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XXI Congreso Aapresid 2013

Inoculantes y sustentabilidad

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Para alcanzar las necesidades del crecimiento en la población mundial, hoy es necesario de acelerar el crecimiento económico. Durante el último siglo, las mejoras en producción agrícola mundial contribuyeron en muchos países a salir de la pobreza, retirar la amenaza de hambrunas y proveer una plataforma para el crecimiento económico rural y urbano. Entre 1961 y 2007, la producción agrícola mundial casi se triplicó (Petty et al. 2011). Sin embargo, las prácticas agrícolas durante la producción de cultivos, procesado de alimentos, y el mercadeo de productos generan gases de efecto invernadero (greenhouse gasses, GHG) que contribuyen al cambio climático global (Gan et al. 2011). Una gran proporción de la emisión desde las prácticas agropecuarias es el óxido nitroso (N2O) (Janzen et al. 2006), un gas con aproximadamente 300 veces mayor potencial de calentamiento global que el CO2 (Forster et al. 2007). Hay una creciente aceptación que las ganancias en producción tienen que lograrse utilizando métodos sustentables de producción para que su impacto sobre la naturaleza sea reducido. La intensificación agrícola, entre otras definiciones, es producir más a partir de la misma superficie de tierra reduciendo impactos negativos al ambiente y al mismo tiempo incrementando las contribuciones al capital natural y el flujo de servicios medioambientales (Petty et al. 2011).

Los productores también conocen que hay un interés creciente de los consumidores en producción sustentable y los efectos que esta puede tener en el comercio de productos agrícolas. Por ejemplo, “Pulse Canada” (una agrupación de productores canadienses delegumbres) considera que la industria agrícola canadiense necesita desarrollar planes para responder a las demandas de sustentabilidad. “Los consumidores son cada vez más curiosos en cómo sus alimentos son producidos. Quieren conocer como se está produciendo en una forma sustentable. Esto ha llevado a las compañías productoras de alimentos a comprender y comunicar más detalles sobre sus cadenas de abastecimiento” (Denis Tremorin, director de sustentabilidad con legumbres en Western Producer 2012). 

Los inoculantes, al mejorar la fertilidad biológica y los rendimientos pueden utilizarse para incrementar la sustentabilidad de la producción agrícola. Estos contienen microorganismos que aportan a mejorar los rendimientos o ayudan a los cultivos a capturar nutrientes, por ejemplo nitrógeno y fosforo. Estos productos, inoculantes o también conocidos como fertilizantes biológicos, incluyen rizobios y otros organismos que aportan fijación biológica de nitrógeno (FBN), inoculantes fosfatados u otros y en general microorganismos mejoradores del rendimiento. Los biofertilizantes que incluyen Rhizobium, Azotobacter, Azosprillum, algas verde-azuladas (blue green algae, BGA), azolla, microorganismos solubilizadores de fosfatos, y micorrizas versículo arbusculares (vescicular arbuscular mycorrhyza, VAM) forman parte de un importante componente en sistemas de manejo de nutrientes (Prasad, 2009).

Son numerosos los productos comerciales disponibles mundialmente que contienen rizobacterias promotoras del crecimiento de las plantas, en particular Azospirillum spp., que también tienen capacidad de fijación de nitrógeno, además de mejorar el crecimiento de las raíces y la nutrición integral de las plantas. La mayoría de estos microbios muestran variados mecanismos, además de la FBN, que globalmente contribuyen a la mejora en los crecimientos y en la nutrición mineral de las plantas (ej. producción de fitohormonas, solubilización de fósforo, etc.). Está ampliamente observado que la inoculación con Azospirillum spp. en diferentes cultivos reduce necesidades de nitrógeno (Olivares et al. 2013). Uno de los productos comerciales con microorganismos mejoradores del crecimiento de las plantas, JumpStart (disponible en el Mercado de Canadá desde 1990 y actualmente también en muchos otros países), es un inoculante que contiene un hongo de suelos (Penicillium bilaiae) que cuando es aplicado a los cultivos el hongo mejora la disponibilidad de fosfatos que de otra manera serían de difícil captación por las plantas durante el crecimiento de los cultivos. El hongo libera ácidos orgánicos en el suelo alrededor de las raíces. Los ácidos debilitan las uniones entre los fosfatos y diferentes iones en el suelo que de otra manera harían inaccesible el fosforo (en forma de fosfatos) mejorando la eficienciade su uso. Esto conduce a mejorar la captación del fósforo y lograr plantas más fuertes y con mayores rendimientos. 

