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BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 1 MODELO DE BIOFERTILIZACIÓN COMO ALTERNATIVA DE MANEJO SUSTENTABLE DE LOS AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA: FINCA EL CAPRICHO (EL ROSAL, CUNDINAMARCA) CINDY LORENA BARACALDO HUERTAS LICENCIADA EN BIOLOGÍA Directora DIANA DEL SOCORRO DAZA ARDILA CANDIDATA A DOCTORA EN DESARROLLO SOSTENIBLE Codirector LUIS ARMANDO QUEVEDO CÁRDENAS M. SC. GENÉTICA Y MEJORAMIENTO UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES MAESTRIA EN DESARROLLO SUSTENTABLE Y GESTIÓN AMBIENTAL BOGOTÁ D.C. 2022 BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 2 LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................... 4 LISTA DE TABLAS ..................................................................................................................... 5 RESUMEN ................................................................................................................................... 6 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................................... 8 CAPÍTULO 1: DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN.................................. 11 1.1. Planteamiento Del Problema .................................................................................. 11 1.2. Justificación ............................................................................................................ 14 1.3. Objetivos .................................................................................................................. 16 1.3.1. Objetivo General ................................................................................................ 16 1.3.2. Objetivos Específicos ....................................................................................... 17 CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 18 2.1. Aspectos Conceptuales ............................................................................................... 18 2.1.1. De la Agricultura convencional a la Agroecología: una nueva forma de producir alimentos ........................................................................................................................ 20 2.1.2. La percepción social como herramienta para la adopción de tecnologías como la biofertilización ........................................................................................................................... 31 2.1.3. Instrumentos de manejo del suelo con enfoque agroecológico: .................... 32 2.2. Antecedentes ................................................................................................................ 38 2.3. Normatividad ................................................................................................................ 41 CAPÍTULO 3: MATERIALES Y MÉTODOS.............................................................................. 44 3.1. Área De Estudio ............................................................................................................ 44 3.1.1. Aspectos Ecológicos .................................................................................... 44 3.1.2. Aspectos sobre Uso del Suelo ............................................................................ 46 3.1.3. Aspectos Socioeconómicos ....................................................................... 47 3.2. Metodología: ................................................................................................................. 47 3.2.1. Metodología del Objetivo 1: Revisión Bibliográfica ........................................... 48 3.2.2. Metodología del Objetivo 2: Fase experimental componente ecológico ......... 50 3.2.3. Metodología Objetivo 3: Relación costo beneficio de los tratamientos en el modelo propuesto ......................................................................................................................... 54 CAPÍTULO 4: RESULTADOS Y DISCUSIÓN .......................................................................... 57 4.1. Descripción de las tendencias internacionales frente al manejo agroecológico del suelo ................................................................................................................................................... 57 4.1.1. Conservación de suelos ....................................................................................... 58 BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 3 4.1.2. Degradación de Suelos ........................................................................................ 59 4.1.3. Agricultura sustentable ........................................................................................ 59 4.1.4. Fertilidad de suelo ................................................................................................ 60 4.1.2. Métodos de manejo desde el enfoque agroecológico ........................................... 60 4.1.2.1. Manejo integrado de nutrientes ........................................................................ 61 4.1.2.2. Niveles de carbono orgánico ............................................................................ 61 4.1.2.3. Rotación de cultivos .......................................................................................... 62 4.1.2.4. Manejo integrado de plagas .............................................................................. 62 4.1.2.5. Otras alternativas de manejo del suelo: .......................................................... 63 4.1.2.5. Análisis de las variables Método, tipo de proceso y tiempo de aplicación .. 64 4.1.2.6. Análisis temporal ............................................................................................... 66 4.2. Respuesta del agroecosistema de papa criolla frente al modelo de biofertilización propuesto: .......................................................................................................................................... 70 4.2.1. Respuesta del agroecosistema en cuanto a la relación planta-suelo .................. 70 4.2.2. Análisis microbiológico del suelo ........................................................................... 79 4.2.3. Evaluación de parámetros fisicoquímicos del suelo ............................................. 80 4.2.3.1. Variable Carbono orgánico ............................................................................... 81 4.2.3.3. Variable pH del suelo ......................................................................................... 84 4.2.3.6. Variables Ca, K y Mg intercambiables .............................................................. 87 4.2.3.8. Variable Clase Textural del suelo ..................................................................... 90 4.3. Relación costo beneficio frente a la aplicación de los modelos de biofertilización propuestos para el manejo del agroecosistema de papa criolla. ................................................. 91 4.3.1. Descripción de los rendimientos obtenidos por cada modelo ......................... 91 4.3.2. Análisis costo de producción de cada modelo .................................................. 94 4.3.3. Análisis costo beneficio de los tratamientos propuestos ................................. 97 CAPÍTULO 5. RELACIÓN DEL MODELO PROPUESTO Y EL MANEJO SUSTENTABLE DE LOS AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA ................................................................................ 102 5.1. Consideraciones de la dimensión ecológica ........................................................... 102 5.2. Consideraciones de la dimensión económica ......................................................... 106 5.3. Consideracionesde la dimensión social ................................................................. 108 CAPÍTULO 6: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................... 112 6.1. Conclusiones de la investigación ............................................................................. 112 6.2. Recomendaciones ...................................................................................................... 113 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 114 BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 4 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Agroecosistema de papa con subsistemas, entradas y salidas. ................................ 23 Figura 2. Relaciones entre ecosistema y cultura (relaciones ambientales). ............................. 25 Figura 3. Horizontes del suelo. ................................................................................................. 27 Figura 4. Relaciones edáficas en los diversos niveles tróficos del suelo. ................................. 29 Figura 5. Mapa de Localización Finca El Capricho, municipio El Rosal, Cundinamarca. ......... 46 Figura 6. Diagrama metodología establecimiento del ensayo. ................................................. 52 Figura 7. Diagrama metodológico de la propuesta de investigación. ........................................ 56 Figura 8. Diagrama de tiempo (en años) de implementación de los métodos encontrados. .... 65 Figura 9. Tendencia de publicación de métodos entre el 2010 y 2020 ..................................... 67 Figura 10. Germinación de semillas a los 15 días de siembra para el modelo propuesto. ....... 71 Figura 11. Crecimiento de las plántulas de los tratamientos evaluados a los 15 días. ............. 72 Figura 12. Medianas de crecimiento en altura para cada tratamiento a los 15 días de cultivo. 73 Figura 13. Comparativo de los tratamientos en el modelo propuesto a los 45 y 95 días de cultivo. ...................................................................................................................................................... 