inoculantes microbianos, materia orgánica y calidad de

Inoculantesmicrobianos,materiaorgánicaycalidaddesueloenManejoIntegradodelaNutrición

MARIAMERCEDESMARTINEZS.MSc,PhD

Institut für NutzpflanzenundGartenbauwissenschaften(INRES)UniBonn,Alemania

Instituto de Ciencias Agrarias y Recursos Naturales(INRES) Pflanzen- und Gartenbauwissenschaften.

TROPEN- Cultivos TropicalesUniBonn, Germany

GISPA. Grupo de suelo, agua, planta y ambienteUniversidad Técnica Federico Santa María, Chile

European Compost Network

4ª.ConferenciaRedAgrícolaPiura,Perú.Mayo24de2018

Grandesretosparalaproducciónagrícola-2050

CambioclimaticoConservaciónycalidadde

suelosyaguas

EconomíaCircularEnergíasrenovables

Menorusodeinsumosexternos

Producciondealimentos.InocuosMassanos

Altacalidadyrendimientos

Objetivos de Desarrollo Sostenible

Verstraete, L. et al., 2007, ICCC, 2016 ; COP23, 2017

1.Recuperaciónycalidaddesuelos

“La capacidad del suelo para funcionar con los recursos del ecosistema , para sostener la

productividad biologica, calidad ambiental, y promover la salud de plantas y animales”

Andrews S., Karlen D., Mitchell J., 2002. USDA, 2008. Soil quality Indicators

3.Inocuidad

Calidaddesuelo-productividad

aire25%

agua25%

particulas minerales

45%

materiaorgánica

5%

Componentesdelsueloorganismosvivos5%

raices,hojas10%

materiaestabilizada(humus)

45%

materialen

descomposicion40%

vResiduosFrescos- Soluble

MateriaOrgánicaParticulada

Humus

MateriaOrgánicaResistente

SolubleWSC• Solubleen elaguadelsuelo

• Facildescomposicion:<12meses

• Exudadosderaicesoproductosmicrobianos

• Compuestosorganicos simples• acidoscarboxilicos

• azucares• aminoacidos

ParticuladaPOM:labil- 5-15%SOC•Litter2mm•Heces•Detritus<53µ

•Descomposicioncontinua:<10años.Sensibleacambiosen uso ymanejo desuelo

•Fresca,proteje lasuperficie delsuelodedaño fisico.

•Energia ynutrientesparalosmicroorganismos yelsuelo.

Humus•Complejoquimico:>50-100años

•45to75%delaMO.•Nohumicos:polisacaridos

•Humicos:AH,huminas

•Sustentabilidad•Estructura•Nutrientes ypromotordecrecimiento

•Altarelacionarea/superficie• retención deagua(WHC)

•CIC• pH

Resistente

“OMinerte”:<100-1000años• Altocontenido deC:carbones,grafito,charredplantmaterials,

• Estructura,WHC,CIC,propuedadestermicas

Baldock and Skjemstad1999, Kravchenko et al., 2015

Incremento en laactividad biologica y

diversidad

Descomposición yciclaje deMO

Agregación departículas

Produccióndehumusysustancias

promotorasdecrecimiento

Aportedenurtientes

Detoxificacion decontaminantes

Mejoraenlaporosidad yestructura

Iinfiltración ycapacidadderetencióndehumedad

Reducción deenfermedades ynematodos enraiz

Rizzogénesis

Adición demateriaorgánica

Adaptado de Magdoff and Weil, 2004Mejorescosechasycalidad

EstabilidaddeAgregados

MOyCIC

Baja CIC Alta CICSustancias húmicas: supramoleculas de pequeñas moléculas diferente naturaleza que se aglomeran para formar macropolimeros

COMPLEJOS ARCILLO-HUMICOS

COMPLEJOS ARCILLO-HUMICOS

Picolo 2001, 2014

FuentesdeMO

AGROINDUSTRIALES-PECUARIOS• Residuos vegetales- cosecha• Estiércol&Guano• Mortalidad• Lodos/Fangos• Vinazas

MUNICIPALES• Restosurbanosorgánicos• Ornamento.• Lodosdedepuradora• Residuosdepapel

