14 Uso de Biofertilizantes en la Agricultura Ecologica

Vista previa del material en texto

Uso de Biofertilizantes en la 
Agricultura Ecológica 
 
 
 Autor: Dr. Ricardo Hugo Lira Saldivar 
Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) 
Saltillo, Coahuila, México 
 
 
Introducción 
Los fertilizantes son fundamentales para incrementar la producción de alimentos en países en desarrollo, 
especialmente después de la introducción de variedades de alto rendimiento, y de gran respuesta a los 
fertilizantes nitrógeno (N) fósforo (P) y potasio (K). Sin embargo, un problema global es que el rendimiento 
se ha ido reduciendo como resultado de una fertilización desbalanceada, y de la reducción en el contenido 
de la materia orgánica de los suelos, esto como resultado de las malas prácticas agronómicas derivadas 
de la agricultura moderna causada por la Revolución Verde (Lira-Saldivar y Méndez-Arguello, 2016). 
 
Antecedentes 
El N es la principal limitante para aumentar la productividad, el de más alto costo y la principal fuente de 
contaminación ambiental a través de pérdidas por volatilización y lixiviación. El éxito de la Revolución 
Verde se debió a la procreación de variedades de alto rendimiento y buena respuesta al uso masivo de 
fertilizantes, especialmente de N sintético. La agricultura utiliza más de 100 millones de ton de fertilizante 
N al año. La producción de fertilizante N a través del proceso Haber-Bosch, consume enormes cantidades 
de combustible fósil, y produce altas cantidades de CO2 (Bernard, G. 2014). 
 
La aplicación de fertilizante consume combustibles fósiles y añade mucho CO2 a la atmósfera. Casi la mitad 
o menos de los fertilizantes N aplicados son utilizados por los cultivos, el resto se pierde en el ambiente 
agua-suelo-atmósfera. Un pequeño % se convierte en potente gas efecto invernadero (N2O), lo que 
contribuye a las emisiones de gases efecto invernadero procedentes de la agricultura. Por lo tanto, los 
sistemas agrícolas que utilizan gran cantidad de insumos no son sustentables, porque se basan en 
combustibles fósiles finitos, y debido a sus efectos negativos en ecosistemas. 
 
Las reservas minerales de P se concentran geopolíticamente y se están acabando rápidamente, lo que 
causará graves problemas agroambientales. Las ineficiencias en el uso del P podrían agravar otros 
problemas, como la escasez de agua y polución ambiental. La contaminación por P es un factor clave para 
el desarrollo de condiciones eutróficas en las cuencas agrícolas, y es un nutriente limitante para el 
crecimiento de las plantas en ambientes acuáticos, ya que el P disuelto provoca enriquecimiento de 
fitoplancton y la producción de una neurotoxina que secretan colonias de cianobacterias, lo que puede 
reducir drásticamente la diversidad de especies y ocasionar una ruptura fundamental en el 
funcionamiento de los ecosistemas (Schoumans et al., 2014). 
https://www.intagri.com/articulos/suelos/importancia-de-la-materia-organica-en-la-actividad-biologica-en-el-suelo
https://www.intagri.com/articulos/suelos/lixiviacion-de-nitratos-en-agricultura
 
 
 
 
 
 
Consumo de Fertilizantes Tradicionales 
De acuerdo con la FAO (2015), México entre 2009-2013 consumió 5.8 millones de ton de fertilizantes N, 
1.6 millones de ton de fosfatados y 0.85 millones de potásicos; de estos, el país importó en promedio 71 
% de N, 100 % de P y 84 % de K. Si usáramos como referencia el precio promedio de la urea entre 2009-
2013 (341 USD; The World Bank, 2015), México gastó alrededor de 1,400 millones de USD, solo por 
importar fertilizantes N (280 mil millones de USD anualmente). 
 