74 Figura 14. Medianas de número de vástagos para los tratamientos. ....................................... 75 Figura 15. Comportamiento de las variables evaluadas en campo para cada tratamiento. ...... 77 Figura 16. Porcentaje de nitrógeno total en hojas de las plantas de papa criolla. .................... 78 Figura 17. Población de microorganismos en UFC/g identificadas en los 5 tratamientos postcosecha. ............................................................................................................................................ 80 Figura 18. Medias para el porcentaje de Carbono orgánico de los tratamientos. .................... 82 Figura 19. Comparación de variables antes, durante y postcosecha. ...................................... 82 Figura 20. Medias de CIC (cmol (+) kg-1) en los tratamientos evaluados. ................................ 84 Figura 21. Medias de pH para los tratamientos evaluados ....................................................... 85 Figura 22. Medias para el nitrógeno total presente en suelo en los tratamientos. .................... 86 Figura 23. Medias para Fósforo Disponible (mg/kg) en el suelo. .............................................. 87 Figura 24. Dinámica del Ca, K y Mg (cmol (+) kg) en el suelo durante el ciclo de cultivo. ........ 89 Figura 25. Porcentaje de Arena, Limo y Arcilla presentes en el suelo en el ciclo de cultivo. .... 91 Figura 26. Rendimiento en kilogramos por hectárea para cada tratamiento............................. 93 Figura 27. Calibre y clasificación del tubérculo de acuerdo con el tamaño. ............................. 94 Figura 28. Comparación número de bultos de fertilizante químico requerido en cada tratamiento para 1 ha. .............................................................................................................................. 96 Figura 29. Costos de producción para cada tratamiento. ......................................................... 97 file:///C:/Users/cindy/OneDrive/Documentos/MAESTRIA/TESIS/AVANCES%202021-1%20TESIS/RESULTADOS/AVANCES%202022/BARACALDO_CINDY_FINAL_v3.docx%23_Toc114929461 BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 5 Figura 30. Comparación a 10 años de kg de elementos químicos adicionados con el manejo convencional vs. T1. .............................................................................................................................. 104 LISTA DE TABLAS Tabla 1. Generalidades metodológicas de la investigación. ...................................................... 48 Tabla 2. Modelos de biofertilización propuestos para el manejo de agroecosistema de papa criolla ....................................................................................................................................................... 51 Tabla 3. Hipótesis de investigación del componente ecológico. ............................................... 52 Tabla 4. Parámetros de evaluación ambientales en agroecosistema de papa criolla. .............. 53 Tabla 5. Supuesto para analizar el aspecto económico de los modelos de manejo propuestos. ................................................................................................................................................................. 55 Tabla 6. Número de artículos obtenidos de las fases de búsqueda. ......................................... 57 Tabla 7. Variables destacadas de la revisión de literatura asociadas al manejo del suelo y la agroecología. ........................................................................................................................................... 70 Tabla 8. Análisis de Varianza para los rendimientos en cada modelo evaluado. ...................... 94 Tabla 9. Costos de producción calculados para cada modelo. ................................................. 95 Tabla 10. Calculo utilidad marginal para cada modelo. ............................................................. 98 Tabla 11. Cálculo de rentabilidad de acuerdo con las calidades de papa cosechadas en cada modelo. .................................................................................................................................................... 99 BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 6 RESUMEN En Colombia, el cultivo de la papa representa una fuente económica importante para miles de familias campesinas, alcanzando rendimientos anuales promedio de 22.31 ton/ha. No obstante, el manejo de este cultivo se mantiene bajo prácticas convencionales que han afectado negativamente el suelo y las fuentes hídricas. Por lo anterior, el objetivo de esta investigación es implementar un modelo de biofertilización como alternativa de manejo sustentable al analizar la respuesta de un agroecosistema de papa criolla. Para ello, se planteó un modelo de biofertilización, bajo un ensayo piloto que constó de 5 tratamientos: control sin inóculo y sin fertilización química, tratamiento con dosis de 0% de fertilizante químico1 más inóculo, 60% de fertilizante químico más inóculo y 80% de fertilizante químico más inóculo con dos. Se encontró que existen diferencias estadísticamente significativas entre las variables de categoría relación suelo-planta como la altura de las plantas, el número de vástagos y el nitrógeno total en hojas, a nivel de las propiedades fisicoquímicas del suelo no se encontraron diferencias en la mayoría de las variables analizadas. El modelo de biofertilización combinado (inóculo y fertilización química al 60%) presentó el mejor desempeño en las variables de la dimensión ecológica -fisicoquímicas (suelo) y biológicas (relación suelo planta y microfauna del suelo) del agroecosistema-. Frente al aspecto económico, el modelocombinado (inoculo y fertilización química al 60%) obtuvo el mejor rendimiento, siendo el más alto con 7865 kg ha-1, implicando una mejor rentabilidad para el agricultor. Se concluye que la implementación de un modelo de manejo que incluya la biofertilización, es sustentable al disminuir los costos de inversión y reducir la adición de fertilización química en el suelo en un 40%, lo que implica no solo una mejora en la rentabilidad percibida por el agricultor, sino también un menor impacto sobre el ecosistema. PALABRAS CLAVE: Agroecología, Manejo del suelo, Cultivo de papa criolla, Desarrollo sustentable. 1 El fertilizante utilizado fue NPK 13:26:6. BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 7 ABSTRACT In Colombia, potato cultivation represents an important economic source for thousands of peasant families, reaching average annual yields of 22.31 tons/ha. However, the management of this crop is maintained under conventional practices that have negatively affected the soil and water sources. Therefore, the objective of this research is to analyze the response of a Creole potato agroecosystem when implementing a biofertilization model as an alternative for sustainable management. For this, a biofertilization model was proposed, under a pilot test that consisted of 5 treatments: control without inoculum and without chemical fertilization, treatment with a dose of 0% chemical fertilizer plus inoculum, 60% chemical fertilizer plus inoculum and 80% of chemical fertilizer plus inoculum with two. It was found that there are statistically significant differences between the variables of the soil-plant relationship category such as the height of the plants, the number of stems and the total nitrogen in leaves, at the level of the physicochemical properties of the soil, no differences were found in the majority of the analyzed variables. The combined biofertilization model (inoculum and chemical fertilization at 60%) presented the best performance in the variables of the ecological dimension -physicochemical (soil) and biological (soil plant relationship and soil microfauna) of the agroecosystem-. Regarding the economic aspect, the combined model (inoculum and chemical fertilization at 60%) obtained the best yield, being the highest with 7865 kg ha-1, implying better profitability for the farmer. It is concluded that the implementation of a management model that includes biofertilization is sustainable by reducing investment costs and reducing the addition of chemical fertilization in the soil by 40%, which implies not only an improvement in the profitability perceived by the farmer, but also less impact on the ecosystem. KEY WORDS: Agroecology, Soil Management, Creole potato crop, Sustainable development. BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 8 INTRODUCCIÓN La fertilización química de los cultivos ha sido ampliamente aplicada desde la aparición de la revolución verde, con el fin de aumentar el rendimiento, incrementar la oferta de los productos ante una demanda creciente, y al mismo tiempo, optimizar las ganancias del productor (Del Monserrate Ruíz, 2015). Sin embargo, las consecuencias de aplicar estas estrategias de manejo han sido los efectos negativos en el medio ambiente, que contemplan la contaminación de fuentes hídricas, la pérdida de biodiversidad, sobre todo de la edafofauna; así como la degradación de las propiedades físicas y químicas del suelo (Estrada-Herrera et al., 2017; Moreno Reséndez et al., 2018). En contraposición, la biofertilización surge como una alternativa sustentable para el manejo de los cultivos; sacando ventaja de las propiedades de microorganismos (hongos o bacterias), que promueven el crecimiento vegetal y la transformación de nutrientes en el suelo (Pérez Lavalle et al., 2017). En ese sentido, el objetivo de esta investigación es implementar un modelo de biofertilización basado en el estudio de una cepa de rizobacterias al agroecosistema de papa criolla, como una alternativa de manejo que