MARINOSPlantasmarinasyalgas.COMPOSTVERMICOMPOSTACIDOSHUMICOSTURBAS

Perú:DECRETO SUPREMO N° 016-2012-AG

ContenidosdeCyNdediferentesmateriales

Materiales(B.Seca) %C %N C/N

Aserrines 40 0.1 400

Podas,tallos,maiz 45 0.3 150

Pajadecaña 40 0.5 80

Hojasdeárboles 40 1 40

Estiercoldeequino 15 0.5 30

Estiercoldeovino 16 0.8 20

Estiercoldebovino 7 0.5 15

Estiercoldegallina 15 1.5 10

Estiercoldecerdo 24 2.4 10

Harinadesangre 35 15 2

Vinazaconcentrada 8,7 0,6 13,5

Compostderesiduosdecañaazucar- Colombia

Ingenio Providencia, Cali

Fresco Estabilizado Compostado Humificado

ProcesodeMineralizacióndeC

Ingenio Providencia, Colombia. 2015

BovinoCompostaje(díasdeproceso)

Termofílica Maduración

0 15 50 180 270

CE(mS/cm-1) 12,3 8,10 7,8 7,9 8,0

pH 8,26-8,30 8,07-8,86 9,20-9,40 9,50-9,6 9,18-9,27

Ctot 39-45 38-40 32-35 33-36 25-27

Ntot 2,2 2,4 2,9 3,1 2,4

C/N 17 15 12 11 11

CODmg/kgdw

7000 7300 3400 3100 2200

NH4 mg/kgw 600 1200 800 120 200

NO3 20 700 20 50 70

N-NH4/N-NO3 30 17,1 11,9 1,5 1,6

Psoluble 170 350 120 110 70

LODO ESTABILIZADO

COMPOST

Ingenio Providencia, Cali

Proceso aerobio de degradacion de materia orgánicaAltas temperaturas

Humedad controladaEstabilización y Madurez

0

8

23

46

76

107

18’2115-1812-159-126-93-60-3

36-4230-3624-3018-2412-186-120-6

48-5442-4836-4230-3624-3018-2412-186-120-6

42-4836-4230-3624-3018-2412-186-120-6

2 8 18 21 29 28 43 49 64 69 71 77 83 93 97

18’2115-181-159-126-93-60-3

0

8

23

46

76

107

2 8 18 21 29 28 43 49 64 69 71 77 83 93 97

2 8 18 21 29 28 43 49 64 69 71 77 83 93 97

2 8 18 21 29 28 43 49 64 69 71 77 83 93 97

0

8

23

46

76

107

0

8

23

46

76

107

0

8

23

46

76

107

2 8 10 15 20 21 22 27 28 29 30 34 44 49 50 64 69 71 77 84 90 97

2 8 10 15 20 21 22 27 28 29 30 34 44 49 50 64 69 71 77 84 90 97

2 8 10 15 20 21 22 27 28 29 30 34 44 49 50 64 69 71 77 84 90 97

2 8 10 15 20 21 22 27 28 29 30 34 44 49 50 64 69 71 77 84 90 97

0

8

23

46

76

107

0

8

23

46

76

107

0

8

23

46

76

107

24-2721-2418-2115-1812-159-126-93-60-3

18’2115-1812-159-126-93-60-3

225-550250-225175-200150-175125-150100-12575-10050-7525-500-25

O2 (%)

CO2 (%)

CH4 (%)

NO2 (µL L-1) NO2 (µL L-1)

CH4 (%)

CO2 (%)

O2 (%)

Dias de compostaje Dias de compostaje

Profundidad (cm)Profundidad (cm)Hao et al., 2001 Activo: Volteo c/2,5 semanas

Aireadas pasiva: forzado

Mineralizacion

AguaCO2

Microorganismos

Microorganismos

Contenido orgánicoazucares, proteinas

Sustanciashúmicas

CICymateriaorgánica

Stevenson, 1982.

COOHàCOO- + H+

OHàO- + H+

NH4+

K+

Mg+2

Ca+2

NH4+

K+

Mg+2

Ca+2

ComparaciónentreSHycompost

Parametro SH CompostFosfatasa acida* 32,9 1800-2000Fosfatasa alcalina* 2,97 800Ureasa** 13,7 1600-2000B-glucosidasa* 0 20-150Acidos Humicos (%) 8- 40% 6-8%C 10-40 25-30%N 0,5-2 >0,5pH 9-12 7-9

Fuente: Martínez et al, 2017 *µg p-nitrophenol/g*h**µg NH4/g*h

Tédecompost

Tédecompost

• Fraccióndelcompostsolubleenagua.