Para el caso de fertilizantes N, se señala que la eficiencia de uso oscila entre el 10-60% de acuerdo con el 
tipo de fertilizante, el cultivo y del sistema de producción (Chinnamuthu y Boopathi, 2009). Por lo tanto, 
la eficiencia del uso de fertilizantes N entre 2009-2013 representó pérdidas entre 5601,260 millones USD. 
De cualquier modo, suponiendo que la eficiencia en el uso de N fuera la más alta (60 %), por cada punto 
porcentual que se pueda incrementar la eficiencia de fertilizantes N, se ahorrarían 14 millones de USD 
cada 5 años. 
 
Ante este desalentador panorama se requieren nuevas tecnologías que nos permitan incrementar el uso 
eficiente de los fertilizantes y otros insumos. Además, la limitada disponibilidad de agua y suelo, obliga a 
que la agricultura tradicional sea más eficiente y productiva usando tecnologías modernas como es el uso 
de biofertilizantes, generados mediante métodos biotecnológicos. 
 
Problemática de los Fertilizantes Sintéticos 
La aplicación excesiva de fertilizantes como N-P-K afectan los suelos y las aguas subterráneas, 
ocasionando eutrofización de sistemas acuáticos y de pozos de agua usados para consumo humano y 
riego (Naderi y Danesh-Shahraki, 2013). Los fertilizantes han tenido un dramático un aumento en más del 
103 % del precio desde octubre de 2007 hasta diciembre de 2009, el mayor aumento lo tuvo el sulfato de 
potasio en 347 % y el menor la urea con 5 %. 
 
Las fuentes de nitrógeno han sido N-NH4 y N-NO3; el nitrato es un anión que se repele con los coloides del 
suelo como arcillas y limos, y se mueve libremente a través de arenas, gravas y rocas, además, es muy 
soluble (> 1 g mL-1); cuando la fuente es amonio que es un catión, éste se transforma a nitratos mediante 
el proceso de nitrificación. La fertilización excesiva favorece la lixiviación de nitratos al acuífero 
subterráneo. Niveles de nitratos en el agua superiores a 10 mg/L por el uso de fertilizantes nitrogenados, 
ha generado un incremento en los compuestos nitrogenados, que pueden transformarse en 
contaminantes, como las nitrosaminas, que son precursoras del cáncer en los humanos (Covarrubias et 
al., 2009). 
 
 
 
https://www.intagri.com/articulos/agricultura-organica/biofertilizantes-en-agricultura
https://www.intagri.com/articulos/suelos/lixiviacion-de-nitratos-en-agricultura
 
 
 
 
 
 
La lixiviación no es la única forma de contaminación, sino también las pérdidas gaseosas como 
volatilización y desnitrificación que pueden llegar hasta el 60 % en los fertilizantes. Los suelos dedicados 
a la agricultura emiten de 2 a 3 Tg N año-1 de NOx (N2O, NO, NO2) a la atmósfera, esto representa del 20 
al 30 % del total emitido a la atmósfera. Vásquez et al. (1994) reportan que las fuentes nitrogenadas urea 
y sulfato de amonio producen el doble de N2O respecto al amoniaco anhidro. Por lo general, los reportes 
de contaminación sólo son enfocados a NO3, pero el NH3 al encontrarse en un pH alcalino del agua de 
riego o del suelo, puede volatilizarse más del 50 % e incrementar las emisiones de NO y N2O a la atmósfera 
(Alcantar y Trejo, 2007). Los NOx son gases de efecto invernadero que provocan el calentamiento global 
actual. 
 
La Fertilización Biológica en la Agricultura. 
Para incrementar los rendimientos y calidad en la producción se ha venido recurriendo a diferentes 
técnicas e insumos como los agroquímicos sintéticos (fertilizantes y pesticidas), sin embargo, estos 
beneficios al paso del tiempo se vieron opacados por los efectos detrimentales sobre el ambiente que 
provocan su utilización excesiva. En ese sentido se ha recurrido a técnicas nada nuevas pero poco 
difundidas y normadas, como es el uso de microorganismos benéficos que minimicen los impactos del 
método convencional de producción y aseguren la permanencia de la agricultura (Figura 1). Los 
microorganismos utilizados como biofertilizantes (BF) tienen un papel fundamental cuando la agricultura 
tiene la necesidad de adoptar medidas conservacionistas y de menor impacto ambiental, ya que 
minimizan los impactos de la fertilización convencional y aseguran la permanencia de la agricultura 
sustentable (Lira Saldivar et al., 2013a; Hernández-Pérez, et al., 2017). 
 