propicie el desarrollo de estrategias que contribuyan a la comprensión de la problemática ambiental que se deriva de las prácticas agrícolas, brindando un panorama de posibilidades para redirigir la agricultura convencional de uso de agroquímicos, hacia el desarrollo sustentable. Esto, dada la necesidad de fortalecer los sistemas de producción con prácticas agrícolas resilientes al cambio climático, mejorando progresivamente la calidad del suelo y, favoreciendo la biodiversidad (Montiel & Ibrahim, 2016). Así mismo, aproximarse a la dinámica socioeconómica que tiene lugar en los agroecosistemas, es fundamental, pues permite la evaluación de técnicas novedosas que, además de tener efectos en el aspecto ambiental del agroecosistema, pueden también influenciar el desarrollo económico de los agricultores (Alfonso & Mercedes, 2008; Moreno Reséndez et al., 2018; Sánchez et al., 2011). Así, esta es una investigación aplicada o de tipo tecnológico, definida por Teodoro & Nieto (2018), como aquella que se desarrolla para resolver problemas asociados a los procesos y/o sistemas de producción, distribución, y/o consumo de bienes y servicios de cualquier actividad humana; en este caso centrada en la mejora de los agroecosistemas de papa criolla. Para su desarrollo, se establecieron 5 BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 9 tratamientos a evaluar: tratamiento control (sin fertilización), tratamiento combinando inóculo y dosis de fertilizante químico al 60%, tratamiento dos con inóculo y dosis de fertilizante químico al 80%, tratamiento tres solo con fertilización química convencional (100%), y finalmente, el tratamiento cuatro, con aplicación exclusiva de inóculo. Esto en un diseño de bloques completos al azar (DBCA) con tres repeticiones; cada repetición contó con 10 unidades experimentales. Las unidades experimentales se establecieron con suelo de la Finca “El Capricho” ubicada en el municipio del Rosal, Cundinamarca, teniendo en cuenta que esta región es reconocida por la siembra de la papa criolla. Se aplicaron variables en la dimensión ecológica, teniendo en cuenta parámetros físico-químicos (textura, carbono orgánico, capacidad de intercambio catiónico (CIC)), unidades de pH en suelo, nitrógeno total (NT), fosforo disponible, cationes intercambiables, y porcentaje de saturación de bases), parámetros biológicos (cuantificación microorganismos fijadores de nitrógeno, solubilizadores de fosforo, presencia de actinomicetos, hongos y celulíticos aerobios) y parámetros de la relación planta suelo (altura de las plantas, número de vástagos, longitud de raíces y nitrógeno total en plantas), finalmente, parámetros en el aspecto económico para analizar el comportamiento del agroecosistema en respuesta al manejo propuesto. Cabe mencionar que esta investigación está enmarcada en el área estratégica de Saneamiento Ambiental, propuesta en el programa de Maestría en Desarrollo Sustentable y Gestión Ambiental, de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. En dicha área estratégica se realizan investigaciones que buscan solucionar problemas relacionados con recursos como suelo, aire y agua entre otros. La línea de investigación es la gestión ambiental de los sistemas ambientales, en este caso el agroecosistema de papa criolla. De ahí que este trabajo de investigación analizó la biofertilización con rizobacterias en agroecosistemas de papa criolla, como una alternativa que contribuya al manejo sustentable del suelo en la práctica agrícola, reduciendo el uso de fertilizantes químicos convencionales y, favoreciendo no solo el cuidado de la salud de los campesinos y su inversión económica, sino también la salud del ecosistema. Al respecto, es bien conocido que en Colombia la papa es un cultivo importante, representa unproducto indispensable de la canasta familiar; que, además, sustenta la economía de algunas zonas BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 10 rurales en el país (FEDEPAPA & FNFP, 2018). Sin embargo, este cultivo ocupa el primer lugar como el más fumigado y el segundo como el más fertilizado a nivel nacional (Calderon, & Granados, 2012; Guerrero Riascos, 1982), por lo que su establecimiento contribuye a la acumulación de agroquímicos en el suelo y fuentes hídricas principalmente, lo cual resulta en la afectación a la salud social y ambiental. Sucede lo mismo en el cultivo de la papa criolla, que, a pesar de su gran aceptación en el mercado internacional por sus características organolépticas, presenta una limitada comercialización en fresco debido a la alta adición de agroquímicos (Rodríguez Molano & Ñustez López, 2011). En este orden de ideas, el lector encontrará 6 capítulos en los cuales se desarrolla el contenido de esta investigación. El primero de ellos muestra la descripción del problema, justificación, y objetivos del presente trabajo; el segundo capítulo presenta el marco teórico dentro del cual se han definido 3 apartados importantes: los aspectos conceptuales que mencionan los referentes teóricos base de este trabajo, a continuación, los antecedentes donde se citan algunas de las experiencias recientes en cuanto al trabajo con microorganismos y agroecosistemas con miras a prácticas agrícolas más sustentables y la normatividad, donde se expone alguna legislación vigente a tener en cuenta frente al manejo del suelo. El tercer capítulo contiene la descripción del diseño metodológico, donde se incluye el área geográfica del estudio, tipo de investigación, indicadores, técnicas e instrumentos para la recopilación de información, así como también modelo estadístico a implementar. El cuarto capítulo presenta los resultados obtenidos y su correspondiente análisis; posteriormente, el quinto capítulo, donde se presenta un análisis frente a la investigación realizada y su relación con el manejo sustentable de los agroecosistemas, y finalmente, el capítulo 6, donde se recopilan las conclusiones y recomendaciones. Las referencias bibliográficas mencionadas en todo el documento pueden ser consultadas en el apartado 7. BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 11 CAPÍTULO 1: DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 1.1. Planteamiento Del Problema La relación entre la naturaleza y la humanidad ha estado mediada por la transformación de los sistemas naturales (Foladori et al., 2005), que han posibilitado tres revoluciones importantes en el proceso evolutivo del hombre: el establecimiento de la agricultura y la domesticación de animales; la revolución industrial, que permitió la explotación de combustibles fósiles; y, la revolución biotecnologíca (Ángel-Maya, 2013), siendo el establecimiento de la agricultura el punto de partida para el rápido desarrollo tecnológico del hombre. De hecho, fue la necesidad de aumentar la producción agricola lo que originó la revolución verde, cuyo objetivo era incrementar el uso de insumos, energía y combustibles para cubrir la demanda alimenticia de una población creciente (Del Monserrate Ruíz, 2015). Esta actividad ha impactado negativamente los ecosistemas, amenazando con destruirlos (Ángel-Maya, 2003). Con la revolución verde se instauraron las prácticas de la agricultura convencional, cuya estrategia principal es la adición de agroquímicos en el proceso de establecimiento y mantenimiento de los cultivos, dentro de los cuales se destaca la papa. Así pues, la producción de papa ha aumentado a nivel mundial debido al creciente interés por sus características nutricionales, ubicándose como un alimento importante para garantizar la seguridad alimentaria2, particularmente en países con altos niveles de pobreza (Mosquera Vásquez, 2016). Paradójicamente, el cultivo de la papa es también uno de los más fertilizados y fumigados, dado el interés de los productores en aumentar el rendimiento por área sembrada (Malik, et al., 2017). En Colombia, la transformación de las actividades agrícolas ha incrementado el uso de pesticidas y fertilizantes para el mantenimiento de los cultivos, según el informe de Granados & Villarreal (2019) el cultivo de papa consume alrededor del 40% del total de los fertilizantes utilizados para todas las actividades agrícolas que se desarrollan en el país, ubicándose como el cultivo con mayor consumo global 2 La papa ocupa el tercer lugar dentro de los cultivos con mayor importancia a nivel mundial, después del trigo y el arroz (FAO, 2015) b. BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 12 de fertilizantes, los cuales cubren el 20% de los costos de producción, por lo que es prioritario implementar estrategias a través de la investigación científica aplicada que contribuyan a cambiar esta dinámica en el manejo del cultivo (Hernández, Forero, Otálora, & Serrano, 2012). Justamente, la adopción de este modelo industrializado ha impactado negativamente los ecosistemas, siendo el suelo uno de los componentes más degradados. El suelo, tal como lo refieren Silva & Correa (2009) es considerado como un recurso natural no renovable, puesto que tarda cientos de miles de años en formarse; además, es un componente esencial en el mantenimiento de la vida al ser fuente de alimento y hogar para plantas, invertebrados, pequeños vertebrados y un amplio número de microorganismos; sin contar que sustenta las actividades agrícolas, y ciclos biogeoquímicos, lo que significa que en él existen una multiplicidad de interrelaciones que permiten comprenderlo y definirlo como un ecosistema (Marfo et al., 2019). No obstante, este ecosistema se degrada como consecuencia de las actividades humanas que aportan grandes cargas de elementos contaminantes al suelo, las cuales se transforman en sustancias tóxicas cuya acción modifica la composición de este en todos los aspectos (Mohan & Sajayan, 2015), reduciendo la diversidad edáfica necesaria para llevar a cabo