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Uso de bacterias promotoras de crecimiento vegetal y carbón de bajo rango en forrajes.
Artículo de
revisión.
Perspectivas del uso de bacterias promotoras de crecimiento vegetal
y carbón de bajo rango en forrajes
Perspectives on the use of bacteria promoters of vegetable growth
and low range coal in forages
Patricia del C Herrera1
RESUMEN
La intensificación de la agricultura ha provocado pérdida de materia orgánica en los suelos de
cultivo lo cual ha generado el empobrecimiento de la fertilidad de estos sistemas edáficos. La
presente revisión se desarrolló con el fin de examinar el creciente interés que existe sobre el
uso como biofertilizantes de bacterias promotoras de crecimiento vegetal y carbón de bajo
rango en sistemas de cultivos agropecuarios; donde se demuestra que estas bacterias juegan
un papel importante sobre el crecimiento y desarrollo vegetal. Debido a esto se han venido
desarrollando estudios relacionados al efecto de la inoculación de dichos microorganismos y
material carbonífero sobre suelos, demostrando que pueden ser una alternativa para obtener
elevados rendimientos agrícolas al compensar la pérdida de materia orgánica en los suelos y
al mismo tiempo reducir el uso de fertilizantes químicos y por consecuente, el impacto
negativo que estos generan en el medio ambiente y en el aumento de los costos de
producción.
Palabras Clave: inoculantes microbianos, materia orgánica, suelos agrícola.
ABSTRACT
The intensification of agriculture has resulted in organic matter loss in culture soils which has
been generated the impoverishment of the edaphic systems fertility. The present review was
developed with the goal to examine the interest that exist about the use as bio-fertilizers of
plant growth promoting bacteria and low rank coal in agricultural culture systems; which
show this bacteria play an important role about the plant growth and development. Because
Bacterióloga, Maestrante en Ciencias Ambientales, Valledupar, Grupo de Investigación en
Microbiología Agrícola y Ambiental, Universidad Popular del Cesar, Valledupar- Colombia, Email: [email protected]
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Revista Colombiana de Microbiología Tropical. Vol. 3 N° 1. Enero – Junio 2013.
Uso de bacterias promotoras de crecimiento vegetal y carbón de bajo rango en forrajes.
Artículo de
revisión.
of this have been developing studies related to the effect of inoculation of microorganisms and
coal materials on soils, showing that is an alternative to obtain high agriculture yields to
compensate the organic matter loss on soils and at the same time reduce the use of chemical
fertilizers and consequently, the negative impact they generate on the environmental and the
rising production costs.
Keys Word: microbial inoculants, organic matter, agricultural soils.
1. INTRODUCCION
En el suelo suelen encontrarse gran
diversidad de especies bacterianas muchas
de las cuales cumplen un papel
fundamental en la formación de este, como
la transformación de la materia orgánica y
la participación en los principales ciclos
biogeoquímicos; dentro de este grupo
microbiano cabe destacar el papel de las
bacterias promotoras de crecimiento
vegetal (BPCV), las cuales proporcionan a
la
planta
sustancias
con efectos
hormonales y nutricionales, protección
contra microorganismos fitopatógenos
(Delgado, 2004; Alfonso et al., 2005;
Pinochet, 2006), y participan en el
sostenimiento del sistema suelo-planta al
contribuir en el incremento del número de
microorganismos nativos beneficiosos en
la rizósfera. Por lo anterior, las BPCV se
han
incorporado
en
productos
biofertilizantes, uno de los primeros
géneros en usarse para tales fines fue
Azotobacter sp. La mayoría de los suelos
agrícolas tropicales, principalmente en las
regiones más cálidas, tienden a presentar
un bajo contenido de materia orgánica,
además el clima favorece la mineralización
de la misma y estimula la actividad
microbiana que es responsable de su
degradación; de igual manera acontece en
suelos desérticos los cuales se erosionan
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fácilmente y carecen de microorganismos
benéficos (Bashan et al., 2000). Frente a
esta necesidad, se han implementado
diversas prácticas agrícolas como la
reforestación mediante la cual se
contribuye al incremento de materia
orgánica en el suelo, así como la
inoculación con bacterias promotoras de
crecimiento en plantas y la adición de
enmiendas orgánicas, a base de sustancias
húmicas, son tecnologías de compensación
utilizadas en agricultura orgánica que han
surgido para contribuir a mejorar la
calidad de los suelos. Mientras que los
países
industrializados
basan
su
producción agrícola en el uso de
fertilizantes químicos en Latinoamérica se
ha intentado implementar tecnologías que
potencien las asociaciones planta –
microorganismo, dentro de un modelo de
sostenibilidad del suelo. (Corvalan et al.,
2006).
