La microbiología agrícola es una rama de la microbiología que se ocupa de los microbios asociados a las plantas y de las enfermedades de las plantas y los animales. También se ocupa de la microbiología de la fertilidad del suelo , como la degradación microbiana de la materia orgánica y las transformaciones de los nutrientes del suelo. El objetivo principal de la microbiología agrícola es explorar exhaustivamente las interacciones entre los microorganismos beneficiosos, como las bacterias y los hongos , con los cultivos. [1] También se ocupa de la microbiología de la fertilidad del suelo , como la degradación microbiana de la materia orgánica y las transformaciones de los nutrientes del suelo.
Los biofertilizantes se consideran alternativas prometedoras y sostenibles a los fertilizantes químicos nocivos debido a su capacidad para aumentar el rendimiento y la fertilidad del suelo al mejorar la inmunidad y el desarrollo de los cultivos. Cuando se aplican al suelo, a la planta o a la semilla, estos biofertilizantes colonizan la rizosfera o el interior de la raíz de la planta. Una vez establecida la comunidad microbiana, estos microorganismos pueden ayudar a solubilizar y descomponer nutrientes esenciales en el medio ambiente que, de otro modo, no estarían disponibles o serían difíciles de incorporar a la biomasa para el cultivo. [2]
El nitrógeno es un elemento esencial necesario para la creación de biomasa y suele considerarse un nutriente limitante en los sistemas agrícolas. Aunque es abundante en la atmósfera, la forma atmosférica del nitrógeno no puede ser utilizada por las plantas y debe transformarse en una forma que pueda ser absorbida directamente por las plantas; este problema se soluciona mediante fijadores biológicos de nitrógeno. Las bacterias fijadoras de nitrógeno , también conocidas como diazótrofos , se pueden dividir en tres grupos: de vida libre (p. ej. Azotobacter , Anabaena y Clostridium ) , simbióticas (p. ej. Rhizobium y Trichodesmium ) y simbióticas asociativas (p. ej. Azospirillum ). [3] Estos organismos tienen la capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico en formas biodisponibles que pueden ser absorbidas por las plantas e incorporadas a la biomasa. Una simbiosis importante de fijación de nitrógeno es la que se da entre Rhizobium y las plantas leguminosas . [4] Se ha demostrado que el Rhizobium aporta más de 300 kg de N/ha/año en diferentes plantas leguminosas, y se ha demostrado que su aplicación a cultivos agrícolas aumenta la altura del cultivo, la germinación de las semillas y el contenido de nitrógeno dentro de la planta. [5] El uso de bacterias fijadoras de nitrógeno en la agricultura podría ayudar a reducir la dependencia de fertilizantes nitrogenados artificiales que se sintetizan a través del proceso Haber-Bosch .
El fósforo puede estar disponible para las plantas a través de la solubilización o la movilización por bacterias u hongos. En la mayoría de las condiciones del suelo, el fósforo es el nutriente menos móvil en el medio ambiente y, por lo tanto, debe convertirse en formas solubilizadas para que esté disponible para la absorción de las plantas. La solubilización del fosfato es el proceso por el cual los ácidos orgánicos se secretan al medio ambiente, esto reduce el pH y disuelve los enlaces de fosfato, dejando así el fosfato solubilizado. Las bacterias solubilizadoras de fosfato (PBS) (p. ej., Bacillus subtilis y Bacillus circulans ) son responsables de más del 50% de la solubilización microbiana del fosfato. Además del fosfato solubilizado, el PBS también puede proporcionar oligoelementos como hierro y zinc que mejoran aún más el crecimiento de las plantas. Los hongos (p. ej., Aspergillus awamori y Penicillium spp.) también realizan este proceso, sin embargo, su contribución es inferior al 1% de toda la actividad. [6] [7] Un estudio de 2019 mostró que cuando los cultivos se inocularon con Aspergillus niger , hubo un aumento significativo del tamaño de la fruta y el rendimiento en comparación con los cultivos no inoculados; cuando el cultivo se co-inoculó con A. niger y la bacteria fijadora de nitrógeno Azobacter , el rendimiento del cultivo fue mejor que con la inoculación utilizando solo uno de los biofertilizantes y los cultivos que no fueron inoculados en absoluto. [8] La movilización de fósforo es el proceso de transferencia de fósforo a la raíz desde el suelo; este proceso se lleva a cabo a través de micorrizas (p. ej. micorrizas arbusculares ) . [9] Las micorrizas arbusculares movilizan el fosfato penetrando y aumentando la superficie de las raíces, lo que ayuda a movilizar el fósforo en la planta. Los microorganismos solubilizadores y movilizadores de fosfato pueden contribuir con más de 30 a 50 kg de P2O5/ha, lo que, a su vez, tiene el potencial de aumentar el rendimiento del cultivo en un 10 a 20%. [10]