los ciclos biogeoquímicos (Ángel-Maya, 2013). De esta forma, el uso inadecuado de insumos en los agroecosistemas ha ocasionado un desbalance de los elementos y compuestos químicos, promoviendo la retención de desechos en el suelo, principalmente en forma de óxidos nitrogenados y sulfurados (Mohan & Sajayan, 2015). Dicha acumulación también ha favorecido la producción de gases que contaminan el aire y el almacenamiento de metales pesados como el cadmio y el mercurio (Schwarzenbach et al., 2010). Con respecto a las trazas de metales pesados y residuos tóxicos mencionados anteriormente, Mohan & Sajayan (2015) y Mazuela (2011) sostienen que, gracias a la escorrentía y a la infiltración, estos elementos alcanzan el agua subterránea y las fuentes hídricas que abastecen a los habitantes de las zonas rurales. Además, estos residuos alteran los ecosistemas acuáticos generando eutrofización, daños en la salud de los animales y seres humanos -en algunos casos la muerte-, así como también la dispersión BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 13 de virus y agentes patógenos, derivados de la contaminación por el manejo inapropiado de aguas residuales que llegan a los alimentos a través del riego de los cultivos (Ongley, 1996). En este sentido, la agricultura es causa y víctima de la contaminación. En primer lugar, causa contaminación al ser el medio por el cual los fertilizantes y pesticidas entran en contacto con el agua y el suelo3. En segundo lugar, es víctima porque recibe los contaminantes acumulados en el agua y el suelo, afectando drásticamente la calidad de los productos que posteriormente son consumidos. Adicionalmente, la problemática de contaminación del agua altera el correcto funcionamiento de su ciclo, poniendo en riesgo su disponibilidad a futuro, loque limita el desarrollo agrícola sustentable (Ongley, 1996). En resumen, la contaminación del suelo y el agua derivada de las prácticas agrícolas está afectando el equilibrio y la resiliencia ecosistémica (Ángel-Maya, 2013). Sin embargo, no es el único efecto adverso que se está presentando, pues el hombre también está siendo víctima de los residuos que sus sistemas tecnológicos son incapaces de procesar (Rodríguez, et al., 2018). Al respecto, en las últimas décadas han crecido las cifras de las afectaciones en la salud humana por dos factores principales, el primero relacionado al uso inadecuado de agroquímicos productos utilizados en la industria4, y el segundo, vinculado con la contaminación por bacterias patógenas; debido al vertimiento de aguas negras en las fuentes de agua. (Schwarzenbach et al., 2010). Dicha situación complejiza los procesos de tratamiento aplicables al suelo, el agua y la salud humana5 (Ghaly, 2015). En ese sentido, el aprovechamiento de las herramientas biotecnológicas enfocadas al uso de organismos que puedan cumplir las mismas funciones de los agroquímicos6 es fundamental en la 3 La agricultura requiere la tercera parte del agua dulce disponible en el mundo, siendo la segunda actividad, después del consumo humano que más requiere agua para realizarse (Mohan & Sajayan, 2015). 4Schwarzenbach et al., en 2010 reportan que al año se registran 1.6 millones de muertes por enfermedades asociadas a la contaminación del agua, el suelo y los productos agrícolas 5 La salud humana se ve afectada por enfermedades como cáncer, afecciones en la sangre, enfermedades respiratorias y del sistema digestivo por la exposición a sustancias tóxicas (Schwarzenbach et al., 2010). 6 Funciones en términos de aporte de nutrientes al suelo y control de plagas, facilitando el flujo de la energía y la continuidad de los ciclos biogeoquímicos al interrumpir la acumulación de desechos en los sistemas naturales (Seneviratne & Wijepala, 2016), BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 14 transformación de las prácticas agrícolas convencionales para mitigar su impacto ambiental. No obstante, la transición hacia prácticas sustentables necesita ser respaldada por estudios aplicados en las zonas productoras de papa del país como lo es el Rosal, en Cundinamarca, donde el cultivo de la papa criolla se ha posicionado como la base económica para los agricultores minifundistas (Ramírez & Rozo, 2012) (Ramírez & Rozo, 2012), quienes se organizaron en gremios para acceder a los desarrollos tecnológicos que contribuyen a llevar a cabo una práctica agrícola más eficiente y sustentable (Villota Caicedo, 2017). En contraste, la investigación en este campo es fundamental si se tiene en cuenta que en la actualidad los países en desarrollo atraviesan dificultades debido a la importación de tecnologias que no en todos los casos resultan compatibles con las características regionales, adicionalmente al ser tecnologias importadas generan un mayor costo no solo en la inversión del agricultor, sino que también pone en riesgo la soberania de estos paises en el desarrollo de sus propias tecnologias productivas; lo que, sumado a los impactos antes mencionados al impulsar la aplicación de agroquimicos y biocidas para el manejo de los cultivos, aumenta significativamente el bajo desarrollo productivo (Briones Kusactay, 2015). Por lo anterior surge la pregunta: ¿Cuál es la respuesta que genera el agroecosistema de papa criolla frente a un modelo de biofertilización como alternativa de manejo sustentable? 1.2. Justificación Actualmente, el mundo atraviesa una crisis ambiental, económica y social sin precedentes. La inequidad social, el alto índice de pobreza, el bajo desarrollo de muchos países y la inadecuada transformación de los sistemas naturales están llevando al mundo a alcanzar sus límites (Blandi et al., 2018). Una de esas formas de transformación es la agricultura, que ha contribuido al deterioro ambiental, principalmente desde la revolución verde, por el empleo de agroquímicos que impactan negativamente el suelo y el agua (Meena et al., 2020). En ese sentido, autores como Meena et al. (2020), Ghaly (2015) y Mohan & Sajayan,(2015) han llevado a cabo investigaciones que evidencian el alto nivel de degradación del suelo, así como la grave contaminación de fuentes hídricas y casos de afectaciones a la salud producto del desarrollo de una agricultura insustentable. Sin embargo, la agricultura es la actividad a través de la cual la humanidad BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 15 obtiene sus alimentos, razón por la cual es necesario empezar a transformar las prácticas agrícolas, hacía unas que promuevan el desarrollo sustentable (Mazuela, 2011). Por lo anterior, se considera que esta investigación aporta conocimientos en el campo de las ciencias agroecológicas y del desarrollo sustentable (Altieri & Nicholls, 2000), a través de la exploración de herramientas biotecnológicas que reduzcan el uso de fertilizantes de síntesis química, como lo son los biofertilizantes basados en rizobacterias (Igiehon & Babalola, 2017). Dichas herramientas constituyen elementos innovadores que pueden transformar las prácticas agrícolas haciéndolas más sustentables. Además, brinda un escenario local para comprender no solo la forma en la que se puede mejorar y fortalecer la práctica agrícola en un país como Colombia, debido a que se desarrolla en el Rosal, Cundinamarca7, sino también la manera en la cual la biotecnología puede ser aprovechada por el hombre como agente transformador, pues en últimas es la humanidad quien tiene la responsabilidad de ajustar sus sistemas tecnológicos para conservar los sistemas naturales (Ángel-Maya, 2013). En ese sentido, las rizobacterias se han convertido en una herramienta biotecnológica importante en la exploración de microorganismos que mejoren la dinámica entre las plantas y el suelo, optimizando la disponibilidad de nutrientes -algunas a través de la fijación de nitrógeno, otras solubilizando el fósforo, estimulando el crecimiento de las plantas, incrementando la germinación, emergencia, establecimiento o vigor de las plántulas, la proliferación del sistema radicular, aumentando la biomasa y aumentando los rendimientos finales, acortando los tiempos de floración en plantas ornamentales y mejorando la calidad de los frutos en cuanto a tamaño o propiedades organolépticas (Aguado, 2012). Adicionalmente, este trabajo contribuye a fortalecer la responsabilidad ambiental de los actores productivos, en la medida en la que da respuesta a los impactos de la modernidad, ocupándose no solo de encontrar soluciones a los problemas ocasionados por las actividades antrópicas sobre los sistemas naturales, sino también ampliando el campo de análisis a la comprensión de las relaciones que tienen 7 El municipio el Rosal, en Cundinamarca produce cerca del 38% de la papa que se cultiva en el país.(Granados & Villarreal, 2019) BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 16 lugar tanto en sistemas naturales como sociales, entendiendo que los agroecosistemas son creados por la humanidad. En ese sentido, las investigaciones aplicadas que resaltan la multiplicidad de relaciones que tienen lugar en sistemas como los agrícolas, son pertinentes en cuanto acercan el proceso investigativo a las realidades sociales, ambientales, y económicas que componen la dinámica de una sociedad o país. Finalmente, este trabajo aporta herramientas que pueden ser utilizadas para abordar temáticas del desarrollo sustentable en el campo de la producción y el consumo responsables, que son fundamental en el marco de los objetivos del desarrollo sostenible, los cuales buscan garantizar el acceso a alimentos de calidad, que promueva el desarrollodesde la adopción de estilos de vida sostenibles, desvinculando el progreso económico y social del deterioro de los sistemas naturales, transformando los sistemas para que sean más productivos con menos recursos naturales.. En ese sentido, la investigación aplicada brinda elementos desde los cuales puede sensibilizar sobre la importancia de la agricultura y su impacto en ámbitos sociales, económicos y ambientales, así como también la necesidad de transformar las prácticas agrícolas convencionales en alternativas menos agresivas, donde el desarrollo sustentable aparece como un marco de referencia para proteger el ambiente fortaleciendo las actividades productivas aprovechando las herramientas biotecnológicas que surgen a medida que avanza la investigación científica del tema. Por lo anterior, el desarrollo de este trabajo en el marco de la maestría en desarrollo sustentable y gestión ambiental es pertinente porque abre un espacio para el análisis de nuevas propuestas desde un enfoque interdisciplinario para la gestión de los agroecosistemas. 