biofertilizantes artesanales con microorganismos rizosfericos

biofertilizantes artesanales con microorganismos rizosfericos

BIOFERTILIZANTES ARTESANALES CON MICROORGANISMOS RIZOSFERICOS
NATIVOS
PARA UNA PRODUCCION ORGANICA DE QUINUA EN BOLIVIA
Noel Ortuño, Mayra Claros, Violeta Angulo, Oscar Navia y Edson Meneses
.
Resumen
Ante la necesidad y la demanda por los productores de quinua del Altiplano boliviano, inicialmente se
diseñó una estrategia de investigación para el desarrollo de Bioinsumos. Específicamente en este
caso se presenta estudios de desarrollo de biofertilizantes. Se iniciaron investigaciones haciendo
prospecciones en la microbiología del suelo, para lo cual se muestrearon suelos de la rizósfera de las
plantas de quinua. Se aislaron cerca de 50 microorganismos, entre los cuales se obtuvieron hongos
del género Trichoderma, Beauveria y Metarizium; y las bacterias del género Bacillus, Azotobacter y
Azospirilum. Luego, estos fueron evaluados en laboraotrio usando medios específicos para encontrar
su actividad funcional con la planta, sutilizándose cultivos para fijadoras de Nitrógeno, solubilizadoras
de Fósforo y promotoras de crecimiento. Se utiliza en esta ocasión como estudio de caso a la bacteria
B. subtilis, de la cual se presenta las pruebas de invernadero, campo, posteriormente, la manera de su
producción masiva, formulación y obtención de un biofertilizante. Asimismo, se indica como
progresivamente se fue utilizando y evaluando con productores de quinua del Altiplano boliviano.
INTRODUCCION
Es conocido el proceso de la erosión de la fertilidad de los suelos agrícolas en el Altiplano
boliviano, llegado a grados de desertización agudo, por la aridez de los suelos y la escasa
precipitación, que generan suelos con baja cobertura vegetal y escasa reposición de materia
orgánica. Estos problemas han generado disminuciones drásticas en la producción en los
cultivos andinos, disminuyendo así bajos ingresos a los agricultores, y en algunos, el
agricultor a sido inducido a utilizar agroquímicos para superar esos problemas, pudiendo
llegar a alterar el medio ambiente y la salud. Ante esa necesidad, se ha generado corrientes
que impulsan una agricultura amigable al medio ambiente, que permita producir quinua
limpia de agrotóxicos y saludables para al hombre, lo que ha ido ganando nichos de
mercados locales e internacionales.
En Bolivia existen movimientos que fortalecen estos principios y ha llegado a constituirse en
una necesidad de Estado, donde se ha establecido que es una necesidad Nacional la
producción ecológica (Plan Nacional de Desarrollo). Esto motiva a sectores de la sociedad
agrícola quienes demandan la necesidad de producir alimentos sin tóxicos, además que
genera un ingreso importante para los productores del Altiplano.
Por esas razones, es necesario desarrollar tecnología que apoye una producción ecológica,
como los biofertilizantes, permitiendo así disminuir efectos nocivos al medio ambiente,
producir alimentos sin contaminantes y bajar costos de producción para los pequeños
agricultores, de esa forma los productores de quinua podrían contar con una tecnología
alternativa para superar esas limitaciones.
Investigadores Fundación PROINPA, [email protected]
MATERIALES Y MÉTODOS
Para lograr ese fin se han seguido los siguientes pasos:
Explorar la biodiversidad microbiana del suelo, se hicieron muestreos de campos de
cultivos de quinua, del Altiplano. Sud, Central y Norte, los cuales fueron llevados a
laboratorio para su respectivo aislamiento.
Se realizaron aislamientos utilizando medios de cultivo que permitan separa
bacterias, actinomicetos y hongos que se encontraban en la rizósfera de la planta.
Establecer la actividad funcional en la relación suelo-planta, utilizando medios de
cultivos específicos para solubilizadores de Fósforo, Fijadores de Nitrógeno y
promotores de crecimiento a través de la prueba de AIA.
Se seleccionaron los microorganismos nativos en pruebas in vitro y luego los mejores
fueron llevados a invernadero, donde se volvió a tamizar en base a la reacción de la
planta.
Las cepas promisorias fueron caracterizadas morfológicamente y bioquímicamente,
para luego realizar su identificación molecular.
Una vez obtenidas las cepas, se desarrollaron medio de cultivo, considerando caldos
como de papa, cebada, arroz y soya, los cuales potencialmente se pueden encontrar
en el mercado nacional.
Cuando ya se contaba con cantidades suficientes de las poblaciones microbiales
seleccionadas, se realizaron pruebas de campo para verificar lo observado en
laboratorio.
Una vez verificada la eficiencia del microorganismos, se evaluaron formulaciones
artesanales en forma líquida y sólida, los cuales no debían cambiar la viabilidad del
microorganismos.
