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, n.ortuno@proinpa.org

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 2,57E+09 a

Papa 2,69E+08 b

Arroz Soya 2,06E+08 b

Arroz 1,00E+08 b

PapaSoya 9,69E+07 b

TSB 6,20E+07 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 A B C

05

101520253035404550

T1= Bact F1

T2= Bact F2

T3= Bact F3

T4= Testigo

Rendimiento (t/ha)

Tratamientos

Figura 9. Efecto de la cepa Suiza y boliviana formulada en sólido y líquido, aplicada al cultivo de cebolla. T1=Formulación sólida Suiza, T2=Formulación sólida boliviana, T3= Formulación líquida boliviana. T4=Manejo del agricultor.

D. Generación y formulación de bioinsumos 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).

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.

BIBLIOGRAFIA

Alonso Urmeneta, V. Aragón, et.al.,1995. Manual Práctico de Microbiología. Editorial Masson. 200 p.

Altieri, M. A. 1995. Bases y estrategias para una agricultura sustentable. Revista CLADES, Chile.

Benzig, A. 2001. Agricultura orgánica: fundamentos para la región andina. Editorial Neckar- Verlag, Alemania. 628 pp.

Canellas, L. ; A. Fagaña. 2004. Chemical nature of soil humified fractions and their bioactivity. Pesquisa Agropecuaria Brasilera. v. 30:n.3- pp. 33-44.

Corredor, G. 2005. Micorrizas arbusculares: aplicación para el manejo sostenible de los agroecosistemas. En http://www.turipana.org.co/micorrizas.htm, (5/04/05).

FAO (Organización de las Naciones Unidas para la agricultura y Alimentación). 1995. Manejo de Suelos y Nutrición vegetal en Sistemas de cultivos. Editorial Sirena, Bolivia. 105 pp.

Fernandez, M. 2003. Evaluación agronómica de substancias húmicas derivadas del humus de lombriz. Tesis. Universidad Pontificia de Chile. Santiago, Chile. pp. 52.

Franco, J; N. Ortuño y J. Herbas. 2004. Potencial de rehabilitación de tierras degradadas por el desarrollo y uso de un biofertilizante en beneficio de los agricultores pobres de Bolivia. Revista de Agroecología LEISA. Volumen 19. Perú.

López, C. 2003. Identificación de micorrizas arbusculares en cultivos de mora (Rubís Glaucus), en diez localidades de seis municipios del departamento de Boyacá.

Ortuño, N.; O., Navia; V. Angulo; D. Barja y G. Plata. 2009. Desarrollo de biofertilizantes en base a microorganismos nativos para una producción soberana en Bolivia. Memoria V Congreso Nacional de la Ciencia del Suelo. Oruro, Bolivia. p. irr.

Rivera, R. Efectividad de la simbiosis micorrízica, suministro de nutrientes y nutrición de las plantas. XV Congreso Latinoamericano de la Ciencia del Suelo. Libro de Resúmenes, Cuba 2001.

Romero, L.; Trinidad, S.; García, E. y Ferrara, C. 2000. Producción de papa y biomasa microbiana en el suelo con abonos orgánicos y minerales. Agrociencia. Pp 261-269.