2. BACTERIAS
PROMOTORAS
DE
CRECIMIENTO
VEGETAL:
DEFINICIÓN, MODO DE ACCIÓN Y
APLICACIONES
Este grupo de bacterias es conocido como
(Promoting Plant Growth Rhizobacteria
(PGPR)) y fue definido en el año de 1978
por Kloepper y Schroth como bacterias de
vida libre habitantes de las raíces de
plantas que estimulan significativamente el
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crecimiento de plantas colonizando,
adaptándose y persistiendo en la rizósfera
(Glick et al., 1999; Jiménez et al., 2001).
Muchas de ellas se encuentran asociadas a
la familia Enterobacteriacea, mientras que
otras están relacionadas con los géneros
Azospirillum, Azotobacter, Pseudomonas y
Bacillus (Aguado, 2007). Se caracterizan
porque no requieren invadir internamente
los tejidos de las plantas para ejercer su
acción estimulante de crecimiento, son
inocuas para el hombre y no afectan el
desarrollo de otros microorganismos del
suelo, además logran alcanzar una elevada
densidad poblacional en la rizósfera
después de su inoculación y su capacidad
de colonización es muy efectiva en la
superficie de la raíz (Jiménez et al., 2001).
Las Bacterias Promotoras de Crecimiento
Vegetal (BPCV) promueven crecimiento de
forma directa e indirecta; las que afectan
directamente el metabolismo de las
plantas proporcionan algunas sustancias
con efectos hormonales o nutricionales,
como las fijadoras de nitrógeno
atmosférico, las que solubilizan fosfatos,
liberan hierro o producen ciertas
hormonas vegetales, tales como las
auxinas, giberelinas, citoquininas y etileno.
Un segundo grupo de BPCV, denominado
bacterias benéficas de control biológico,
promueven indirectamente el crecimiento
vegetal mediante la prevención de los
efectos nocivos de los microorganismos
fitopatógenos (bacterias, hongos y virus) al
producir sustancias que dañan o inhiben
otros microbios, pero no las plantas, al
limitar la disponibilidad de hierro a los
agentes patógenos o al alterar el
metabolismo de la planta base para
aumentar su resistencia a la infección por
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Artículo de
revisión.
patógenos (Bashan et al., 2005; Pinochet,
2006). Otros beneficios descritos para las
BPCV es la participación que hacen en
muchos
ciclos
biogeoquímicos,
de
fertilidad y estabilidad, estimulando de
esta forma, la formación de raíces, pelos
radiculares, inducción en la iniciación
radicular y brindándole resistencia
sistémica a la planta ante estreses biótico o
abiótico; gracias a la producción de ciertas
sustancias que le confieren dichas
propiedades y efectos (Glick, 1999).
Las bacterias del genero Azospirillum
potencian el crecimiento vegetal mediante
una serie de mecanismos diferentes a los
anteriormente mencionados, algunos son
similares a los utilizados por las otras
PGPR.
Por otra parte, en modelos de agricultura
ecológica hay numerosas experiencias
sobre el uso de BPCV al ser utilizadas como
biofertilizantes en pasturas, sistemas
agropecuarios; casos exitosos en naciones
Iberoamericanas demuestran que estas
bacterias juegan un papel importante
sobre el crecimiento y desarrollo de las
plantas. Se ha ensayado el potencial
biotecnológico de estos microorganismos
en
ecosistemas
naturales
y
agroecosistemas y se ha demostrado su
capacidad promotora de crecimiento y de
proteger al suelo y a la planta de la
desecación y la desertificación. Sin
embargo estos procesos son estrategias
adaptativas del complejo suelo-planta, por
lo tanto para desarrollar aplicaciones
biotecnológicas o experimentales es
conveniente trabajar con cepas nativas del
sitio o suelo en estudio (Castellanos et al.,
1998; Bashan et al., 2000; Izaguirre et al.,
2007). En estudios previos se lograron
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aislar cepas bacterianas con actividad
promotora de crecimiento vegetal a partir
de muestras de suelo del norte en el
departamento del Cesar; demostrando su
potencial para estimular germinación y
crecimiento temprano de algunos árboles
maderables (Barreto et al., 2007)
3. MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO
Y
SUSTANCIAS HÚMICAS:
EFECTOS
SOBRE
LA
PRODUCCIÓN VEGETAL.
En los últimos años, la intensificación de la
agricultura
ha
conllevado
al
empobrecimiento de los suelos, donde los
factores naturales como el clima y la
actividad microbiana contribuyen a la
degradación de la materia orgánica; esto
puede atribuirse a prácticas de manejo
inadecuadas
tanto
agrícolas
como
ganaderas los sistemas de labranzas
utilizados, a la creciente expansión de
monocultivos y a la falta de una adecuada
reposición de los nutrientes extraídos de
los sistemas edáficos (Mosquera, 1984;
Berardo, 2004), disminuyendo la materia
orgánica del suelo y por ende los
beneficios que le aportan al suelo como el
aporte de nutrientes necesarios para la
producción de cultivos. En este sentido la
aplicación de enmiendas orgánicas ha
constituido un método de compensación a
la perdida de materia orgánica en dichos
suelos; generalmente las enmiendas
orgánicas son ricas en sustancias húmicas
las cuales son la forma más estable e
importante de materia orgánica del suelo
(Piccolo, 2002).