Después de disponer el biofertilizante formulado se realizan validaciones en campos
de agricultores, desde parcelas de investigación hasta extensivas.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para el desarrollo de bioinsumos es importante tener claro los macropasos (figura 1) que se
deben seguir y el tiempo necesario para lograr el desarrollo de un producto, también será
importante desarrollar las capacidades básicas para disponer de las facilidades básicas para
ese fin.
Sin embargo presentaremos los pasos claves para demostrar que es posible el desarrollo de
bioinsumos para una producción sostenible y soberana.
Figura 1. Proceso de investigación para el desarrollo de Bioinsumos.
Aislamiento y formación de cepario.
A. Aislamiento
a. Hongos
i. T. harzianum, T. asperellum T. koningiopsis
ii. Beauveria basiana y B. brogniartii
iii. Metarrizium sp.
b. Bacterias
i. Bacillus subtilis
ii. Bacillus thuringiensis
iii. Azotobacter
iv. Azospirilum
Después de los aislamientos se constató que también hay la presencia de microorganismos
entomopatógenos que pueden ser explorados posteriormente. Con el material disponible se
estructuró la conservación de las cepas bajo condiciones disponibles en el laboratorio (figura
2), considerando la procedencia, fecha de recolección, recolectos, altitud y otros.
Figura 2. Cepario de microorganismos, conservados en condiciones
disponibles en laboratorio.
Como caso de estudio de caso, solo presentaremos el caso de Bacillus subtilis, por ser una
bacteria de la cual se conoce varios mecanismos en su simbiosis con la planta, por esa
razón no describiremos los resultados de la actividad funcional de todos los aislamientos ni
las pruebas in vitro, sino directamente las características funcionales, su selección in vitro ni
en invernadero, sino directamente su producción masiva.
Las muestras provenientes de la rizósfera se purificó en cultivo TSB (Tryptic Soy Broth),
incubándola por 24hrs. a 28º C, después de este tiempo se pasó este cultivo a placas con
agar nutriente las cuales se incubaron a 28º C por 48 hrs. Luego se seleccionaron las
colonias características de Bacillus subtilis; colonias planas de color blanco crema,
circulares de bordes irregulares y ondulados (figura 3).
Figura 3. Crecimiento de colonias de Bacillus subtilis en agar TSA.
Esta bacteria cuando entra en simbiosis con la planta, libera una encima llamada Iturin A1, la
cual induce una resistencia sistémica natural en la planta contra patógenos bacterianos y
fungosos, propiedad llamada Resistencia Sistémica Adquirida (SAR) (Butt et al., 1999). Esta
propiedad hace que tenga un efecto supresor de patógenos de suelo y fundamentalmente
promueve el crecimiento de la planta haciéndola más vigorosa y se obtenga mejores
rendimientos. También tiene potencial para la solubilización de Fosforo del suelo, así ayuda
al reciclaje de nutrientes para la planta.
B. Selección de medios de cultivos para la multiplicación de la bacteria.
Como se indicó anteriormente presentaremos lo observado con la bacteria B. subtilis. Para
disponer en cantidades suficientes para su evaluación en bioensayos en campo, se
desarrolló un medio de cultivo para su multiplicación masiva, para lo cual se seleccionaron y
evaluaron diferentes medios líquidos:
1. Caldo de papa de la variedad Waych´a, la cual fue hervida en agua por 5 minutos.
2. Caldo de arroz hervido en agua por 10 minutos.
3. Caldo proteico de soya.
Se incubaron los tratamientos en un shaker (figura 4) a 100 rpm, 35 ºC de temperatura por
un lapso de diez días.
Figura 4. Diferentes medios de cultivo y su producción aeróbica en laboratorio de B. subtilis.
Para la producción de la bacteria en medio líquido se adecuó un sistema aeróbico (figura 5),
donde se cosechó al tercer día y cuantificó las poblaciones bacterianas.
Cuando se compararon los medios de cultivos se evidenció que hubieron diferencias
estadísticamente significativas (p<0,001) para el Nº de Unidades formadoras de colonia entre
los diferentes tratamientos (Tabla 1).
Tabla 1. Comparación de medios de cultivos.
Soya
Papa
Arroz Soya
Arroz
PapaSoya
TSB
2,57E+09
2,69E+08
2,06E+08
1,00E+08
9,69E+07
6,20E+07
a
b
b
b
b
b
En el Tabla 1 se observó que el caldo en base a soya es superior estadísticamente al resto
de los tratamientos (Pr<0,001).
C. Multiplicación masiva y formulación en polvo de la bacteria.
Una vez desarrollado el medio de cultivo y el sistema aeróbico, se construyó un bioreactor
artesanal para la multiplicación a mayor escala de la bacteria, para eso se utilizó material
disponible en el mercado local, como recipientes de plástico y bombas de peceras, como se
muestra en la figura 5.