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo General - Implementar un modelo de biofertilización como alternativa de manejo sustentable de los agroecosistemas de papa criolla a partir de la respuesta que genera su aplicación durante un ciclo de cultivo (octubre 2021-enero 2022) en la finca “El Capricho” municipio El Rosal, Cundinamarca. BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 17 1.3.2. Objetivos Específicos - Describir las tendencias internacionales de manejo agroecológico del suelo en agroecosistemas a través de una revisión bibliográfica, caracterizando los principales ejes temáticos asociados al desarrollo sustentable. - Evaluar el comportamiento del agroecosistema de papa criolla frente a la aplicación de un modelo de biofertilizante que permita identificar la mejor alternativa de manejo sustentable del suelo en términos de sus características fisicoquímicas, y biológicas (octubre 2021-enero 2022). - Determinar la respuesta que genera la aplicación de un modelo de biofertilización en agroecosistemas de papa criolla, a través de un análisis costo beneficio en términos de la utilidad marginal y la rentabilidad, identificando beneficios para el agricultor y el menor daño al ecosistema. BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 18 CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO 2.1. Aspectos Conceptuales En este apartado se busca introducir los conceptos que deben ser revisados para la compresión de las reflexiones futuras frente al uso de herramientas biotecnológicas que favorezcan la transformación de las prácticas agrícolas convencionales a unas prácticas más amigables con el medio ambiente. Desde esta perspectiva es importante poner en contexto algunas de las discusiones actuales que giran en torno al desarrollo sostenible, el desarrollo sustentable y la agroecología, que son decisivas para comprender de qué manera estos conceptos se relacionan entre sí y, con la investigación que se aplicará en este trabajo. Por tal motivo, se iniciará partiendo de un contexto histórico que da una idea del origen de estas propuestas conceptuales. Los conceptos de desarrollo sostenible, desarrollo sustentable y agroecología son términos diferentes, pero ampliamente utilizados en la actualidad, para referirse a un tipo de producción que busca modificar las formas industrializadas y altamente tecnificadas de producción moderna, mitigando los impactos negativos que ponen en riesgo la disponibilidad de recursos a largo plazo. Sin embargo, cada concepto tiene una connotación y origen diferente (Castaño Z., 2017). El “desarrollo sostenible” se originó a finales de los años 70´s, cuando la creciente industrialización y la alta demanda de alimentos y materias primas puso de presente la escasez de recursos para satisfacer las exigencias del mercado, divisando que un crecimiento sostenido de este consumo podría causar un agotamiento de los recursos (Rivera-Hernández et al., 2017). En el marco de esta preocupación un grupo de expertos ambientales decide generar un informe, denominado: “Los límites del crecimiento (1972)”, en donde se comparten las principales preocupaciones en torno al manejo y explotación de los recursos naturales, resaltando la finitud de la mayoría de los elementos que son explotados y contaminados. Este grupo de expertos, reunidos en lo que se llamó Club de Roma, logró atraer la atención de los tomadores de decisiones en diferentes partes del mundo, por lo que en 1972 se convoca a los tomadores de decisiones para analizar el papel y las acciones que pueden ser tenidas en cuenta para mantener el nivel de desarrollo sin comprometer las generaciones futuras, en la Conferencia BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 19 de Naciones Unidas sobre Medio Ambiente de Estocolmo (Madroñero-Palacios & Guzmán-Hernández, 2018). Después de la primera Conferencia de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente la preocupación por la preservación de los recursos naturales para la supervivencia de la humanidad y sus futuras generaciones continúo, hasta que, en 1987 en la Conferencia de Naciones Unidas para el Medio Ambiente de Brundtland, a través de “Nuestro Futuro Común” se popularizó el término de desarrollo sostenible como una nueva forma de desarrollo, que se preocupaba por la conservación del medio ambiente y la disponibilidad de sus atributos en el futuro (Madroñero-Palacios & Guzmán-Hernández, 2018). En los países latinoamericanos, los términos “desarrollo sostenible” y “desarrollo sustentable” eran utilizados indiferenciadamente para referirse a la propuesta de la comisión de Brundtland de cambiar el modelo socioeconómico predominantemente consumista, por otro modelo que ajustara todas sus prácticas a la transición hacia un modelo preocupado por los recursos existentes actualmente y los disponibles para las generaciones futuras (Conte Grand & D´Elia, 2017). No obstante, debido a que la fuente principal de literatura en este ámbito era principalmente de habla inglesa, no existía diferenciación entre “lo sostenible” y lo “sustentable”. Esto generó una gran controversia, dando lugar a definiciones diferentes: el desarrollo sostenible está enfocado principalmente al crecimiento económico, y el aprovechamiento de los recursos naturales para la producción de materias primas obteniendo muchas críticas de los defensores del ambiente, quienes señalan que esa visión poco puede hacer para proteger los recursos naturales de la explotación extensiva que se ha venido dando en los últimos años (Rivera- Hernández et al., 2017). Además, autores como Gómez Contreras (2014) y Castaño (2017) mencionan que este término está lejos de generar estrategias que contribuyan al cuidado de lo natural, incluso desde el punto de vista social resulta inconveniente, puesto que en términos económicos las brechas entre ricos y pobres son cada vez más amplias gracias al “desarrollo”. Es por lo anterior, que autores como Restrepo (2000) y Gómez Contreras (2014) y Zarta (2018) muestran la necesidad de aplicar el término de “desarrollo BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 20 sustentable” como una variante que está enfocada en la preservación, en donde las acciones de desarrollo deben garantizar el cuidado de los recursos naturales, pero también el desarrollo humano de las poblaciones, especialmente aquellas que se encuentran en condición de pobreza. En ese sentido, los diferentes sectores económicos, especialmente en países desarrollados, empezaron a evaluar las acciones que se podían implementar para reducir el impacto que se genera sobre el medio ambiente. Del mismo modo, surgieron diversas corrientes de pensamiento para proponer nuevas formas de producción (Madroñero-Palacios & Guzmán-Hernández, 2018). Por supuesto, la agricultura no fue la excepción; es bien sabido que el sector agrícola ejerce un gran impactosobre los sistemas naturales, no solo porque transforma la directamente a la estructura ecosistémica, al remover la cobertura vegetal para la siembra de cultivos, sino por la adición de agroquímicos que se acumulan y generan mayores problemas al contaminar el suelo, el agua, fomentar la pérdida de biodiversidad, entre otros (Conte Grand & D´Elia, 2017; DeLonge & Basche, 2017; Meena et al., 2020; Rodenburg et al., 2020). 2.1.1. De la Agricultura convencional a la Agroecología: una nueva forma de producir alimentos La agricultura es una actividad compleja debido a que involucra diversos elementos, la producción de alimentos, fibras, madera y otras materias primas, el uso de los recursos naturales, procesos económicos, incluso socioculturales que tienen efectos en las sociedades y en los ecosistemas (León Sicard, 2012). En este sentido las actividades agrícolas forman parte fundamental de las interacciones que se dan entre la humanidad y los ecosistemas. Sin embargo, el cuidado de los cultivos en los sistemas agrícolas exigió la renovación de la fertilidad del suelo, así como el desarrollo de nuevos sistemas de transporte y almacenamiento, incluyendo la creación de estrategias que permitieran optimizar los procesos productivos para aumentar la disponibilidad de materias primas y alimentos, un sistema capaz de mantener las necesidades de la población creciente a nivel mundial (Ángel-Maya, 2013). Dichas estrategias de manejo fueron perfeccionándose con el pasar de los años, dando lugar, en los años setenta al “boom” de la revolución “verde” (Del Monserrate Ruíz, 2015). BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 21 Esta estrategia de manejo y desarrollo de la agricultura transformó las prácticas agrícolas al introducir una variedad de agroquímicos que facilitaban el control de plagas, el aumento de la fertilidad del suelo, e incrementos en el rendimiento de los cultivos (Ceccon, 2008). Además, permitió el uso de grandes extensiones de suelo en una práctica extensiva que dejo de lado la preocupación por preservar la calidad de los suelos, el agua y la salud de quienes se encargan de estas