con los procedentes de las ciencias sociales, tales como la Ecología Política, que analiza las relaciones de poder económico y político en el manejo de los recursos naturales, y el enfoque orientado a los actores para integrarlos a investigaciones interdisciplinarias y a escalas múltiples.

ABSTRAC

The irrational chemical level reached by agriculture all over the world constitutes one of the main causes for the high environmental contamination in the planet, whose characteristics are described in the present paper. Therefore, the application of new biotechnologies is being imposed at present, such as biofertilizers, with the objective of adapting them to the sustainable development of the poorest locations in the planet, besides taking advantages of their benefits, to place the mineral fertilizers in its right position. Agricultural sustainability includes the rational use of agrochemicals integrated with biological elements. To reach this aim, a theoretical framework is required with new assumptions that permit to establish commitments adapted to the current situation, looking for more productivity and quality of the agricultural products. On the other hand, the present work also analyzes the need of integrating the biological and technical approaches, which are developing in agricultural sciences, with those derived from social sciences, for instance, the Political Ecology, that analyzes the relationships between economical and political power to manage natural resources, and the approach oriented to actors to get integrated into interdisciplinary and multiple scale researches.

Key words: biofertilizers, mineral fertilizers, nitrogen fixation, soil-plant relationships.

INTRODUCCIÓN

La producción agrícola en el mundo se ha desarrollado, durante más de 150 años, guiada por paradigmas que alcanzaron su etapa culminante cuando surgió la Revolución Verde y asumen que la totalidad, o al menos una parte importante, de las limitaciones del agroecosistema puede ser eliminada mediante la aplicación de distintas clases y cantidades de insumos externos. De esta manera, la Revolución Verde logró incrementar los rendimientos agrícolas y cubrir gran parte de las necesidades  alimentarias, sobre todo en los países desarrollados; sin embargo, las bases insostenibles de su concepción y la elevada contaminación química en alimentos, suelos, aguas y medioambiente, en general, cuestionaron el sistema como medio para garantizar la vida en el planeta que habitamos (1, 2, 3).

En el presente trabajo se ofrecen argumentaciones, para demostrar la necesidad de crear nuevas bases paradigmáticas, que permitan reflexionar y actuar para lograr el desarrollo de una agricultura, capaz de garantizar las necesidades alimentarias de la población en nuestros países, sin afectar la salud ambiental. Se pone como ejemplo la necesidad de manejar las actividades, que participan en las interacciones suelo-planta como un todo, para ponerlas en función de mejorar la fertilidad del suelo y, con ello, la productividad agrícola (4, 5, 6), ya que es precisamente en el estudio de las relaciones suelo-planta que existe un gran número de conocimientos no integrados, lo que no ha permitido la manifestación de los supuestos beneficios que se esperaban con la aplicación práctica de estos conocimientos.

Problemas derivados de la aplicación irracional de fertilizantes minerales.

Las consecuencias de la quimización en la agricultura han sido nefastas para el ambiente, por la elevada contaminación causada por el uso irracional de fertilizantes y plaguicidas, que puede causar graves daños en la salud del hombre y los animales. Sin tomar en consideración a los plaguicidas industriales, por no estar relacionados con el tema que nos ocupa, el impacto ambiental causado por el uso excesivo de fertilizantes minerales puede resumirse de la siguiente manera:

1. Su fabricación produce emisiones de CO2 y NO2 a la atmósfera, lo cual contribuye a incrementar los problemas con la capa de ozono (7).
2. Su aplicación excesiva en el campo da lugar al lavado de nitratos y a emisiones de N2O y NH3, especialmente a partir de urea, con la consiguiente ]]> Pfiesteria, un organismo que mata a los peces y es dañino para el hombre (8, 9, 10).

3. Son muy numerosos los informes que indican la presencia de altos niveles de nitratos en los productos agrícolas, lo que constituye una importante fuente de toxicidad para el hombre y ha obligado a un establecimiento más riguroso del control de los niveles críticos de estos compuestos en las actividades de comercialización de los alimentos.

Pero, además de la contaminación, el incremento en el uso de los ]]>
Por otra parte, hay que tomar en cuenta la insostenibilidad económica del uso exclusivo de fertilizantes minerales, cuyos elevados precios los hacen inaccesibles para las mayorías campesinas de los países subdesarrollados.

Desde otro punto de vista, el aumento en el uso de los fertilizantes nitrogenados ]]> ]]> El papel de los biofertilizantes en la Agricultura mundial.