El empleo de BF microbianos (rizobacterias y hongos formadores de micorrizas), está considerado como 
una de las contribuciones más importantes de la biotecnología y la microbiologíaa la agricultura actual, 
es una tecnología clave para asegurar la sustentabilidad y productividad agrícola de bajo impacto 
ambiental, que además de incrementar el rendimiento de los cultivos, mejora la fertilidad del suelo y 
reduce las poblaciones de microorganismos fitopatógenos, minimizando así los costos de los insumos 
sintéticos y la contaminación del medio ambiente, coadyuvando de esta manera a la sustentabilidad de 
la agricultura (Mohammadi y Sohrabi, 2012). El desarrollo y uso de estos agroinsumos se contempla como 
una importante alternativa para la sustitución parcial o total de los fertilizantes minerales, que son 
costosos y tienen un impacto adverso sobre la salud y los ecosistemas (Aguado-Santacruz et al., 2012). 
 
 
 
 
 
 
https://www.intagri.com/articulos/fitosanidad/microorganismos-beneficos-para-control-enfermedades-suelo
https://www.intagri.com/articulos/agricultura-organica/biofertilizantes-en-agricultura
 
 
 
 
 
 
 
 
El Concepto de Biofertilizante (BF) 
A lo largo de los años se han dado diferentes denominaciones a los productos que contienen 
microorganismos utilizados en la agricultura como: fertilizantes bacterianos, fitoestimulantes, 
biopesticidas, bioinoculantes, etc. y actualmente el termino más utilizado es biofertilizante (Lira-Saldivar 
et al., 2013b). En un sentido estricto los BF no son fertilizantes que dan directamente la nutrición a las 
plantas, sino que son cultivos de microorganismos como bacterias, hongos y algas verde-azules, 
envasados en un material de soporte (Boraste et al., 2009). 
 
Por lo tanto, el término BF o más apropiadamente "inoculante microbiano", puede definirse como: 
preparados sólidos o líquidos que contienen cepas de células vivas o latentes, que son eficientes para la 
fijación de nitrógeno, solubilizadores de fosfato o microorganismos celulolíticos, para su aplicación a las 
semillas o la rizósfera de las plantas, con el objetivo de aumentar el número de esos microorganismos y 
acelerar los procesos microbianos que aumentan el crecimiento radicular (Figura 2), así como la 
disponibilidad de nutrientes que pueden ser fácilmente asimilables por las plantas cultivadas (Boraste et 
al., 2009). 
 
También se ha definido BF como sustancias conteniendo microorganismos vivos, que cuando se aplica a 
las semillas, superficies de las plantas o al suelo, colonizan la rizósfera o el interior de la planta (endófitos) 
y promueven el crecimiento al aumentar el suministro o la disponibilidad de nutrientes, mediante la 
producción de hormonas o por la supresión de patógenos (Aeron et al., 2011). Se han propuesto 
diferentes clasificaciones de estos microorganismos, pero de manera práctica puede agruparse de 
acuerdo al modo en que benefician a las plantas. 
 
 
 
Figura 1. La producción de organismos benéficos mediante métodos biotecnológicos es una 
opción sustentable para la elaboración de biofertilizantes para usarse en agricultura orgánica. 
 
https://www.intagri.com/articulos/agricultura-organica/biofertilizantes-en-agricultura
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Clasificación de los Biofertilizantes Bacterianos por su Mecanismo de Acción 
Los BF bacterianos pueden clasificarse de manera general en: 
 
 Fijadores biológicos de nitrógeno como: Rhizobium sp., Bradyrhizobium sp., Azotobacter sp. y 
Azospirillum sp. 
 Solubilizadores de fósforo como: Bacillus sp., Pseudomonas sp., Penicillium sp., Trichoderma sp. y 
Aspergillus sp. 
 Movilizadores de fosfatos como: hongos formadores de micorrizas arbusculares (HFMA), 
destacando Rhizophagus sp., Endogone sp., Gigaspora sp., Acualospora sp. y Scutellispora sp. 
 Bacterias promotoras de crecimiento vegetal (BPCV) o PGPR (plant growth promoting rizobacteria, 
por sus siglas en inglés) como: Pseudomonas sp. Agrobacterium sp., Bradyrhizobium sp., 
Azotobacter sp., Azospirillum, Streptomyces sp. y Xhanthomonas sp. 
 