actividades (Reyes, 2013). Es así como la agroecología está encargada de estudiar el rol de las relaciones ecológicas, enfocándose en la estructura y función de los agroecosistemas, poniendo de presente la interacción entre lo cultural y lo ecológico. Esta ciencia nace en medio de una sociedad altamente industrializada, como una alternativa para resolver los problemas de la producción masiva de alimentos que no comprometa la estabilidad ecosistémica ni la calidad de los alimentos; pues el manejo llevado a cabo no logró resolver satisfactoriamente esa necesidad (León Sicard, 2012). Adicionalmente, la agroecología busca salvaguardar los conocimientos agrícolas ancestrales, así como los conocimientos de las comunidades campesinas, conocedoras de las técnicas empíricas de producción, quienes fueron rezagados frente al boom de la revolución verde, que como se dijo anteriormente, transformó las formas de conocer y hacer agricultura (ILSA- Insitituo Latinoaméricano para una Sociedad y un Derecho, 2010; Tittonell et al., 2020). Desde ahí, la agroecología es una ciencia que busca no solo comprender las interrelaciones ecológicas, sino también sociales y culturales, reconociendo como objeto de estudio los agroecosistemas, los cuales pueden ser entendidos como un espacio donde confluyen los sistemas naturales y los sistemas artificiales creados por el hombre (Ángel-Maya, 2003). El desarrollo de la agroecología ha implicado la incorporación de conceptos desde lo ambiental, lo ecológico, lo social, lo económico, lo agrícola, incluso lo político; lo que ha posibilitado el desarrollo de un paradigma científico que incluye los movimientos sociales que aportan una crítica a los postulados de la revolución verde. Del mismo modo, a través de este paradigma se integran diversas propuestas desde las agriculturas alternativas que, a lo largo de la historia han evolucionado como la agricultura orgánica, agricultura ecológica y la agricultura sostenible, entre otros (Rodríguez-Eugenio, N., McLaughlin, M., Pennock, 2018). BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 22 Dada la influencia de las corrientes políticas, económicas, sociales, culturales y ecológicas, el concepto de agroecología puede tener diferentes definiciones. León Sicard (2012) propone una definición desde lo ecológico, refiriéndose a esta como una disciplina que busca el desarrollo de los agroecosistemas con el mínimo de dependencia en entradas elevadas de energía y agroquímicos. Se enfatiza en los sistemas agriculturales complejos donde existen interacciones y sinergias entre los componentes biológicos, que proveen mecanismos para mejorar sus propias características edáficas, productivas y protección fitosanitaria. Sin embargo, autores como Restrepo et al. (2000) la definen como el estudio de fenómenos netamente ecológicos dentro del campo de cultivo, tales como las relaciones depredador/presa, o competencia cultivo/maleza. Otros autores como Nogaard (1983) citado por Altieri, mencionan que la agroecología es holística, con una base filosófica basada en los sistemas sociales y agroecológicos, donde se presentan dinámicas de coevolución. 2.1.1.1. Los Agroecosistemas: la fusión de lo ambiental, económico y social. Los agroecosistemas son el objeto de estudio de la agroecología. Estos son sistemas conformados por componentes biofísicos (plantas, animales, microorganismos, suelos, agua y el clima), que presentan entradas de elementos indispensables para su funcionamiento, tales como recursos, energía e insumos (Hart, 1979). Cuando estos componentes interactúan entre sí, se generan salidas, como la biomasa animal y vegetal, que para los cultivos serían los productos de la cosecha. Cabe mencionar que, los agroecosistemas se encuentran controlados por sistemas socioeconómicos humanos, que gestionan toda su dinámica con el fin de obtener algún producto agrícola o pecuario de ellos (Reyes, 2013). Ahora bien, se considera que los agroecosistemas se dividen en subsistemas, como los cultivos, suelos, maleza, plagas y enfermedades. Estos a su vez, tienen entradas y salidas, reguladas por el agricultor por medio de un plan de manejo (Hart, 1979). En la figura 1 se observa cuáles son los subsistemas de un agroecosistema de cultivo de papa, que intrínsecamente intervienen en la conservación de la edafofauna y en la productividad. BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 23 Figura 1. Agroecosistema de papa con subsistemas, entradas y salidas. Adaptada de Hart, R. (1979). Agroecosistemas: conceptos básicos. Centro Agronómico Tropical de Enseñanza. Turrialba, Costa Rica. Los subsistemas interactúan entre sí y con los elementos de las entradas, las cuales en cierto grado ayudan al manejo del agroecosistema, pero a largo plazo pueden degradar los suelos que son la base de estos. Por esta razón, el subsistema de suelo tiene gran importancia en el manejo de los cultivos, pues asegura el mantenimiento de la productividad, la disponibilidad de agua y el flujo de nutrientes mediante reacciones de mineralización y ciclaje, las cuales ocurren por la interacción de los microorganismos, insectos y la materia orgánica con los minerales y el agua que contiene el mismo suelo (Anderson, 2003). El manejo eficiente y sustentable de este subsistema permite optimizar la productividad del cultivo, además que equilibra el funcionamiento de los demás subsistemas, evitando la entrada perjudicial de recursos, la salida o perdida excesiva de biomasa y la regulación de perturbaciones naturales o antrópicas (Sullivan, 2007). La salud y calidad del subsistema suelo depende de diversos factores como la respiración, el pH, el grado de compactación y la fertilidad, los cuales tienen relación con el contenido de materiaorgánica y BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 24 la alta actividad biológica. Dichos factores se pueden ver afectados o degradados por la pérdida de las características intrínsecas a causa de un manejo no sustentable de los componentes y entradas del agroecosistema (Altieri, 1995). Existen algunos indicadores que permiten conocer el estado del subsistema de suelos en el agroecosistema, dentro de esos indicadores encontramos la diversidad de la fauna edáfica, que interviene en el reciclaje de nutrientes al consumir la materia orgánica y simplificarla para incorporarla en el suelo; también interviene en la mezcla de partículas orgánicas con el suelo, lo que aumenta la porosidad y la mineralización, mejorando la disponibilidad de nutrientes (Pérez, 2010). En cuanto a la microbiota edáfica, esta permite el reciclaje de diversos elementos como son el carbono, el nitrógeno, el azufre, el fósforo, el calcio, hierro, manganeso entre otros (Cabrera, 2012). Esto quiere decir que contribuye en la mineralización del suelo, permitiendo que las plantas logren aprovechar este tipo de elementos. No obstante, esta función no está a cargo de un solo grupo de organismos, sino que existen diferentes especies como Azotobacter, Clostridium, y Rhizobium entre otras, que son las encargadas de transformar estos elementos en sus formas asimilables por las plantas, lo que demuestra la importancia de la diversidad edáfica (Altieri, 1995). Actualmente, se sugiere que la macrofauna es uno de los principales componentes que ayuda a identificar el grado de transformación del subsistema suelo, debido a que su alta densidad, su biomasa, su riqueza taxonómica y su composición dependen por lo general de los usos del suelo (Cabrera, 2012). Por esta razón, la descomposición de la materia orgánica es uno de los servicios ecosistémicos que proporcionan la diversidad de estos organismos, por lo tanto, el manejo sustentable de estos permitiría optimizar la productividad de los agroecosistemas, debido a su importancia en las funciones biológicas del suelo (Usman, 2016). En consecuencia, la productividad de un agroecosistema depende del equilibrio de diversos factores y del funcionamiento dinámico de sus subsistemas, en especial del suelo, que como ya se mencionó, es la base de los sistemas agrícolas, por lo que su conservación es esencial para la salud de todo el agroecosistema. BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 25 Autores como León Sicard (2012) resaltan la importancia de considerar el conjunto de relaciones que se generan cuando entran en contacto organismos de diversos niveles tróficos, plantas adventicias, plantas cultivadas, climas, suelos, grupos humanos, flujos energéticos en espacios geográficos específicos, para realizar un manejo sustentable con el fin de conservar el balance en dichas relaciones. Figura 2. Relaciones entre ecosistema y cultura (relaciones ambientales). Tomado de León Sicard, T. (2012) Agroecología: la ciencia de los agroecosistemas- La perspectiva ambiental. Instituto de Estudios Ambientales. Bogotá, Colombia. Como se observa en la figura 2, existe una multiplicidad de factores que median la relación entre la sociedad y la naturaleza, relaciones mediadas por el desarrollo tecnológico, logrando la intervención de estos sistemas a escala global. 