La actividad de estos inoculantes puede mejorarse al incrementarse los conocimientos sobre estas interacciones que ocurren en la rizosfera de los cultivos. Mejorar la actividad de los inoculantes es posible y las oportunidades del manejo de la rizosfera se han incrementado con el descubrimiento y conocimiento de moléculas bioactivas.

La investigación ha mostrado que los flavonoides, producidos en cantidades mínimas por las legumbres, están involucrados en la inducción de la nodulación. Genisteína, un flavonoide producido por soja, activa genes nod en Bradyrhizobium japonicum, iniciando el proceso de nodulación en la planta (Zhang y Smith 1997). Este descubrimiento condujo a la formulación de inoculantes para soja con el agregado de genisteína para mejorar la nodulación temprana en suelos frios (Leibovitch et al. 2001). Los lipoquito-oligosacaridos (LipoChit-ligosaccharides, LCO) producidos por Bradyrhizobium japonicum son la respuesta a la señal molecular de la planta hospedante y actúa como reguladores del crecimiento de la planta (Miransari y Smith 2009). Esta información se utilizó para desarrollar la tecnología Optimize, productos para el tratamiento de semillas conteniendo un inoculante con rizobios y lipoquito-oligosacaridos (LCO) promotores del crecimiento de raíces y de la nodulación. Estos dos ingredientes activos combinados estimulan el sistema de raíces, incluyendo procesos de desarrollo de nódulos, y así mejora la captación de agua y nutrientes y de fijación de nitrógeno logrando incrementar los rendimientos.El uso de inoculantes microbianos permite a los productores producir más con menos. Estos incrementos de rendimientos se observan aún condiciones de insuficiente uso de fertilizantes u otros insumos en los cultivos.

El uso de energía para la producción de inoculantes es generalmente bajo cuando en los procesos químicos, por ejemplo el de Haber-Bosch empleado para la fijación industrial de N2, son intensas las demandas de energía. Los inoculantes mejoradores de la FBN son muy importantes para el desarrollo de sistemas agrícolas sustentables. Las proyecciones de la cantidad de nitrógeno requerida por la agricultura son crecientes pudiendo conducir a generar condiciones de contaminación ambiental. En este escenario en algunos casos, los inoculantes con rizobios pueden contribuir a atenuar estos riesgos al complementar la aplicación de fertilizantes nitrogenados. Por ejemplo, al introducir cultivos de legumbres en algunas secuencias de cultivos (Gan et al. 2011).

Mientras el público en general y los productores están acelerando el desarrollo y la adopción de mediciones efectivas para reducir emisiones de gases de efecto invernadero (GHG) desde las actividades agrícolas y sectores asociados, la información cuantitativa no está disponible para determinar cuáles son las estrategias y prácticas que deberían adoptarse para reducir emisiones desde la agricultura (Gan et al. 2011).

Todo las acciones que tomamos en los lotes de producción influye sobre el medioambiente, y, recíprocamente, cambios en el medioambiente afecta aquello que sucede en los lotes (Janzen, 2006). El análisis de los ciclos de vida (Life Cycle Assessment, LCA) de productos y de prácticas agrícolas pueden aportar a esta documentación y es una herramienta de manejo ambiental, que se utiliza para analizar los impactos de productos y sistemas en todo el proceso durante la cadena de producción y utilización (por ejemplo desde la extracción desde insumos sin refinar a través de la producción y su disponibilidad final, “desde los materiales hasta la tranquera”). Los estudios de LCA son conducidos y verificados por terceros de acuerdo a normas ISO 14040 y a la vez sus resultados publicados en diversas revistas periódicas. Las normas ISO 14040 son un estándar que comprende a los LCA asegurando la calidad de los estudios. En acuerdo con los estándares de evaluación se establecen estrictos procesos de revisión conducidos por expertos externos en forma individual o en paneles con múltiples expertos. 

Generalmente, los estudios de LCA en agricultura contemplan cinco indicadores ambientales:

Efecto Invernadero (riesgos sobre el calentamiento global) que es causado por varios compuestos gaseosos tales como CO2, CH4 (metano) y N2O que cuando están presentes en la atmosfera absorben la luz infrarroja y atrapan la radiación calórica emitida desde la tierra. Entre las posibles consecuencias del calentamiento global se encuentran los aumentos en los niveles del mar y reduciendo el área con tierras habitables y productivas, el ingreso de sales en los reservorios de agua, incrementos en riesgos de sequias, inundaciones, erosión de suelos y tormentas.