De acuerdo a la clasificación anterior los microorganismos utilizados en la presente investigación, están 
catalogados como fijadores de nitrógeno y promotores del crecimiento vegetal (Azospirillum sp.) y 
solubilizador de fosfatos (Rhizophagus sp.), sin embargo, los efectos que estos provocan en la planta y el 
suelo son diversos y complejos; a continuación se describen algunos mecanismos de acción de cada uno 
de ellos (Martínez-Viveros et al., 2010). 
Figura 2. Los biofertilizantes bacterianos y fúngicos promueven el 
crecimiento radicular, lo que permite incrementar la absorción de 
nutrientes del suelo por las plantas. 
Fuente: (Tomado de http://livingsoils.com/benefits-biofertilizers/). 
 
https://www.intagri.com/articulos/fitosanidad/trichoderma-control-de-hongos-fitopatogenos
https://www.intagri.com/articulos/nutricion-vegetal/bacterias-promotoras-del-crecimiento-vegental
 
 
 
 
 
 
Hongos Micorrícicos 
Los hongos por carecer de clorofila son incapaces de sintetizar muchos de sus compuestos críticos para 
su ciclo vital, pero en términos de absorción de los mismos a partir de otras fuentes, tiene mecanismos 
muy eficaces ya que deben obtener el material que no pueden sintetizar de otras fuentes, dando lugar así 
a diversas estrategias como las micorrizas, que son relaciones mutualistas simbióticas entre algunos 
hongos del suelo y las raíces de las plantas; las micorrizas no son ni los hongos ni las raíces, sino las 
estructuras formadas a partir de estos dos socios (Smith y Read, 2008). 
 
Desde esta asociación mutualista, ambos organismos se benefician, el huésped autótrofo (la planta), 
proporciona compuestos carbonados (azúcares), procedentes de la fotosíntesis al simbionte heterótrofo 
(el hongo), así como un micro hábitat protegido (Lira-Saldivar et al., 2013a), a cambio el hongo le 
proporciona nutrientes minerales a las plantas, principalmente fósforo, hormonas de crecimiento; 
protección contra ciertos patógenos y mejor absorción de agua, mediante un sistema ramificado de hifas 
extra radicales capaz de explorar el suelo más allá de la zona de influencia de la raíz, actuando como una 
extensión del sistema radical (Figura 3) y con ello, mayor tolerancia a la sequía, aumento de las tasas 
fotosintéticas, concentraciones más bajas de elementos tóxicos como el cadmio y el arsénico en tejidos 
vegetales, además de mejorarlas propiedades físicas del suelo (Muchovej et al., 2001). Cuando se 
establece la interacción, los hongos por lo general modifican la morfología de la raíz, desarrollando nuevas 
estructuras que caracterizan a los diferentes tipos de micorrizas (Aguilera et al., 2007). 
Figura 3. Esquema que ilustra la inoculación del biofertilizante y los efectos positivos que causan 
los microorganismos en las características físicas del suelo, así como en el aumento de la 
comunidad microbiana del suelo. 
https://www.intagri.com/articulos/nutricion-vegetal/micorrizas-biofertilizantes-del-futuro-que-vienen-del-pasado
https://www.intagri.com/articulos/nutricion-vegetal/micorrizas-biofertilizantes-del-futuro-que-vienen-del-pasado
https://www.intagri.com/articulos/nutricion-vegetal/las-hormonas-vegetales-en-las-plantas
 
 
 
 
 