2.1.1.2. El Suelo: Un Componente Fundamental De Los Agroecosistemas. El suelo es un recurso natural fundamental, finito y no renovable, que sostiene diferentes ciclos biogeoquímicos del planeta, como el carbón, nitrógeno, fósforo, azufre entro otros. Además, proporciona un espacio de sustento para la vida y las actividades humanas (Burbano-Orjuela, 2016; Sánchez et al., 2011). Autores como Ángel Maya y León Sicard (2003; 2012) señalan que el suelo es considerado como un sistema organizado, compuesto por elementos biológicos, químicos y físicos que se encuentran en constante interacción. Por lo que su degradación genera la necesidad de propender por su conservación. BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 26 El suelo también puede ser definido como una delicada alfombra que recubre la corteza del planeta y que varía en grosor desde pocos centímetros hasta varios metros. Contiene minerales en un 45%, derivados de la roca (arenas, limos y arcillas), aire en un 25%, agua en un 25% y materia orgánica en un 5%, que resulta de la descomposición de restos vegetales, animales y microbianos (Burbano- Orjuela, 2016). La formación del suelo es consecuencia de un proceso constante en donde interactúan cinco factores principales: a) el clima, b) los organismos vivos, c) el relieve, d) el tiempo y e) la roca madre o material parental. La génesis del suelo inicia cuando la roca madre se fragmenta y la materia orgánica es transformada por factores físicos como la lluvia, el viento o la radiación solar, químicos que implican la reacción de sus constituyentes con el agua, el oxígeno et al. elementos químicos y biológicos producto de la actividad de los seres vivos (Pereira, et al. 2011). Al primero se le conoce como intemperismo de la roca y a los segundos como descomposición, ambos a largo plazo liberan minerales y nutrimentos que son transportados por el viento o el agua de un lugar a otro en el relieve, se acumulan y conforman capas con el paso del tiempo, denominadas horizontes del suelo (Montaño Arias et al., 2018). Los horizontes se nombran con las letras O, A, B, C y R, y su orden indica desde el horizonte más superficial donde se acumula la materia orgánica (e.g. hojarasca, ramas, corteza, animales muertos, etc.) hasta el más profundo donde se encuentra la roca (ver figura 3) (Durango et al., 2015). Los diferentes elementos que componen el suelo son fuente importante de nutrientes para la diversidad de organismos que en el habitan, y de su presencia depende la fertilidad edáfica de un ecosistema o un terreno agrícola. Dentro de los elementos determinantes se encuentran fósforo (P), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), sodio (Na), azufre (S), nitrógeno (N) y carbono (C), entre otros, los cuales son necesarios para el crecimiento de las plantas et al. organismos como la fauna y microorganismos del suelo (FAO, 2015)a. Como se mencionó anteriormente, la fauna fragmenta la materia orgánica y los microorganismos metabolizan los compuestos orgánicos (carbono orgánico) transformándolos a formas químicas inorgánicas que pueden ser aprovechables por las plantas o incluso por ellos mismos (Bardgett, M. Usher, D. Hopkins, 2005). No obstante, algunos nutrimentos pueden reaccionar con otros compuestos químicos del suelo y quedar en formas inorgánicas no disponibles, como BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 27 es el caso del P cuando reacciona con el carbonato de calcio o con el aluminio (Durango et al., 2015). Sin embargo, la función del suelo en las transformaciones de la materia orgánica y en la liberación de nutrimentos no sería posible sin la participación del agua y del aire que están en los poros y canales del suelo, y que son indispensables para la actividad de la microbiota de este (Pereira et al., 2011). Figura 3. Horizontes del suelo. Tomado de Instituto Nacional de Investigación Agropecuaria (2015). Semana de la Ciencia y Tecnología Jornada de Puertas Abiertas INIA Tacuarembó 20 de mayo de 2015 La actividad biológica presente en el suelo mantiene sus propiedades saludables, gracias a que promueve la agregación de partículas minerales y orgánicas, evitando su erosión. Organismos como las lombrices crean micro túneles que aumentan la aireación, infiltración del agua, la penetración radicular y el transporte de nutrientes (ver figura 4). En estos procesos, el carbono es la principal fuente de energía para las comunidades microbianas (archeas, bacterias, hongos, y actinomicetos.), que durante la descomposición de la materia orgánica utilizanel carbono como nutrimentos para su propio desarrollo. Sin embargo, este elemento no sólo está en el suelo, sino también en las plantas, animales, atmósfera y océanos (Usman, 2016). Cuando la cobertura vegetal de un suelo es alterada, cambian sus componentes, entre ellos el carbono que es liberado a la atmósfera, acumulándose en forma de dióxido de carbono BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 28 (CO2), gas que intensifica el efecto invernadero y contribuye al calentamiento global del planeta (Ongley, 1996). En contraste, aquellos suelos con mayor cobertura vegetal tienen más posibilidad de capturar CO2 debido a que las plantas lo incorporan a su biomasa por medio de la fotosíntesis y después al suelo a través del aporte de hojas, troncos, frutos, ramas y raíces y de su subsecuente descomposición (Johnston et al., 2004). Así pues, el suelo en los ecosistemas terrestres es el almacén más importante de carbono con hasta 2 500 giga toneladas y contiene hasta tres veces más que la vegetación o la atmósfera (Ball, y otros, 2020). Priorizar su conservación es fundamental si se quiere reducir su acumulación en la atmosfera, contribuyendo a mitigar el calentamiento global. Además, el almacenamiento del carbono en la vegetación, pero sobre todo en el suelo a través de su interacción con partículas minerales y su almacenamiento en formas orgánicas, permite la formación de sustancias complejas y de difícil descomposición (ligninas y ácidos húmicos) , convirtiéndolo en un reservorio estable a largo plazo debido a su lento reciclaje (Ghaly, 2015; Johnston et al., 2004). De otro lado, la estructura del suelo, definida por el arreglo de sus partículas en agregados, es otro mecanismo que protege físicamente al carbono del ataque microbiano y lo almacena en el suelo por largos periodos de tiempo (Pereira, et al., 2011). El suelo brinda otros servicios ambientales como la producción de oxígeno a partir de los productores primarios, la regulación del clima y de los flujos hidrológicos esenciales en la recarga de acuíferos; el suministro de nutrientes para plantas nativas y cultivadas (Burbano-Orjuela, 2016). Además, suministra materiales para la construcción de vivienda e infraestructura (yeso, grava, arena, arcilla, cal) y también es un reservorio importante de herencia cultural (cerámicas de culturas milenarias) y biológica (registro fósil) (Plata G et al., 2010). BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 29 Figura 4. Relaciones edáficas en los diversos niveles tróficos del suelo. Tomado de FAO (2015) a. Suelos y Biodiversidad. 2.1.1.3. La desertificación como fenómeno que agudiza los problemas socioeconómicos. Como ya se mencionó anteriormente, el suelo es un ecosistema que brinda diferentes tipos de bienes y servicios, por lo que su degradación constituye una pérdida sin precedentes. La desertificación es ese fenómeno generado por la pérdida de las características físicas, químicas y biológicas del suelo, reduciendo su capacidad de producir dichos bienes y servicios (Molina & Lozano, 2016). Este fenómeno afecta la autorregulación de los procesos en el suelo, lo que resulta en su incapacidad para seguir sosteniendo la vida. Este proceso que tiene lugar en tierras áridas, semiáridas y subhúmedas secas que está relacionado con variables climáticas y actividades humanas (Schader et al., 2021). Generalmente en estas zonas climáticas es común observar variaciones climáticas extremas sin que se alteren gravemente las dinámicas propias de estos ecosistemas, sin embargo, al recibir el impacto de las actividades humanas, sumado a las condiciones adversas de estos ecosistemas, dando lugar a la desertificación (Molina & Lozano, 2016). Actualmente se reconocen causas directas, indirectas y subyacentes a este fenómeno, que no solo tiene consecuencias ambientales, sino también sociales y económicas. Dentro de las causas directas BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 30 se encuentran la deforestación y las inadecuadas prácticas agrícolas que exponen al suelo a la erosión por pérdida de la cobertura vegetal, así como también a la contaminación por adición excesiva de agroquímicos, los cuales cambian abruptamente el balance químico de este (Rodríguez-Eugenio, N., McLaughlin, M., Pennock, 2018). Frente a las causas indirectas se reconocen la extracción excesiva de recursos para la construcción, incendios, destrucción de ecosistemas, uso inadecuado del suelo, aspectos culturales y tecnológicos y presiones sociales (Garay Romero & Cabero Diéguez, 2013). Finalmente, las causas subyacentes asociadas a las necesidades de los sistemas artificiales humanos son la producción de energía doméstica (leña o carbón), el uso de madera para la fabricación de muebles y viviendas, destrucción de ecosistemas como instrumento bélico, aumento de la pobreza, expansión de la frontera agrícola, búsqueda de pastizales para ganado, inexistencia de criterios técnicos para el manejo de pasturas, elevado desarrollo urbano, incumplimiento de normas locales, así como la generación de políticas inadecuadas, utilización de insumos químicos inapropiadamente, resistencia al cambio de prácticas, formas tradicionales de gestión que no son sustentables, bajo conocimiento de las condiciones del medio, siembra de cultivos de pan coger, arado con animales o herramientas inadecuadas para la implementación de monocultivos, globalización y forzamiento de la práctica para exportación así como la búsqueda de resultados económicos inmediatos (C Molina & Lozano, 2016). Dichas causas generan una agudización de los problemas socioeconómicos estructurales, pues cuando el suelo pierde su capacidad productiva, genera mayor pobreza en los sectores rurales, problemas de salud, desnutrición y mortandad, llegando incluso a contribuir con la aparición de guerras por la lucha de los recursos naturales que les permitan a las poblaciones sobrevivir (Huaico Malhue et al., 2018). Adicionalmente, las personas que dependen de las actividades