Biofertilización para la Sostenibilidad

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2潞 Festival Cultural Provincia Zoque

La biofertilizaci贸n para la sostenibilidad de las actividades agropecuarias

JF Aguirre Medina

A Mendoza L贸pez

30 de Octubre de 2012

www.inifap.gob.mx


Situación actual A finales del siglo XX se acentúa la crisis ambiental y la crisis energética mundial (Mulder et al. 1977; Lambert, 1992). La contaminación y la destrucción de los recursos naturales inducen pérdida de biodiversidad, de suelo, agua y generan una crisis en la producción de alimentos (Burdman et al 2000; Lynch 1990). Las comunidades naturales han sido modificadas con el fin de lograr una mayor productividad (Read, 1998) .


Situación actual En la agricultura nacional se iniciaron las aplicaciones de fertilizantes químicos sintéticos a la mitad del siglo XX, así mismo se inició la utilización de los biofertilizantes. En este caso, a finales del siglo pasado se redujo la disponibilidad de los productos microbiológicos, especialmente a base de Rhizobium, hasta desaparecer. Las aplicaciones de fertilizantes nitrogenados ocasionan la disminución de la diversidad genética de rizobios en nódulos de frijol (Caballero-Mellado y Martínez, 1999). En la actualidad, los altos costos de agroquímicos han generado reducción importante de los fertilizantes químicos por la agricultura y se ha puesto mucha atención a los Recursos microbiológicos del suelo como alternativas para nutrir a los cultivos.


Situación actual Los sistemas de producción agrícola enfrentan el problema de lograr una producción sostenida sin degradar los recursos naturales Las investigaciones se han incrementado rápidamente con los microorganismos benéficos de la rizosfera que inducen el desarrollo vegetal. Preferencias de la población por el consumo de productos Orgánicos Políticas ambientalistas que favorecen el desarrollo de actividades agropecuarias con enfoque de sostenibilidad


Situación actual LOS BIOFERTILIZANTES y LA SOSTENIBILIDAD El desarrollo sostenible es el que cubre las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades (World Commission on Environment and Development, 1987) Los biofertilizantes cumplen esta función porque se utilizan microorganismos presentes en los suelos y sus productos de la fermentación, además de sustratos diferentes a los utilizados para la producción de los fertilizantes químicos sintéticos


Antecedentes

La utilizaciĂłn de los microorganismos en las actividades agrĂ­colas se remontan a la edad media, en la Roma antigua, pero su desarrollo y progreso aumentaron con el invento del microscopio y las tĂŠcnicas microbianas (Freire, 1975) .


Antecedentes

Se conocía que las leguminosas fertilizan el suelo y se demuestra que es mediante la fijación del nitrógeno atmosférico (Boussingault, 1838), se identifica que la formación de nódulos es por microorganismos (Lachmann, 1858 y Voronin, 1866) y se logra aislar Rhizobium (Beijerinck, 1866)


Antecedentes El primer periodo importante en el desarrollo de la microbiología fue de 1891-1910. En 1913 Fritz Haber (1868-1934) descubre un proceso para síntesis de amoniaco por combinación directa del nitrógeno y el hidrógeno y en 1930 Carl Bosch (1874-1940) lo adaptó en forma comercial. El proceso actual se conoce como Haber-Bosch El microorganismo mas estudiado ha sido Rhizobium


Antecedentes El proceso industrial utiliza energía no renovable y los microbios realizan el mismo proceso con la energía de la fotosíntesis.

Metano ó 2000 Atm. Gas nitrogenado + Petróleo + Energía NH3 ó carbón 400 ºC El rompimiento de la molécula de nitrógeno (N2) requiere de un donador de hidrógeno (cualquiera de los tres).


Situaci贸n actual

Cuando las bacterias, hongos, actinomicetos son usadas en la agricultura comercial tienen diferentes denominaciones, como inoculantes (Vincent, 1970), inoculantes microbianos (Okon et al., 1998), Fertilizantes microbianos (Dommergues, 1978) y 煤ltimamente biofertilizantes o Biofertilizantes microbianos para separarlos de las compostas.