 
Clasificación e Importancia de las Micorrizas. 
Los diferentes tipos de micorrizas presentes en el suelo, pueden distinguirse por su morfología y en cierta 
medida en su fisiología (Turk et al., 2006). Su clasificación se basa en el tipo de relación hongo-planta y al 
estado de la comunicación entre células de la raíz con el micelio del hongo. Se reconocen a cinco grupos 
de micorrizas basándose en criterios morfológicos, anatómicos y sistemáticos tanto de las plantas como 
de los hongos. Esos grupos son; ectomicorrizas, micorrizas de ericales, micorrizas de Orchidaceae, 
ectoendomicorrizas y micorrizas arbusculares también llamadas endomicorrizas. 
 
Las investigaciones sobre el uso de microorganismos benéficos en la agricultura, entre los principales los 
HMA hanmarcado un gran avance, ya que la relación simbiótica que se produce entre microrganismos y 
el sistema radicular de las plantas influye de manera determinante en el desarrollo, productividad y 
supervivencia de las mismas en las diferentes zonas agrícolas. 
 
Los HMA están asociados con un mayor crecimiento de muchas especies de plantas debido adquisición 
efectiva de agua y nutrientes atribuido al extenso crecimiento de las hifas más allá de la zona de 
agotamiento que rodea a la raíz, lo que proporciona una mayor tolerancia a los ambientes extremos 
(sequía), a la salinidad y a ciertos patógenos, además de la producción de sustancias promotoras de 
crecimiento, reducción del shock de trasplante y la interacción sinérgica con otros microorganismos 
beneficiosos del suelo, tales como fijadores de N y solubilizadores de P, permitiendo a la planta un mejor 
crecimiento bajo condiciones de estrés (Muchovej, 2001). 
 
 
Cita correcta de este artículo 
 
Lira, S. R. H. 2017. Uso de Biofertilizantes en la Agricultura Ecológica. Serie Agricultura Orgánica Núm. 14. 
Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 9 p. 
 
Literatura citada 
 
 Aeron, A., Kumar, S., Pandey, P., Maheshwari, D.K. (2011). Emerging role of plant growth promoting 
rhizobacteria in agrobiology. In Bacteria in agrobiology: Crop ecosystems (pp. 1-36). Springer Berlin 
Heidelberg. 
 Aguado-Santacruz, G.A., Moreno-Gómez, B., Jiménez-Francisco, B., García-Moya, E., Preciado-Ortiz, 
R.E. 2012. Impacto de los sideróforos microbianos y fitosidéforos en la asimilación de hierro por las 
plantas: una síntesis. Revista fitotecnia mexicana, 35(1), 9-21. 
 Aguilera, G.L., Olalde, P.V., Arriaga, M.R. y Contreras, A.R. 2007. Micorrizas arbusculares. Ciencia Ergo 
Sum. 14(3): 300-306. 
https://www.intagri.com/articulos/nutricion-vegetal/micorrizas-biofertilizantes-del-futuro-que-vienen-del-pasado
https://www.intagri.com/articulos/suelos/beneficios-de-las-micorrizas-sobre-el-estres-en-plantas
https://www.intagri.com/articulos/suelos/salinidad-de-suelos-problema-de-fertilidad
 
 
 