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Artículo de
revisión.
La materia orgánica constituye el total de
compuestos orgánicos presentes en el
suelo; sus principales fuentes son los
residuos
vegetales
(raíces,
tallos,
hojarasca, flores, restos de cosecha),
tejidos animales, excreciones (materiales
orgánicos lavados procedentes de la parte
aérea de la planta, células, exudados de las
raíces) y la biomasa microbiana. La mayor
parte de las transformaciones que sufre la
materia orgánica se llevan a cabo por los
microorganismos. La descomposición de
estos componentes da lugar a un conjunto
de compuestos simples y complejos
(monosacáridos, polisacáridos como la
celulosa, el almidón y hemicelulosas),
compuestos
nitrogenados
(proteínas,
ácidos nucleicos, vitaminas), lípidos
(grasas, ácidos grasos, ceras, fosfolípidos),
ácidos orgánicos (cítrico, fumárico, málico,
malónico, succínico), y compuestos
fenólicos (ligninas, taninos) y elementos
minerales. (Julca et al., 2006). Las
sustancias
húmicas
son
moléculas
relativamente pequeñas y heterogéneas de
diversos orígenes que pueden auto
organizarse formando supra moléculas,
entre estas los ácidos húmicos (Piccolo,
2002).
Las sustancias húmicas ejercen efectos de
forma directa en el suelo, al ser
responsables del transporte y aporte de
nutrientes como P, N y S; y al actuar como
agentes
agregantes
de
partículas
mejorando
la
estructura
edáfica,
incidiendo de este modo, en la relación
agua-aire en la rizósfera; de esta manera el
agua, los elementos nutritivos y las raíces
pueden penetrar fácilmente en el suelo,
incrementándose, por consiguiente, las
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poblaciones microbianas al estimular su
actividad y agilizando los procesos
metabólicos y reguladores mediados por
los
microorganismos;
además,
las
sustancias húmicas, aumentan la capacidad
de intercambio catiónico (CIC) y la
capacidad
tampón-pH
del
suelo,
favoreciendo la formación de
los
+2
+2
+2
complejos Cu Mn , Zn y otros cationes
polivalentes (Kulikova et al., 2005; Peña et
al., 2005).
Por otra parte los ácidos húmicos generan
una actividad hormonal, en las plantas, que
conlleva a una mayor producción de
exudados radiculares (rizodeposición)
estimulando la actividad microbiana de la
rizósfera, por los nutrientes que provee la
rizodeposición (Nardi et al., 2002; Puglisi
et al., 2009). Debido a la alta capacidad de
intercambio catiónico (CIC) que ejercen los
ácidos húmicos en las raíces, las sales se
liberan, los cationes se unen y se forman
quelatos; además, la alta presión osmótica,
generada en esta zona, se reduce
estimulando la actividad en las membranas
celulares. Por otra parte, la formación de
complejos metales como el hierro,
manganeso, cinc y cobre, contribuyen a
mejorar la absorción vegetal del fósforo,
nitrógeno, potasio, calcio y magnesio.
(Nardi et al., 2002; Puglisi et al., 2009).
4. USO DE CARBONES DE BAJO
RANGO (CBR) COMO FUENTE DE
SUSTANCIAS HÚMICAS.
Los carbones de bajo rango (CBR), son
aquellos cuyo poder calorífico bruto, en
base húmeda es menor a 6.390 Kcal/Kg.,
denominados sub bituminosos y lignitos,
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Artículo de
revisión.
son típicamente más blandos, fácilmente
desmenuzables, opacos y con apariencia de
tierra; se caracterizan por tener altos
niveles de humedad y bajo contenido de
carbono, y por consiguiente, poca energía
(Franco, 2004). Los CBR son considerados
residuos de los procesos de extracción
carbonífera, pero gracias a la naturaleza
orgánica y física, constituyen una fuente
rica en sustancias húmicas, las cuales son
utilizadas como enmiendas orgánicas para
la recuperación de suelos deteriorados
(Peña et al., 2005). Investigaciones
realizadas por Sharif (2002) y Tejeda
(2007) determinan la posibilidad de
utilizar diferentes tipos de CBR como
mejoradores orgánicos al incorporarlos
directamente
al
suelo,
donde
posteriormente da lugar a la liberación de
las sustancias húmicas a través de
procesos químicos o biológicos. Es por esto
que las enmiendas orgánicas del suelo
fabricadas a partir de las sustancias
húmicas se establecieron como una
solución para mejorar las propiedades
físicas, químicas y biológicas del suelo
(Civeira et al., 2006).