SituaciĂłn actual TambiĂŠn algunos grupos de productos comerciales que contienen bacterias como Azospirillum se denominan fitoestimulantes y si realizan control de patogenos biopesticidas como Pseudomonas (Okon et al., 1998). Diversos grupos de microorganismos del suelo pertenecientes a los gĂŠneros Azotobacter, Azospirillum, Azoarcus, Klebsiella, Bacillus, Pseudomonas, Arthrobacter, Enterobacter, Burkholderias, Serratia y Rhizobium son considerados OPCV (Burdman et al., 2000), Micorriza, Frankia, Azolla.


Mecanismos de acción Los mecanismos por los cuales los microorganismos promueven el crecimiento vegetal puede involucrar uno o más procesos, como la fijación biológica del nitrógeno, la producción de reguladores del crecimiento, la producción de antibióticos, producción de sideroforos, competencia en la rizosfera, inducción de resistencia sistémica a las plantas (Kapulnik y Okon, 2002).


Biofertilizante Los microorganismos benéficos del suelo son muy diversos y asimismo sus funciones. La diversidad de efectos y su inducción en el desarrollo de las plantas establecen el concepto de biofertilizante. Productos que contienen células vivas o latentes de microorganismos eficientes en la fijacion del nitrógeno, la solubilización de fósforo y /o la producción de sustancias activas que se aplican a la semillas ó al suelo con el fin de incrementar el número y que se asocian directa ó indirectamente al sistema radical de las plantas y modifican el desarrollo y la función de las raíces y favorecen las cantidades de nutrientes asimilables por las plantas y su desarrollo vegetal y reproductivo.


Formas de aplicaci贸n

A LA SEMILLA

Sistemas de riego

AL SUELO


Presentaciones

Cultivos en un medio de agar.

A base de turba (Son los más usados por mayor Sobrevivencia de Células en el envase o la semilla)

Líquidos o en caldos

Liofilizados

Concentrados congelados

Cultivos en Vehículos de Aceite.


Biofertilizante Inducción Tecnológica de los Biofertilizantes en México a partir de 1999

Azospirillum

Rhizobium y Bradyrhizobium

Micorriza-arbuscular La producción del Biofertilizante se realiza mediante la Fundación Mexicana para la Investigación Agropecuaria y Forestal AC la distribución a los productores a través del Programa Alianza para el Campo de SAGAR


Experiencias RESUMEN DE HECTAREAS BIOFERTILIZADAS CICLO AGRICOLA

Miles ha

Miles Dosis

PV 99

577,652

753,191

OI 99/00

411,000

893,764

PV 2000

893,611

1,723 485

Total

1 882 263

3 370 440


Resultados en frijol As i gn a ci ó ndema t er i as ec ae ndo sc u lt i va r esdefr i jo li n oc u la d osco nu n oo va r io sm i cr o or g an i sm o s.

Bay oMa de ro

Trat ami ent o

Lámina foliar*

Raíz

Tallo

Pin toV il la Lámina foliar

Raíz

Tallo

-------------------------------------(g.g-1)-------------------

Rhizobiumetli

0.78ab

0.82b

0.50b

0.66b

1.00a

0.53b

Azospirillumbrasilense

0.71bc

0.98a

0.36c

0.59c

0.90b

0.37d

Glomusintraradices

0.80a

0.70bc

0.48b

0.58c

0.70de

0.43c

Testigo

0.54e

0.63cd

0.36c

0.40d

0.87bc

0.30e

R.etli+G.intraradices

0.76ab

0.60cd

0.68a

0.75a

0.55f

0.66a

A.brasilense+G.intraradices

0.64cd

0.56d

0.48b

0.58c

0.66ef

0.39d

A.brasilense+R.etli

0.60de

0.70bc

0.52b

0.59c

0.68ef

0.33e

A.brasilense+G.intraradices+R. etli

0.72bc

0.62cd

0.69a

0.64b

0.78cd

0.37d

C.V.(%)

5.02

6.93

7.54

3.0

5.61

3.01


Relación raíz/vástago en dos cultivares de frijol inoculados con uno o varios microorganismos. Tr ata mie nto