De todo lo que se ha expuesto anteriormente, se deduce que la producción industrial de fertilizantes no puede satisfacer las necesidades de alimentos de una población mundial en creciente aumento, sobre todo cuando el exceso de las aplicaciones conduce a contaminar el agua de beber, a la eutrificación de los reservorios de agua y a las emisiones de óxido de nitrógeno a la atmósfera, además del incremento considerable de la utilización de fuentes de energía no renovables. Por esta razón, hoy se está ]]>
La sustentabilidad de los sistemas agrícolas a largo plazo debe fomentar el uso y manejo efectivo de los recursos internos de los agroecosistemas. Entre estos recursos, la biota del suelo realiza una serie de funciones que son esenciales para la integridad y productividad de los sistemas agrícolas, por lo ]]>
En este sentido, los biofertilizantes y bioestimuladores microbianos representan un componente vital de los sistemas sustentables, ya que constituyen un medio económicamente atractivo y ecológicamente aceptable, para reducir los insumos externos y mejorar la cantidad y calidad de los recursos internos, mediante la utilización de microorganismos del suelo debidamente seleccionados, capaces de aportar a los cultivos el nitrógeno fijado de la atmósfera, ]]>
A modo de ejemplo, los resultados científicos de los últimos 30 años han revolucionado el conocimiento sobre la fijación biológica de nitrógeno. Solamente sobre la simbiosis Rhizobium-leguminosas, se han publicado más de 5 000 trabajos desde 1990. Sin embargo, muy pocos de estos conocimientos se están utilizando en la práctica agrícola ]]>
Los biofertilizantes y bioestimuladores microbianos pueden definirse como productos a base de microorganismos, que viven normalmente en el suelo, aunque en poblaciones bajas, y que al incrementar sus poblaciones por medio de la inoculación artificial, son capaces de poner a disposición de las plantas, mediante ]]>
En general, el uso de los biofertilizantes microbianos en los sistemas productivos ]]>
A pesar de su inocuidad, el uso masivo de los inoculantes microbianos ha despertado algunas preocupaciones, acerca del posible impacto ecológico de la liberación de estos microorganismos en el medio ambiente, especialmente cuando ha existido una manipulación genética previa. La evaluación de dicho posible impacto es muy difícil, debido a limitaciones de tipo técnico ]]>
De todas maneras, en las condiciones tropicales de Cuba y en diversos cultivos, se ha demostrado que las poblaciones de Azotobacter chroococcum, que después de la inoculación alcanzaron niveles de 109 células.g-1 de suelo rizosférico, recuperan su nivel natural (104-105) en un período máximo de cuatro meses, según el cultivo. Es decir, que no hay ]]> Integración EN el uso de fertilizantes minerales y biofertilizantes.

Lo que se ha expresado aquí no quiere decir que la nueva agricultura del siglo XXI deba tener una orientación anti-productos industriales, ni que no deban aplicarse insumos externos. La sustentabilidad agrícola incluye los insumos industriales, pero utilizados de forma racional e integrados con elementos biológicos. Es decir, que el papel preponderante que se ]]>
Por otra parte, se ha demostrado que los cultivos toman menos del 50 % del nitrógeno aplicado; el restante es inmovilizado por los microorganismos del suelo en forma ]]>
Hoy, a pesar de que no están todavía conciliados los conceptos e intereses para adoptar globalmente un sistema sostenible de producción ]]>
Como ejemplo, ya en algunos países se aplican nuevas concepciones en el control integrado de plagas, el cual se contempla no solo como un medio para combatir las plagas y enfermedades con el menor uso de agroquímicos, sino también como un punto de entrada para lograr un manejo más ]]>
En relación con lo expuesto, hoy es común en muchos países, especialmente en aquellos en vías de desarrollo, el debate sobre la agricultura corporativa agrotóxica, propia del paradigma reduccionista de la Revolución Verde, y el papel que este tipo de agricultura ha jugado en el desarrollo social, económico y ambiental. A partir de estos debates, se han generado propuestas interesantes, por ejemplo, la visión holística y sistémica ]]>
Pero todavía hay que introducir una racionalidad ecológica en la agricultura de América Latina, para minimizar el uso de agroquímicos ]]>
Para lograr esto, hay que integrar los enfoques biológicos e ingenieriles que están comenzando a desarrollarse en las ciencias agrícolas con los procedentes de las ciencias sociales, tales como la Ecología ]]>
Es así como los movimientos y las organizaciones sociales de base, junto a miembros de la comunidad científica y estados sensibilizados, enarbolan hoy banderas que promueven la conservación y preservación de todos los componentes naturales de los agroecosistemas, apoyándose en distintas áreas del conocimiento, de tal manera que puedan construirse nuevos paradigmas que respondan a las realidades actuales (21).

Beneficios económicos derivados de la sustitución de LOS fertilizantes minerales por biofertilizantes.