de la tierra no tienen más remedio que migrar cuando el suelo ya no es productivo (Garay Romero & Cabero Diéguez, 2013). De hecho, en la actualidad se estima que para 2045 alrededor de 135 millones de personas podrían desplazarse por este fenómeno, en los escenarios más extremos la pobreza y el hambre se asientan y convierten en una causa y consecuencia de mayor degradación (Secretaría de las Naciones Unidas de la Convención de las Naciones Unidas para la lucha contra la Desertificación, citada por Huiaco BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 31 Malhue et al. (2018)). Sin contar que la aparición de la desertificación también contribuye a aumentar el cambio climático, al permitir el incremento en los valores del albedo terrestre y disminuyendo la tasa actual de evapotranspiración, modificando el equilibrio energético de la superficie de la tierra y la temperatura del aire contiguo, lo que a su vez añade polvo y dióxido de carbono a la atmósfera ((Schwarzenbach et al., 2010). Las cifras en Colombia frente al fenómeno de la desertificación son alarmantes. El 17% del territorio ya inició un proceso de desertificación y el 24% de tierra es susceptible a empezar este proceso. Los departamentos más afectados son los ubicados en la región caribe al norte del país, tales como Atlántico y la Guajira, con un 93, 3% y 87,5% de su superficie desertificada (MADS-IDEAM, 2012). Esta situación es preocupante, puesto que se convierte en un obstáculo para cumplir con las metas propuestas de cara a los objetivos de desarrollo del milenio. Es por lo anterior que buscar alternativas que permitan detener el avance de la degradación del suelo es necesario para contrarrestar su rápida degradación (MADS-IDEAM, 2012). 2.1.2. La percepción social como herramienta para la adopción de tecnologías como la biofertilización Partiendo de la problemática actualfrente al manejo del suelo y la contaminación generada por los agroquímicos que alcanzaron tanta popularidad desde los años 70, la biofertilización nace como una alternativa que puede garantizar el sostenimiento de los suelos, entendiéndolos como un agroecosistema. Sin embargo, la transición al uso de estas nuevas tecnologías depende del nivel de aceptación que tengan los agricultores, para adoptar nuevas prácticas y así, modificar el manejo del suelo que se ha dado convencionalmente. En este sentido, desde la agroecología existe una intención de transformación social que permitirá dar respuesta a la crisis ambiental, de los sistemas alimentarios, del modelo económico y de los procesos de producción (Altieri & Nicholls, 2000). En esta medida, se resalta como objetivo de la agroecología el desarrollo de paisajes agrarios funcionales, fomentando el desarrollo local, lo que conserva la heterogeneidad del medio rural a través de la acción colectiva (Altieri, 1995) BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 32 De hecho, el propósito fundamental de la agroecología es lograr sistemas productivos mínimamente dependientes de agroquímicos y subsidios de energía, capaces de funcionar con sus propios recursos, formando sinergias entre sus componentes biológicos, químicos, físicos, sociales y económicos, por lo que las características de cada lugar lo convierten en un agroecosistema único e irrepetible (Altieri, M. & Nicholls, 2000). Desde esa perspectiva, la participación social se convierte en un aspecto clave, para la apropiación de tecnologías innovadoras, pues como lo menciona Orozco et al. (2008), citado por Zagoya Martínez, (2015) la adopción de una nueva tecnología implica un cambio cognoscitivo como prerrequisito, y esto solo es posible si se consideran factores como: (i) cambio cognoscitivo, (ii) nivel de cosmopolitismo, (iii) contacto con instituciones, (iv) participación en proyectos externos, (v) contacto con distribuidores de insumos, (vi) edad, (vii) escolaridad, (viii) actitud hacia la innovación, (ix) exposición a medios de comunicación, (x) ingreso extrafina, (xi) nivel de vida, (xii) nivel de capacitación, (xiii) recursos disponibles, (xiv) relación con agentes de cambio, (xv) hectáreas cultivadas, (xvi) el ambiente agroclimático, (xvii) los años de vivir en una región, y (xviii) la relevancia de la tecnología a aplicar. Por lo que, incluir en el análisis de nuevas tecnologías, variables sociales, resulta un paso importante para reducir los obstáculos frente a su adopción (Cirilo et al., 2009). Al respecto, Arzipe (2006) menciona que, si se presentan procesos de innovación y adaptación, las nuevas tecnologías se apropian adecuadamente y por ende se cierra el ciclo. Sin embargo, lograrlo requiere importantes cambios, dado que la inserción de una nueva herramienta involucra un cambio de estructura local, actividades productivas, organizaciones sociales, y culturales, modificaciones en las maneras de administrar los recursos, lo cual genera un efecto en la comunidad que pueden propiciar el desarrollo humano y local, o por el contrario no beneficiar la adquisición de conocimiento y tecnología, por lo que se mantienen condiciones de pobreza y bajo nivel de desarrollo (Rigada, 2005). 2.1.3. Instrumentos de manejo del suelo con enfoque agroecológico: Partiendo de la preocupación por el cuidado del suelo, que es un recurso que presta multiplicidad de servicios ecosistémicos, se han desarrollado herramientas que han permitido darle un manejo sustentable, facilitando el desarrollo de actividades agrícolas (Montiel & Ibrahim, 2016). Estas alternativas BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 33 tienen lugar en el marco de las diferentes agriculturas que han evolucionado para dar respuesta a la necesidad de preservar el suelo, transformando las prácticas convencionales que han acelerado su degradación, promoviendo la acumulación de sustancias químicas toxicas. En este sentido, alternativas como el manejo de las dinámicas de nutrientes, el control del contenido de materia orgánica, los tipos de labranza aplicadas al suelo, la dinámica de arvenses, el uso de preparados trofobióticos, la implementación de sistemas de riego, el manejo de cultivos asociados, así como el manejo integrado de plagas y enfermedades a través de métodos biológicos, son estrategias que cada vez cobran mayor fuerza en el sector agrícola (León-Sicard, 2012). Teniendo en cuenta lo mencionado por Martín y Cubilla (2014) la aplicación de técnicas agroecológicas favorece la recuperación de las propiedades biológicas, químicas y físicas del suelo, las cuales son fundamentales para mantener el equilibrio de los agroecosistemas. Esto es importante pues de la calidad del suelo también depende la rentabilidad y el rendimiento de los cultivos, que a largo plazo favorece la producción de alimentos sin exceder la capacidad de carga de los sistemas agrícolas (Martínez-Viera, R., Dibut, B. y Ríos, 2010). A continuación, se describe brevemente cada uno de los métodos encontrados, según la revisión realizada: El manejo integrado de nutrientes (MIN) o manejo de la dinámica de nutrientes (MDN), es una técnica de control del balance químico del suelo, que busca dar respuesta a los desequilibrios provocados por la adición excesiva de fertilizantes químicos al suelo (Perales et al., 2009). Como lo mencionan Buresh et al. (2019) el cálculo de los nutrientes en actividades agrícolas es fundamental para obtener buenos rendimientos y bajos costos de manejo por adición de fertilizantes, que resulta en acumulaciones excesivas de nitrógeno y fósforo, los cuales acidifican el suelo, pero además generan otro tipo de fenómenos, como la eutroficación, gracias a la escorrentía e infiltración de agua cargada de dichos elementos y la pérdida de biodiversidad (Chimpomho et al. 2020). La materia orgánica es esencial, se puede afirmar en palabras de Ball et al. (2020) que es la parte viva del suelo. Ésta a través de sus procesos de descomposición favorece la formación del humus y ácidos húmicos importantes porque ponen a disposición minerales y compuestos químicos BIOFERTILIZACIÓN Y AGROECOSISTEMAS DE PAPA CRIOLLA 34 fundamentales en los procesos metabólicos de otros organismos y del suelo mismo. Tal como lo indican Furlana et al. (2020) la presencia de materia orgánica en el suelo promueve la mejora de sus propiedades físicas como textura, porosidad, infiltración de agua, biológicas, al permitir la llegada de diferentes organismos; y químicas al contribuir con la formación de minerales que incrementan la fertilidad de estos (Boone, et al. 2020). De hecho, la presencia de materia orgánica y el manejo vivo del suelo son variables para tener en consideración cuando se habla del manejo sustentable del suelo, debido a que son cruciales en los procesos biogeoquímicos, lo que deriva en el desarrollo de suelos con alta calidad, salud y balance de nutrientes (Estrada-Herrera et al., 2017; Galantini & Vazquez, 2018). En lo que se refiere al tipo de labranza, existen numerosas investigaciones que relacionan la labranza convencional y mecanizada con la pérdida de biodiversidad, erosión del suelo y pérdida de porosidad, lo que se traduce en una pérdida del sistema suelo, que genera una disminución en su productividad, como consecuencia de su sobre explotación (Hall et al., 2020; Rasche et al., 2017; Rodenburg et al., 2020). En ese sentido, un manejo sustentable del suelo implica realizar un análisis para determinar cuál puede ser la mejor técnica de labranza a utilizar, para reducir al máximo la compactación y pérdida de suelo (Gómez-Calderón et al., 2018). Lietti et al. (2008) indican que implementar labranza cero en cultivos como el maíz y la soja contribuye a aumentar la presencia de artrópodos en el suelo, sobre todo aquellos de hábitos detritívoros, mejorando la calidad del suelo. Navarro
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