Relaci ónraíz/vás ta g o(g.g-1) Ba y oM ad e ro

Pi n toVi l la

Rhizobiumetli

0. 7 9

1. 0 2

Azospirillumbrasilense

0. 9 9

1. 0 0

Glomusintraradices

0. 7 8

0. 8 7

Testi g o

0. 6 8

0. 8 9

R.etli+G.intraradices

0. 7 8

0. 5 5

A.brasilense+G.intraradices

1. 0 3

0. 8 2

A.brasilense+R.etli

0. 9 6

1. 2 8

A.brasilense+G.intraradices+R.etli

0. 7 0

1. 6 4


m infección de Porcentaje

90 Colonización total

75

60 Vesículas

45 Arbúsculos

30

15

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Edaddel apl ant a( días)

Di námi cadel acol oni zaci ónmi cor r ízi caenl ar aízdelf r i j ol Phaseol usvul gar i sL.eni nver nader o.


2.planta -1 foliar ) (cm

Area

6

Planta micorrizada Testigo

5

4

3

2 30 kg P O 2 5 60 kg P O 2 5

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 80 100

10 80 100

Edad de la planta (d铆as) A r e a fo lia r p o r p la n t a e n frijo l P h a s e o lu s v u lg a r is c v . M ic h o a c 谩 n 1 2 - A - 3 c o n i n o c u l a c i 贸 n d e m ic o r r i z a - a r b u s c u l a r y / o f 贸 s f o r o .


0.40

Planta micorrizada Testigo

Grano

30 kg P O 2 5 60 kg P O 2 5

Grano

0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 Vástago

0.05

Vástago

10 20 30 40 50 60 70 80 90 90 100100

10 80 100

10 80 100

Edad de la planta (días) Contenido de fósforo en el frijol Phaseolus vulgaris L. cv. Michoacán 12-A-3 con y sin inoculación de micorriza-arbuscular y dos dosis de fósforo en invernadero.


Resultados de validación en variedades de Maíz

5000

kg.ha -1

4000

3000

2000

A+G

G. intraradices

A. brasilense

CIRGOC 3 parcelas

Testigo

A+G

G. intraradices

A. brasilense

CIRPAS 10 parcelas

Testigo

A+G

G. intraradices

A. brasilense

Testigo

CIRSE 20 parcelas

A+G

G. intraradices

A. brasilense

CIRCE 10 parcelas

Testigo

A+G

G. intraradices

Testigo

A. brasilense

1000

CIRNE 10 parcelas

Producción de grano de maiz en diferentes regiones de México. Los materiales son variedades comerciales y algunos criollos en Pacífico Sur. La línea vertical indica ± el error estándar. Ciclo agrícola Pv 1999.


Resultados de validación de maíces criollos

2000

-1

Kg.ha

1500

1000

G. intraradices

Rendimiento promedio 1932 kg.

A. brasilense

Rendimiento promedio 1912 kg.

Testigo

Rendimiento promedio 1895 kg.

Rendimiento promedio 1529 kg.

500

A. brasilense + G. intraradices

Rendimiento medio de maíces criollos biofertilizados durante el temporal PV 1999 en diferentes regiones De México Los valores son promedios de 24 parcelas de validación ± el error estándar .


Resultados de validación de maíces híbridos 7000

Kg.ha

-1

6000 5000 4000 3000

G. intraradices +140-60-00

Rendimiento promedio 4624 kg

Rendimiento promedio

A. brasilense + 140-60-00

4683 kg

Testigo fertilizado 140-60-00

Rendimiento promedio 5739 kg

4559 kg

1000

Rendimiento promedio

2000

A. brasilense + G. intraradices +140-60-00

Producción del maíz H-40 biofertilizado en los estados de Puebla, Tlaxcala y México. Los Valores son promedios de cuatro parcelas ± el error estándar.


Resultados de validación de maíces híbridos

7000

Kg.ha

-1

6000 5000 4000 3000

Rend. promedio

G. intraradices +150 de N

6989 kg

Rend. promedio

A. brasilense +150 de N

6497 kg

Testigo fertilizado 150 de N

Rend. promedio 6611 kg

5787 kg

1000

Rend. promedio

2000

A. brasilense +G. intraradices +150 de N

Rendimiento del maíz H-515 biofertilizado en los estados de Chiapas y Guerrero. Los valores son promedios De siete parcelas ± el error estándar.