De acuerdo con datos internacionales (22), en lo que se refiere a las superficies en las que se aplican biofertilizantes, se deduce que en Australia se realiza en el 100 % de la superficie agrícola. En la India existen 69 fábricas de biofertilizantes que se aplican sobre leguminosas, oleaginosas, arroz y gramíneas, en general, hortalizas y otros cultivos que incluyen viveros forestales; en 1995 se aplicaron en ese país 1 107 t de inoculantes a base de Rhizobium y Bradyrhizobium. En China se inoculan 6 millones de hectáreas de soya, 2.3 millones de maní y 1 millón de no leguminosas. Entre los impactos de la Biotecnología en Cuba, se encuentra la disminución en el uso de fertilizantes minerales, que han sido sustituidos por los biológicos. En el país se utilizan hoy 11 veces menos fertilizantes minerales que en los años 90, lo que constituye un ejemplo de años de labor y resultados del trabajo científico (29).

Como ejemplo de los beneficios económicos que pueden lograrse con la aplicación efectiva de biofertilizantes y bioestimuladores, puede hablarse de la fijación de nitrógeno atmosférico en la caña de azúcar en Brasil, donde hay 2.5 millones de hectáreas dedicadas a este cultivo. Si se calcula un modesto rendimiento promedio de 70 t.ha-1 y 10 % de materia seca con un contenido de 1.4 % de N, del cual 15 % procede de la fijación atmosférica por las bacterias que viven normalmente en el suelo y las endofíticas, resultará que en la superficie cañera de Brasil se fijarán unas 43 000 t de N, que representan un ahorro no menor de 20 millones de USD. Esta fijación es natural y gratuita, y demuestra que todos los incrementos en los aportes de N que puedan lograrse por la aplicación efectiva de los biofertilizantes, tienen un elevado valor económico (7, 30).

En Brasil, considerando el rendimiento promedio que se obtiene en soya sobre una superficie de 13 millones de hectáreas, que asciende a 2 400 kg.ha-1 y tiene un contenido de N en los granos de 6.5 %, puede decirse que se exportan anualmente del sistema suelo-planta 169 kg.ha-1 del elemento. Si se asume que en los residuos del cultivo se encuentran 60 kg.ha-1 de N, puede concluirse que la soya acumula anualmente 230 kg.ha-1 del nutriente, sin aplicar fertilizante. De estos resultados se deduce que la fijación biológica del nitrógeno, solo en el caso de la soya, le representa a Brasil una economía de fertilizante equivalente a 1 500 millones de USD (31).

Por último, para que se aprecien los grandes beneficios económicos que pueden obtenerse con la aplicación de biofertilizantes a base de bacterias fijadoras del nitrógeno atmosférico, en un cálculo global se ha informado que una ganancia de solo el 10 % de N por los cultivos, mediante la fijación biológica anual, si ocurriera en todas las áreas cultivadas del mundo, tendría un valor de 3 billones de USD (20).

REFERENCIAS

]]> Dobermann, A. Site-specific nutrient management for intensive rice cropping systems in Asia. Field Crop Res., 2004, vol. 74, p. 37-66.

1. Palm, C., Swift, M. y Barois, I. Un enfoque integrado para el manejo biológico de los suelos. En: Memorias del XV Congreso Latinoamericano de la Ciencia del Suelo, Varadero. 2001.
   
2. Wardle, D. A. Communities and Ecosystems: Linking the Aboveground and Belowground Components. Princeton University Press. 2003, 320 p.
   
3. Dazzo, F. B. y Yanni, Y. G. The Natural Rhizobium-Cereal Crop Association as an Example of Plant-Bacteria Interaction. En: Biological Approaches to Sustainable Soil Systems. Taylor and Francis. Ed., Boca Ratón. 2006, p. 109-128.
   
4. Gregory, P. J. Roots, rhizosphere and soil: the route to a better understanding of soil science?. European Journal of Soil Science, 2006, vol. 57, no. 1, p. 2-20.
   
5. Sanjuan, J., Herrera-Cervera, S. A., Rodríguez-Alonso, A. I. y Olivares, J. Transformación genética en el suelo y biodiversidad (http://nostoc.usal.es/sefin/sanjuan.html). 2004.
   
6. Brown, L. R. Facing food insecurity. State of the World. Earthcan Publications Ltd. Londres. 1994, p. 110-131.
   
7. Altieri, M. A. Agroecología: Bases científicas para una agricultura sustentable. Ed. Nordan-Comunidad, Montevideo. 1999, 325 p.
   
8. Altieri, M .A. y Nicholls, C. I. Ecological impacts of modern agriculture in the United States and Latin America. En: Globalization and the Rural Environment. 2000, p. 121-135.
   
9. Liu, X., Li, L. y Zhang, F. Rhizosphere management as part of intercropping and rice-wheat rotation systems. En: Biological approaches to sustainable soil systems. Taylor and Francis Ed. Boca Ratón. 2006, p. 559-574.
   