Figura 5. Biodigestor artesanal y semi industrial para la producción de Bacillus subtilis.
Posteriormente, debido a que las cantidades de producción no eran suficientes se tuvo que
adecuar con ayudad de ingenieros mecánicos, un bioreactor en acero inoxidable (figura 4)
que tenga los mismos principios, pero que permita una producción en volúmenes que
permita hacer pruebas en mayores superficies. Esto permitió hacer un escalamiento en la
producción con el que se puede abastecer hasta 500 hectareas.
Para la formulación en polvo de la bacteria se usó bandejas de plástico (figura 7), y se
evaluó diferentes medios inertes, lo cuales no afecten al microorganismo, para eso se cuido
que no existan variaciones en el pH u otro factor físico no adecuado, se tomó en cuenta
materiales de amplia disponibilidad en el mercado local como la caolinita, carbonato de
calcio y arcillas.
Figura 7. Formulación en polvo y secado de Bacillus subtilis.
Para mejorar esta tecnología que aún es muy artesanal y que no permite formular cantidades
altas de la bacteria, se diseñó, con apoyo de un ingeniero mecánico, un secador (figura 8)
que tiene una capacidad de 350 kg. en 36 horas. Con este equipo podemos hacer
proyecciones mayores a las 500 hectáreas, lo cual nos da la oportunidad de abastecer a
mayor cantidad de pequeños agricultores.
Figura 8. Secador con aire forzado para la formulación en polvo de la bacteria.
Posteriormente, se hicieron evaluaciones con Bacillus subtilis, bacteria promotora de
crecimiento (BPC) y supresora de patógenos de suelo, utilizando una cepa de Suiza
(formulación sólida, 250g/100 l agua/ha) y boliviana (formulación sólida, 1 kg/100 lt. agua/ha
y la líquida, 1 lt. /100 l agua/ha). Se adicionó compost (7 tn/ha) a la siembra para favorecer la
reproducción del microorganismos. Ambas cepas Se evaluaron las cepas comercial y la
seleccionada en Bolivia fueron evaluadas en campos de agricultores, siendo que las mismas
tuvieron los rendimientos del cultivo de cebolla, utilizado como modelo biológico de prueba
(Figura 9).
)a
h
/t
(
o
t
n
e
i
m
i
d
n
e
R
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
A
A
B
1
2
3
F
F
F
t
t
Figura 9. Efecto de la cepa Suiza y boliviana
formulada en sólido
y líquido, aplicadatc al cultivo de
c
c
a
a
cebolla. T1=Formulación sólida Suiza, T2=Formulación
sólida a
líquida
B
Bboliviana, T3= Formulación
B
boliviana. T4=Manejo del agricultor.
=
=
=
1
2
3
T
T
T
D. Generación y formulación de bioinsumos
Tratamientos
En base a resultados de la investigación, se diseñó un plan para emprender el reto de la
producción masiva y formulación de bioinsumos, que permitan ser accesibles a los
agricultores, permitan bajar sus costos de producción, cuide su salud y el medio ambiente
(figura 10).
C
o
g
it
s
e
T
=
4
T
Figura 10. Formulación y envasado de biofertilizantes con cepas de microorganismos nativos.
Se utilizaron materiales locales como birreactores construidos en el país, se optimizó los
medios de cultivos, utilizando extractos de especies cultivadas nativas, donde se optimizó las
relaciones de pH, temperatura, aireación adecuada y relaciones de C/N, además se evaluó
ingredientes inertes que estén permitidos en la producción orgánica.
De esa forma se pudo obtener biofertilizantes (figura 11) en base bacterias del tipo Bacillus,
uso de residuos orgánicos como los estiércoles y otros, utilizando recursos naturales para su
formulación.:
Figura 11. Biofertilizantes formulados con cepas nativas, material y tecnología local.
Consideramos que estos resultados demuestran que se puede ofertar alternativas
tecnológicas, hechos en base a la biodiversidad microbiana nativa de Bolivia, siendo una
tecnología apropiada a nuestro medio. Estos bioinsumos desarrollados para los pequeños
productores quienes pueden producir productos mas sanos, proteger su salud y el ambiente,
incluso llegar a bajar sus costos de producción o disponer de bioinsumos para enfrentar
mercados mas competitivos.
La formulación masiva se inició el año 2006 produciendo para 4 has, luego se incrementó
hasta 200 has. para la producción de quinua orgánica y otros cultivos en Bolivia, esto permite
mostrar que podemos disminuir la dependencia de insumos impostados y es posible producir
bioinsumos para una producción sostenible y demostrar pasos hacia una soberanía
alimentaria (figura 12).
Figura 12. Uso de Bioinsumos en el cultivo de quinua en el Altiplano Sud.
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