Resultados de validación en sorgo

2500

Kg.ha

-1

2000

1500

Azospirillum brasilense + Glomus intraradices prom. 1863 kg.

Testigo 1346 kg.

OI 99-200

Azospirillum brasilense + Glomus intraradices prom. 2423 kg.

Glomus intraradices prom. 2353 kg

Testigo 1937 kg.

prom. 2182 kg

500

Azospirillum brasilense

1000

PV 2000

Rendimiento de sorgo en 14 parcelas de validación con biofertilizantes en el CIRNE durante el ciclo agrícola OI 1999-2000. Se utilizaron diferentes variedades y la línea vertical indica ± el error estándar.


1200

Rendimiento (Kg/ha)

1000 800 Testigo

600

Azospirillum Micorriza

400

Azo+Mico

200 0

Sorgo en La Patria, Rio Bravo Tmps


3000

Kg.ha

-1

4000

2000

A. brasilense

120-90-00 en Michoacán y Jalisco. Saturno, Arandas y Romoga

Testigo

Azospirillum brasilense

110-50-00 en Puebla y México. Pavón, Salamanca y Romoga

Testigo

Azospirillum brasilense + Glomus intraradices

Glomus intraradices

Testigo

Azospirillum brasilense

1000

80-60-00 en Oaxaca Temporalera y Bacanora

Rendimiento de grano de trigo en parcelas biofertilizadas diversas regiones de México y con diferentes variedades y niveles de fertilidad. La línea vertical indica ± error estándar.


4000

3000 2500 2000

Azospirillum brasilense + Glomus intraradices prom. 3625 kg.

Fertilizante

prom. 3000 kg.

Sin fertilizante químico

2900kg.

Testigo 1666 kg.

500

Testigo Fertilizado

1000

Azospirillum brasilense prom. 2321 kg.

1500

Glomus intraradices + fertilizante prom. 3000 kg.

Azospirillum brasilense +

Kg.ha

-1

3500

Con 110-50-00

Rendimiento de la var. esmeralda de cebada en seis parcelas de validación con biofertilizantes en Tlaxacala, Hidalgo y México durante el ciclo agrícola PV 1999. La línea vertical indica ± el error estándar.


CULTIVOS PERENNES: Experiencias en Chiapas cacao, cafeto, mango y chayote


Experiencias en perennes tropicales

Theobroma cacao L.


a a

24 a

ab

22

Testigo Azospirillum Glomus Glomus

+

Azospirillum

abc

20

a

18 a

c ab

16

a

bc

bc

14

12 c

c

10

8

6

4

2

Tratado Sin tratar 30 DDS

Tratado Sin tratar 60 DDS

Tratado

Sin tratar

90 DDS

Tratado

Sin tratar

120 DDS

DĂ­as posteriores a la siembra

Tratado

Sin tratar

150 DDS

Tratado

Sin tratar

180 DDS


Suelo no tratado

1.0

Testigo Azospirillum

Suelo tratado

% de Calcio

0.8

0.6

0.4

0.2

30

60

90

120

150

180

30

60

90

120

DĂ­as despuĂŠs de la siembra

150 180


Testigo

Suelo no tratado

Suelo tratado

Azospirillum

2.5

% de nitrógeno

2.0

1.5

1.0

0.5

30

60

90

120

150

180

30

Días después de la siembra

60

90

120

150

180


Testigo Azospirillum

Suelo no tratado

0.35

Suelo tratado

% de fósforo

0.30

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

30

60

90

120

150

180

30

60

Días después de la siembra

90

120

150

180


Coffea canephora P.