]]> Odum, L. P. Input management of production systems. Science, 1989, vol. 243, p. 177-182.

10. Martínez-Viera, R., López, M., Brossard, M., Tejeda, G., Pereira, H., Parra, C., Rodríguez, J. Procedimientos para el estudio y fabricación de biofertilizantes bacterianos. INIA, 2007, no. 11, p. 88.
    
11. Habte, M. The roles of arbuscular mycorrhizas in plant and soil health. En: Biological approaches to sustainable soil systems. Taylor and Francis Ed. 2006, p. 129-147.
    
12. Altieri, M. A. y Rojas, A. Ecological impacts of Chile´s neoliberal policies, with special emphasis in agroecosystems. Environment, Development and Sustainability, 1999, vol. 1, p. 55-72.
    
13. Bauer, T. Microorganismos fijadores de nitrógeno.( http.//www microbiologia.com/nf/suelo/rhizobium.html). 2004.
    
14. Boddey, R. M., Alves, B. J. R., Reis, V. M. y Urquiaga, S. Biological nitrogen fixation in agroecosystems and in plant roots. En: Biological approaches to sustainable soil systems. Taylor and Francis Ed. Boca Ratón. 2006, p. 177-190.
    
15. Chaturvedi, I. Effects of phosphorus levels alone or in combination with phosphate-solubilizing bacteria and farmyard manure on growth, yield and nutrient up-take of wheat (Triticum aestivum). J. of Agric. and Social Sciences,2006, vol. 2, no. 2, p. 96-100.
    
16. Hinsinger, P., Gobran, G. R., Gregory, P. J. y Wennel, W. W. Rhizosphere geometry and heterogeneity arising from root-mediated physical and chemical processes. New Phytologist, 2005, vol. 168, p. 293-303.
    
17. Kamilova, F, Kravchenko, L. V., Shaposhnikov, A. I., Azarova, T., Makarova, N., Lugtenberg, B. J. J. Organic acids, sugars and L-tryptophane in exudates of vegetables growing on stonewool and their effects on activities of rhizosphere bacteria. Mol. Plant Microbe Interact, 2006, vol. 19, p. 250–256.
    
18. Kannaiyan, J. Inoculant production in developing countries. Problems, potentials and succes. En: Maximising the use of biological nitrogen fixation in agriculture, Kluwer Academic Press, La Haya. 2005, p. 187-198.
    
]]> Khalid, A., Arshad, M. y Zahir, Z. A. Screening plant growth-promoting rhizobacteria for improving growth and yield of wheat. J. Appl. Microbiol., 2004, vol. 96, p. 473-480.

19. Martínez-Viera, R., López, M., Dibut, B., Parra, C. y Rodríguez, J. La fijación biológica del nitrógeno atmosférico en condiciones tropicales. Ed. MAT, Caracas. 2007, 172 p.
    
20. Sánchez, P. A. y M Swaminathan, S. Cutting world hunger in half. Science, 2005, vol. 307, p. 357-359.
    
21. Turner, B. L., Frossard, E. y Oberson, A. Enhancing phosphorus availability in low-fertility soils. En: Biological approaches to sustainable soil systems. Taylor and Francis Ed. 2006, p. 191-205.
    
22. Ratnadass, A., Michelon, R., Randriamanantsoa, R. y Seguy, L. Effects of soil and plant management on crop pests and diseases. En: Biological approaches to sustainable soil systems. Taylor and Francis Ed. Boca Ratón. 2006, p. 589-602.
    
23. Martínez-Viera, R., y Dibut, B. Practical applications of bacterial biofertilizers and biostimulators. En: Biological approaches to sustainable soil systems. Francis and Taylor Publ., Nueva York. 2006, p. 467-477.
    
24. Kandeler, E., Marschner, P., Tscherko, D., Gahoonia, T. S. y Nielsen, N. E. Microbial community composition and functional diversity in the rizosphere of maize. Plant and Soil, 2002, vol. 283, p. 301-312.
    
25. Méndez, V. E. y Gliessman, S. R. Un enfoque interdisciplinario para la investigación en agroecología y desarrollo rural en el trópico latinoamericano. Manejo Integrado de Plagas y Agroecología, 2004, vol. 64, p. 5-16.
    
26. Borroto, C. Palabras de inauguración del Congreso Biotecnología Habana. (http://www.prensalatina.com.mx/print.asp?ID. 2005.
    
27. Vélez, L. D. El paradigma científico de las ciencias agrarias: una reflexión. Revista de la Facultad Nacional de Agronomía Medellín, 2005, vol. 57, no. 1, p. 2145-2160.
    
]]> Uphoff, N. Opportunities for overcoming productivity constraints with biologically-based approaches. En: Biological approaches to sustainable soil systems. Taylor and Francis Ed. Boca Ratón. 2006, p. 693-713.