5. USO DE BIOFERTILIZANTES EN
LA AGRICULTURA COLOMBIANA.
La inoculación de plantas de cultivos con
microorganismos benéficos del suelo es
una práctica común en la agricultura y la
silvicultura de países desarrollados
(Bashan et al., 2004). Micorrizas y BPCV
han sido parte integral de los procesos de
revegetación y reforestación y usados
como una herramienta biotecnológica
disponible para reducir la erosión del suelo
en general, como se ha sugerido en
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trabajos realizados en suelos áridos y
semidesérticos (Bashan et al., 1999; Bacilio
et al., 2006; Bashan et al., 2009; Trejo et al.,
2012).
Con el fin de mejorar las tecnologías y
aumentar el desarrollo sostenible de los
cultivos de importancia comercial, muchos
países han realizado estudios para
desarrollar
la
tecnología
de
los
biofertilizantes, entre estos países están:
Argentina, Bolivia, Brasil, Perú, Uruguay,
Portugal, España, Venezuela, Chile, México,
Cuba y Colombia, donde se usan
inoculantes a base de Rizobios, Micorrizas,
Azospirillum, Herbaspirillum, Azotobacter y
bacterias solubilizadoras de fosfato (Abela
y Valenzuela, 2006; Corvalan et al., 2006;
Moreno et al., 2006; Ortega, 2006; Parada
et al., 2006 Rodríguez et al., 2006; Toro,
2006; Zúñiga, 2006). El objetivo de facilitar
las interrelaciones entre estos países y
contribuir al mismo tiempo a la difusión de
esta tecnología, nació en la Red
Iberoamericana
de
Biofertilizantes
Microbianos para la Agricultura (BIOFAG)
en el año 2003, cuyas actividades son
financiadas por todos los países
Iberoamericanos a través del programa
Iberoamericano de Ciencia y Tecnología
para el Desarrollo (CYTED).
A esta red están actualmente adscritos
unos 60 grupos de investigación y
empresas productoras de inoculantes
(Izaguirre et al., 2007).
En Colombia los principales cultivos en los
que se usan los biofertilizantes son
algodón, soya, flores, papa, maíz, pastos y
arroz, estos cultivos demandan grandes
cantidades de fertilización química
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Artículo de
revisión.
nitrogenada, es por eso que se convierten
en grandes candidatos para el uso de
biofertilizantes, con esto se reduce hasta
en un 50% el uso de los fertilizantes
químicos, representando de esta manera
un ahorro para la cadena productiva de
estos cultivos (Moreno et al., 2006). Un
ejemplo de esto son las numerosas
investigaciones en Colombia, que reportan
que la fijación biológica de nitrógeno
asociada al cultivo de arroz puede
contribuir con 32 a 140 Kg de N/Ha/año
(dos cosechas por año), con valores de 21 a
30% del nitrógeno acumulado en las
plantas (33 a 60 Kg de N/Ha/año)
(Sarmiento, 2006).
La fertilización biológica es una
herramienta que contribuye con el mayor
crecimiento de las especies vegetales,
mediante el estímulo de la producción de
hormonas del crecimiento vegetal,
expresadas en el logro de mayores alturas
y grosor de los tallos en plantas arbóreas.
Así mismo su aporte reviste especial
interés porque en especies gramíneas y
leguminosas forrajeras contribuyen con
incrementos en la producción de materia
seca, mejoramiento en la oferta y calidad
de la biomasa, con efectos importantes en
la producción animal.
6. CONCLUSIÓN
La mayoría de los suelos agrícolas
tropicales, principalmente en las regiones
más cálidas presentan la tendencia natural
a tener bajos contenidos de materia
orgánica, por lo tanto presentan un
deterioro en su calidad y salud; es por esto
que las enmiendas orgánicas del suelo
fabricadas a partir de las sustancias
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húmicas se han ido estableciendo como
una solución para mejorar las propiedades
físicas, químicas y biológicas del suelo. Por
otra parte, el interés a cerca del uso de las
BPCV y de la transformación biológica de
las reservas de carbón de bajo rango, se ha
considerado como una vía alternativa y
viable para la aplicación de este tipo de
Artículo de
revisión.
tecnologías en la agricultura; lo que ha
incentivado el estudio de la combinación
de microorganismos y carbón de bajo
rango que sean capaces de favorecer el
crecimiento de las plantas y mejorar el
contenido de materia orgánica en suelos
carentes de esta.
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Figura 1. Modo de acción de promoción de crecimiento vegetal por parte de Azospirillum sp.
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