1. Asociación simbiótica entre Glomus intraradices y embriones somáticos de café Coffea canephora INIFAP 95-9, a los 70 días después de la siembra. VARIABLES DE RESPUESTA Supervivencia (%)

Embriones con emisión de hojas verdaderas (%)

Enraizamiento *(%)

Long. Embrión *(mm)

Long. Raíz *(mm)

60 ±0.502**

10 ±0.307

80 ±0.447

15.4 ±2.50

7.2 ±5.26

50 ±0.512

10 ±0.307

80 ±0.447

18.0 ±2.12

11.2 ±7.04

15 ±0.366

0

80 ±0.447

16.6 ±1.67

10.4 ±7.12

40 ±0.502

5 ±0.223

40 ±0.547

16.6 ±1.51

6.0 ±8.21

80 ±0.410

35 ±0.489

100 ±0

17.6 ±1.67

16.6 ±3.43

30 ±0.470

5 ±0.223

80 ±0.447

16.4 ±1.14

11.0 ±5.04

45 ±0.510

0

100 ±0

18.4 ±0.54

15.6 ±3.50

55 ±0.510

0

100 ±0

17.6 ±1.81

14.2 ±3.34

50 ±0.512

0

80 ±0.447

16.4 ±1.34

10.8 ±6.22

5 ±0.223

0

100 ±0.547

10.2 ±9.31

10.2 ±9.54

TRATAMIENTO

Fibra de coco, sin micorriza y 100% medio MurashigueSkoog. Fibra de coco, con micorriza depositada en hoyo de siembra Fibra de coco, con micorriza impregnada al embrión Turba sin neutralizar y sin micorriza Turba sin neutralizar y con micorriza depositada en hoyo de siembra Turba sin neutralizar y con micorriza impregnada al embrión Turba neutralizada y sin micorriza Turba neutralizada y con micorriza depositada en hoyo de siembra Turba neutralizada y con micorriza impregnada al embrión (TN-Mi) Turba neutralizada y con micorriza impregnada al embrión (TN-Mi)

*Datos tomados sobre una muestra de 5 embriones de un total de 20 embriones por tratamiento ** Desviación estándar


30

Número de plantas

25

20

15

10

5

T

Az Glo

M1 M1 M2 M2 M3 M3 M4 M4 M5 M5 M6 M6 M7 M7 M8 M8 M9 M9 M10 M10 M11 M11M12 M12 + + + + + + + + + + + + Az Az Az Az Az Az Az Az Az Az Az Az

Sobrevivencia de plántulas de cafe Coffea canephora cv. 9710 inoculadas con diferentes cepas de micorriza-arbuscular una vez que fueron trasplantadas en un sustrato de arena+ suelo (1:1) en invernadero. Las plántulas provienen de producciónin vitro.


Mangifera indica L.


350

250

200

30 dds

60 dds

Azospirillum

Testigo

50

Testigo

100

Azospirillum

Azospirillum

150

Testigo

Area foliar (cm 2.planta-1 )

300

90 dds

Area foliar del mango cv. ataulfo inoculado con Azospirillum en un suelo andosol-mólico de Chiapas. La línea vertical indica ± el error estándar de cuatro repeticiones.


35

Longitud (cm.planta -1 )

30 25 20 15 10 Azospirillum

60 dds

Testigo

Azospirillum

30 dds

Testigo

Azospirillum

Testigo

5

90 dds

Longitud del tallo principal del mango cv. ataulfo inoculado con Azospirillum en un suelo andosol-mólico de Chiapas. La línea vertical indica ± el error estándar de cuatro repeticiones. Inoculación a la semilla.


Materia seca (g.planta-1 )

2.0

1.5

1.0

Azospirillum

Tallo

Testigo

Azospirillum

Raíz

Testigo

Testigo

Azospirillum

0.5

Lámina foliar

Asignación de materia seca del mango cv. ataulfo inoculado con Azospirillum en un suelo andosol-mólico de Chiapas. La línea vertical indica ± el error estándar de cuatro repeticiones.


BIOFERTILIZANTES EN CITRICOS


• Incremento de 230% en la altura de la planta • Incremento de 132% en diámetro del tallo • Incremento de 341% en longitud de raíz • Incremento de 261% en número de hojas


Efecto de la aplicación de fertilizantes microbianos en el rendimiento/Ha y número de frutos en Mandarina Dancy. Huerta Nicolás Caballero, Montemorelos, N.L. 2004.