 
 Alcántar, G. G., & Trejo, L. (2007). Nutrición de cultivos. Colegio de Postgraduados. 1ª Edición. Editorial 
Mundi Prensa. Montecillo, México SA. 
 Bernard, G. 2014. Is a Haber-Bosch World Sustainable? Population, Nutrition, Cereals, Nitrogen and 
Environment. The Journal of Social, Political, and Economic Studies 39,2: 166. 
 Boraste, A., Vamsi, K.K., Jhadav, A., Khairnar, Y., Gupta, N., Trivedi, S., Joshi, B. 2009. Biofertilizers: A 
novel tool for agriculture. International Journal of Microbiology Research, 1(2), 23. 
 Covarrubias-Ramírez, J.M., Sandino Salazar, R. y Cortes Bracho, J.J. 2009. Impacto de los 
biofertilizantes en los cultivos y en la producción. Memoria del XXXIV congreso nacional de la ciencia 
del suelo. Torreón, Coah., México. p 47. Poster. ISBN-978-607-95106-1-9. 
 Chinnamuthu, C.R., Boopathi, P.M. 2009. Nanotechnology and agroecosystem. Madras Agric J, 96(1-
6), 17-31. 
 Food and Agriculture Organization. 2010. División de Estadística de las Naciones Unidas. Disponible 
en: http://faostat3.fao.org/compare [revisado Sep. 2015]. 
 Hernández-Pérez, A., Valdés-Aguilar, L.A., Cárdenas-Flores, A., Ibarra-Jiménez, L., MéndezArguello, B., 
Vera-Reyes, I., Lira-Saldivar, R.H. 2017. Photosynthesis, growth and yield of Solanum lycopersicum as 
influenced by the use of microbial biofertilizers. AGROCHIMICA 61 (2): 95-109. DOI 
10.12871/0021857201713. 
 Kannaiyan, S. 2002. Biotechnology of Biofertilizers. Springer. India. 376 p. 
 Lira-Saldivar, R.H. y Méndez-Arguello, B. AGRONANOTECNOLOGÍA. Nueva Frontera de la Revolución 
Verde. 2016. ISBN 978-607-7692-37-9. 97. 271 p. 
 Lira-Saldivar, R. H., Tucuch-Pérez, M. A., López-López, D., Borjas-Banda, C. L. 2013a. Respuesta del 
chile habanero (Capsicum chinense Jacq.) a la biofertilización y acolchado plástico en producción 
orgánica. Agricultura Sostenible. 9: 538-552. 
 Lira-Saldivar, R.H., Vázquez-Santiago, E., Valdez-Aguilar, L.A., Cárdenas-Flores, A., IbarraJiménez, L. y 
Hernández-Suárez, M. 2013b. Producción orgánica de pepino (Cucumis sativus L.) en casasombra con 
biofertilizantes y acolchado plástico. Agricultura Sostenible. 9: 802-815. 
 Mishra, P. y Dash, D. 2014. Rejuvenation of biofertilizer for sustainable agriculture and economic 
development. Consilience: The Journal of Sustainable Development, 11(1), 41-61. 
 Mohammadi, K., & Sohrabi, Y. (2012). Bacterial biofertilizers for sustainable crop production: a review. 
ARPN J Agric Biol Sci, 7(5), 307-316. 
 Muchovej, R. M. (2001). Importance of Mycorrhizae for Agricultural Crops. Agronomy Department, 
Florida Cooperative Extension Service, Institute of Food and Agricultural Sciences, University of 
Florida. SS-AGR-170. 5 p. 
 Naderi, M.R y Danesh-Shahraki, A. 2013. International Journal of Agriculture and Crop Sciences. 5: 
2229-2232. 
 
 
 
 
 
 
 Ramanankierana, N., Ducousso N., Prin, Y., Thioulouse, J., Randrian-johany, E., Ramaroson, L., Kisa, 
M., Galiana A. and Duponnois, R. 2007. Arbuscular mycorrhizas and ectomycorrhizas of Uapaca bojeri 
L. (Euphorbiaceae): sporophore diversity, patterns of root colonization and effects on seedling growth 
and soil microbialcatabolic diversity. Mycorrhiza. 17: 195-208. 
 Schoumans, O. F., Chardon, W. J., Bechmann, M. E., Gascuel-Odoux, C., Hofman, G., Kronvang, B., 
Dorioz, J. M. 2014. Mitigation options to reduce phosphorus losses from the agricultural sector and 
improve surface water quality: a review. Science of the Total Environment, 468, 1255-1266. 
 Turk, M.A., Assaf, T.A., Hameed, K.M., Al-Tawaha, A.M. 2006. Significance of mycorrhizae. World 
Journal of Agricultural Sciences, 2(1), 16-20. 
 Van der Heijden, M.G.A., Wiemken A. and Sanders, I.R. 2003. Different arbuscular mycorrhizal fungi 
alter coexistence and resource distribution between co-occurring plants, New Phytologist. 157: 569–
578.