Acidificación (formación de lluvias ácidas) del medioambiente por la emisión de ácidos y compuestos que son convertidos en ácidos en el ambiente tal como SO2, NOx, y NH3. Entre las consecuencias de la acidificación se encuentran la degradación de algunos materiales tales como los metales, la caliza y el cemento, y el daño a arboles y a la actividad biótica en lagos y en ríos.

“Smog” (formación fotoquímica de ozono) causada por emisiones atmosféricas de óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles (conocidos por ejemplo por su olor a combustibles o a pinturas). El ozono es muy importante unos 10 km por sobre la tierra por su efecto de protección contra luz UV del sol pero no se quiere su acumulación cerca de la superficie de la tierra por su alta reactividad. Las consecuencias del “smog”  fotoquímico son daños a la salud humana, degradación de muchos materiales y reducción de rendimientos de cultivos agrícolas. Este tipo de “smog” lo vemos frecuentemente con las neblinas rojo-amarronadas sobre muchas ciudades.

Enriquecimiento en nutrientes (florecimiento de algas), como el nitrógeno y el fosforo, que son requeridos en tierras agrícolas por que permiten un mayor crecimiento de las plantas y contribuyen a incrementar los rendimientos.
Pero, tienen efectos adversos en lagos, ríos, y zonas costeras porque conducen a un crecimiento descontrolado y fuera de lo normal de algas (“algae bloom”).

Uso de la tierra, produciendo más sobre la misma tierra puede conducir a reducir las necesidades de convertir tierras ecológicamente importantes tales como los bosques en tierra agrícola.

Novozymes está utilizando estudios de LCA para analizar y documentar los beneficios ambientales de sus productos agrícolas. Los procesos de producción con y sin la aplicación los inoculantes es documentada y los ahorros en los insumos que ocurren como resultado del uso del producto y los insumos adicionales que se requieren para la producción del inoculante y su uso documentada (Figura 1).

Figura 1: Ejemplo de ahorros y usos diferenciales de insumos para la producción de maíz en USA con la aplicación del tratamiento JumpStart.

Los análisis preliminares realizados por Novozymes muestran que el uso de inoculantes para la producción de cultivos resulta normalmente en reducción de los GHGs y en otras sustancias contaminantes. Por ejemplo, el incremento de rendimientos alcanzable con la aplicación de JumpStart también contribuye a ventajas medioambientales. Reduce la huella de carbono de cultivos, por ejemplo por menores requerimientos equivalentes de fertilizantes y de energía por unidad producida y así más carbón es incorporado en el suelo por los aumentos del crecimiento de cultivos incluyendo las raíces. Los incrementos en rendimiento también “libera” tierra y reduce los escurrimientos de nutrientes porque son más los nutrientes que son capturados por los cultivos. Otros análisis independientes sustentan estas observaciones. Por ejemplo, Gan et al. (2011), sostiene que las estrategias y prácticas de utilizar las simbiosis con las plantas para mejorar la eficiencia de uso de los nutrientes es críticamente importante para reducir las huellas de carbono en agricultura. Ellos usaron como ejemplo la combinación de JumpStart, el inoculante conteniendo el hongo solubizilizador de fosfatos (Penicillum bilaiae), junto con hongos micorriticos mostrando mejoras en el estado sanitario de las plantas, aumentos en la recuperación de plantas ante condiciones de estrés abiótico e incrementos en los rendimientos de canola y de trigo de entre 7 y 30 % (Gianinazzi y Vosátka 2004; Miransari y Smith 2009; Paradis et al. 1995; Zhang y Smith 1997). Estos autores tomaron una aproximación conservadora, utilizando las menores mejoras en productividad de los estudios considerados estimando una reducción en hasta 13 % en la huella de carbono en producción de canola y de trigo con la aplicación de la combinación de hongos micorriticos y solubilizadores de fosfatos (Gan et al. 2011).

El valor absoluto de las huellas de carbón estimadas pueden cambiar dependiendo de la productividad y los sistemas de producción de los cultivos junto con los insumos asociados a estos, especialmente las dosis de fertilización nitrogenada y las prácticas agrícolas, labranzas y manejo de residuos (Gan et al. 2011). La contribución del uso de inoculantes en los sistemas de producción será diferente entre regiones. En un estudio preliminar de LCA realizado en relación al uso del inoculante Nitragin Optimize en cultivos de soja en Argentina se observó que sus efectos sobre las emisiones son unas tres veces mejores que lo observado para sistemas de producción en USA utilizando el mismo producto y reflejando los mejores aumentos de producción registrados al aplicarse este inoculante en Argentina.