Tratamiento

Rendimiento Ton.Ha-1 *

Numero de frutos por árbol **

Sanidad % árboles enfermos

Fertilización 120-75-00

47.049 a

2,417 a

5.0

Azospirillum brasilensis

43.295 a

2,026.0 a

5.0

Micorriza INIFAP

41.371 a

1,978.7 a

5.0

Micorriza nativa N.L.

3.,169 a

1,393.2

b

5.0

22.557 b

1,207.2

b

15.0

Sin fertilizar

* C.V. = 12.10% , Prueba de Tukey, nivel de significancia al 0.05


Efecto de la aplicaci贸n de fertilizantes microbianos en el rendimiento/Ha y n煤mero de frutos en Naranja Marrs. Huerta El Ranchito, Montemorelos, N.L. 2004.

Tratamiento

Rendimiento Ton/Ha -1

Fertilizaci贸n qu铆mica 120-75-00

42.81

Micorriza INIFAP

45.05

Micorriza nativa N.L.

27.08

Sin fertilizar

20.80


Sechium edule (Jacq.) Sw


RAÍCES DE CHAYOTE CON MICORRIZAS Y AZOSPIRILLUM Sechium edule (Jack) Sw

Testigo (agua).

NPK+S

NPK+S+Fe+ NPK+S+Fe+ Mn+Zn+ Mn+Zn Azospirillum+ NPK+S+ + Glomus NPK+S+Fe+Mn+ Zn Glomus Fe+Mn+ n +Azospirillum

40 GRAMOS DE MICORRIZAS 40 GRAMOS DE Azospirillum brasilense


Testigo NPK+S

6

NPK+Micronutrientes NPK+Micronutrientes +S+Glomus

Clorofila total (mg.g de peso seco) -1

NPK+Micronutrientes +S+ Azospirillum NPK+Micronutrientes+S +Glomus+ Azospirillum

5

4

3

2

1

0-30

30-60

60-90

Mezcla

Horizontes del perfil del suelo Contenido de clorofila total en la lámina foliar de Sechium edule (Jacq.)Swartz cuando crece en diferentes horizontes de un perfil de suelo calcáreo procedente de Actopan Veracruz. con diferentes tratamientos de fertilización química y/o biofertilizantes. Los valores son promedios de tres repeticiones y la línea vertical indica ± el error estándar.


Testigo NPK+S NPK+Micronutrientes

12

NPK+Micronutrientes +S+Glomus NPK+Micronutrientes +S+Azospirillum NPK+Micronutrientes+S +Glomus+ Azospirillum

-1 Materia seca radical (g.planta )

10

8

6

4

2

0-30

30-60

60-90

Horizontes del perfil del suelo Biomasa radical del chayote sembrado en cuatro horizontes diferentes de un perfil de suelo calcáreo procedente de la región de Actopan Veracruz en invernadero con diferentes tratamientos de fertilizantes químicos y biofertilizantes a base de micorriza y Azospirillum. Los valores son promedios de cuatro repeticiones y la línea vertical indica ± el error estándar.

Mezcla


Los resultados de investigación, validación y los de las parcelas de productores en cultivos anuales y perennes confirman la bondad de la simbiosis planta - microorganismo como una alternativa para mejorar la nutrición de cultivos e incrementar rendimientos en condiciones de campo bajo diferentes ambientes agroecológicos y de manejo y la demanda actual confirma que la agricultura mexicana ha entrado en la etapa de utilización masiva de los Recursos Microbiológicos del suelo. Se establece la importancia de introducirlos una vez que sean evaluados y demuestren capacidad para inducir mejor desarrollo vegetal y reproductivo. Son una alternativa económicamente viable y ecológicamente aceptable para la agricultura nacional que favorece el balance microbiológico de los suelos y permite reducir las aplicaciones de fertilizantes químicos sintéticos y cuando se aplican, se hace mas eficiente su captación y transporte a la planta.


Los Biofertilizantes tienen un enfoque agroecológico para el desarrollo de las actividades agrícolas en el país con la capacidad de alcanzar la máxima producción sostenida y la conservación de los recursos naturales. Es una alternativa barata para el productor e inocua para el ambiente. Gracias por su atención


GRACIAS

Frijol sin Biofertilizante

Con Azospirillum y Micorriza Chiapas


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