Los microorganismos eficaces (EM) son esenciales para el desarrollo de una agricultura sostenible y consisten en una cultura diversa y mixta de microorganismos que se produce de forma natural en la naturaleza. Las biopreparaciones que contienen microorganismos eficaces desempeñan un papel crucial en varios sectores, como la protección del medio ambiente , la producción de alimentos y la medicina . Además, esta aplicación de la biotecnología de microorganismos eficaces abarca una variedad de áreas agrícolas, incluido el rejuvenecimiento del suelo, el cultivo de cultivos, la ganadería y la conservación de alimentos . Estas biopreparaciones resultan especialmente beneficiosas para la preparación de la tierra y la preparación del campo. Los microorganismos eficaces se pueden aplicar a los cultivos durante la temporada de crecimiento o directamente al suelo durante la preparación, mejorando tanto la salud del suelo como promoviendo el crecimiento de las plantas . La amplia utilidad de los microorganismos eficaces se deriva de su alta especificidad enzimática, lo que les permite prosperar en diversas condiciones. Además, la tecnología de microorganismos eficaces se utiliza ahora en más de 140 países en todo el mundo, siendo Brasil el principal adoptante. El uso generalizado de microorganismos eficaces muestra el poder de mejorar la industria agrícola y la agricultura ambientalmente sostenible. [11]
Los métodos agrícolas convencionales utilizan fertilizantes químicos , pesticidas y herbicidas para proteger los cultivos de plagas y enfermedades. Sin embargo, estos agentes químicos tienen impactos ambientales adversos, contribuyendo a la contaminación ambiental . El uso de productos químicos agrícolas se ha relacionado con la disminución de especies vegetales y animales, así como con daños a la biodiversidad del suelo, incluidas las comunidades bacterianas y fúngicas. Los productos fitosanitarios químicos pueden alterar los suelos agrícolas al afectar sus propiedades físicas, como la textura, la permeabilidad y la porosidad. Además, estos productos alteran los ciclos de nutrientes del fósforo y el nitrógeno y reducen la diversidad del microbioma del suelo . Dados los desafíos que plantea una población mundial en crecimiento y la necesidad de más alimentos y de mayor calidad, el futuro de la agricultura radica en el uso de microorganismos eficaces para aumentar los rendimientos. Este enfoque ofrece una alternativa sostenible a los métodos químicos tradicionales, fomentando la salud ambiental y la resiliencia agrícola. [12]
El éxito de la producción de cultivos depende de la salud del suelo, que está influenciada por una red de procesos biológicos, químicos y físicos impulsados por microorganismos. Los microorganismos eficaces mejoran la comunidad microbiana beneficiosa del suelo, allanando el camino para una agricultura sostenible. Estos microorganismos consisten en microbios naturales, como bacterias fotosintéticas, bacterias del ácido láctico, levaduras y hongos fermentadores, que se pueden aplicar para aumentar la diversidad microbiana del suelo. La aplicación de microorganismos eficaces mejora la estructura y la fertilidad del suelo al tiempo que aumenta significativamente la diversidad biológica. Pueden inhibir la proliferación de patógenos transmitidos por el suelo , ayudar a la fijación de nitrógeno y mejorar la absorción de nutrientes por las plantas. Los microorganismos eficaces también aceleran la descomposición de los residuos orgánicos, lo que promueve el compostaje y, por lo tanto, aumenta la disponibilidad de minerales valiosos y refuerza las actividades de los microbios autóctonos. Al dominar el entorno microbiano del suelo, los microorganismos eficaces alientan a otros microbios beneficiosos a prosperar y superar a grupos más pequeños de microbios patógenos u oportunistas. Este acto de equilibrio natural conduce a plantas más fuertes y resilientes y a mayores rendimientos de los cultivos, posicionando a los microorganismos eficaces como un actor clave en el futuro de la agricultura sostenible. [13]