En los estudios de LCA es importante asegurar disponer de suficiente cantidad de datos de calidad que contribuya a elaborar conclusiones sensatas. Dado que la eficacia de los inoculantes puede variar entre años y entre regiones y es importante asegurar disponer de abundantes datos de diferentes años y regiones para los resultados del estudio sean creíbles. En Novozymes, los estudios preliminares del análisis de Optimize en soja se realizaron sobre estudios de 298 comparaciones independientes realizadas durante 5 años en USA y otra cantidad equivalente de casos y de campañas en Argentina. Así, los datos procesados contribuyen a lograr una creíble estimación de las mejoras promedio en los rendimientos que se observan en estas regiones. Se utilizan múltiples procedimientos estadísticos para describir la variabilidad de los datos y los resultados incluyen apreciaciones del desvío estándar o limites 95 % de confianza. Se requieren prácticas agronómicas mejoradas para aportar alta calidad y suficiente cantidad de alimentos junto con minimizar posibles impactos negativos durante su producción (Gan et al. 2012). Nosotros podemos continuar mejorando muestra capacidad de mejorar la sustentabilidad de los sistemas de producción agrícola. Tenemos que incrementar nuestra comprensión de las relaciones en la rizosfera y en el complejo de interacciones entre las plantas, el medio físico y las poblaciones microbianas.

Una amplia adopción de legumbres, sustentadas con un mejoramiento coordinado de legumbres y de inoculantes son aproximaciones disponibles, como lo son los biofertilizantes basados en microbios, principalmente rizosfericos y bacterias endofíticas, que contribuyen a aumentar la eficiencia de uso de algunos fertilizantes en cultivos de importancia como los cereales (Olivares et al. 2013). Considerando el potencial de la FBN para limitar los riesgos de los excesos de aplicaciones nitrogenadas sobre ambiente son abundantes las acciones que se pueden considerar para mejorar el aprovechamiento y contribución de estos procesos biológicos: i) el uso optimo de sistemas conocidos de fijación de nitrógeno, ii) desarrollar nuevas asociaciones entre plantas y microbios y iii) transferir la capacidad de fijación de nitrógeno a organismos no fijadores. La nodulación con los mejores rizobios fijadores de nitrógeno debe lograrse para maximizar la FBN de las legumbres. Por lo tanto, en suelos con limitada presencia de rizobios compatibles la inoculación con cepas elite es indispensable para mejorar la eficiencia de FBN y sustentar un mejor crecimiento de las leguminosas (Olivares et al 2013).


Referencias

  1. Gan Y., Liang C., Huang G., Malhi S.S., Stewart A. Brandt, S.A., y Katepa-Mupondwa, F. 2012. Carbon footprint of canola and mustard is a function of the rate of N fertilizer. Int J Life Cycle Assessment 17: 58-68. 
  2. Gan Y., Chang Liang,C., Hamel C., Cutforth H., y Hong Wang, H. 2011. Strategies for reducing the carbon footprint of field crops for semiarid areas. A review Agronomy Sust. Developm. 31:643–656. 
  3. Janzen, H. H., Angers, D. A., Boehm, M., Bolinder, M. Desjardins, R. L., Dyer, J. A., Ellert, B. H., Gibb, D. J., Gregorich, E. G., Helgason, B. L., Lemke, R.,Massé, D., McGinn, S. M., McAllister, T. A., Newlands, N., Pattey, E., Rochette, P., Smith, W., VandenBygaart, A. J. y Wang H. 2006. A proposed approach to estimate and reduce net greenhouse gas emissions from whole farms. Can. J. Soil Sci. 86: 401–418. 
  4. Olivares, J., Bedmar,E.J., y Sanjuán J. 2013. Biological Nitrogen Fixation in the Context of Global Change MPMI Vol. 26, No. 5, 2013, pp. 486–494. 
  5. Prasad R. 2009. Efficient fertilizer use: The key to food security and better environment. J Trop Agric Food Sci 47:1–17. 
  6. Pretty, J., Toulmin C., y Williams S. 2011. Sustainable intensification in African agriculture International Journal of Agricultural Sustainability, 9:1, 5-24.
 
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