• Aeróbico• Extracciónde:

– Poblacionesbenéficasdemicroorganismos

– Sustanciasbiológicamenteactivas

• Aditivos:activadoresdefuncionesbiológicas

• Calidad:compost

Monitoreodeproduccióndetédecompost.

9.2

9.3

9.4

9.5

9.6

9.7

9.8

9.9

10

10.1

10:17:49

11:28:12

12:59:08

14:29:08

15:59:08

17:29:08

18:59:08

20:29:08

21:59:08

23:29:08

0:59:08

2:29:08

3:59:08

5:29:09

6:59:08

8:29:08

9:59:09

10:47:59

10:58:35

Tiempo

O2

(mg/

L)

7.40

7.50

7.60

7.70

7.80

7.90

8.00

11:00:00

13:00:00

14:15:00

15:30:00

16:45:00

18:00:00

19:15:00

20:30:00

21:45:00

23:00:00

0:15:00

1:30:00

2:45:00

4:00:00

5:15:00

6:30:00

7:45:00

9:00:00

10:15:00

horapH

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

CE

(dS/

m)

pHCE

28

Mantenimientodelaactividad

biológica

NutrientesN,P,K

CMateriaorgánica

Rhizosphere-bacteria photo courtesy of Plant Health Care, Inc.

FraccionesDe C

Alta, media y bajaSolubilidad

Rizogénesis

30

Mucigelbacteriano Cortex

endorizosfera

Rizoplano

Rizosfera

Apice radicular

Mucigel vegetal

Quehayrealmentedediversidadenelsueloylaplanta?

31

AmbientesdelaPlanta

EspermosferaRizosfera

Filosfera

Factores abioticosPrácticas culturales

Factores bioticos

Endofíticos

Microbiomas

1011 células g-1 de raíz>30.000 especies de procariotes Egamberdieva D. et al., 2008; Laskshamanan et al., 2014

Gruposfilogenéticosdeinteresagricola

MicrobiomaRizosferico

BuenosCrecimientoydesarrollo

Nutrición

Toleranciaalstress

Respuestasistemica

Protección

Feos

Contaminantesdealimentos

Malos

Patogenos

Adaptado de Mendes R., Garbeva P., Raaijmakers J., FEMS, 2013

Bioinoculantes

• Sonpreparaciones• Célulasvivasyactivosdemicroorganismosseleccionados

• Metabolitossecundarios

• Multiplicanartificialmente-

• Formulados

Martinez, 1997, Martinez et al 2010

Buenos

Microorganismosdeinterés

Bacterias Hongos Algas Virus

Rhizobium&Bradirhizobium

Trichoderma Ekloniamaxima NPVdeSpodoptera

Pseudomonasfluorescens

Beauveriabassiana Durvillaeaantartica NPVHelicoverpa

Bacillus Metariziumanisopliae

Ascophyllumnodosum

Azotobacter Paecilomyces Laminariasp.

Azospirillum Penicillium Fucussp.

Bacillusthuringiensis

Saccharomyces,Pichia

Macrocystispyrifera

Consortia HMA

pared

membrana

Cápsula

G.Funcionales

• Totales• Biofertilizantes:

– FijadorasdeN– Fosfatosolubilizadoras

• Biocontroladores– Antagonistas– Actinomycetes

• BiodegradadoresMO– Actividadenzimática

• Bioestimuladores

39

Biofertilizantes

• Productos que contienen– Microorganismos vivos– Promotores denutrición vegetalporincremento delaporte ydisponibilidad denutrientes primarios alaplanta.

– Enzimas hidrolíticas– Suelo yasemilla:Rhizobium,Azotobacter,yAzospirillium.

EstrategiasdefijacióndeN

41

Simbiotica / Bacteroides en raíz

Células endofíticas

Asociativo libre Libre no asociativo

SolubilizadoresdeFósforo

Fósforolabil

FosfatodeCa/MgFosfatodeFe/Al

fosforoSln.suelo

descomposición

solubilización

asimilación 2/3

1/3

Bacillus,PseudomonasHongosdemicorriza

EvaluaciónInvivoCaña:Longituddetallo

TO Agua , T1 fósforo (control positivo), T2 NPK (control de fertilización), T3 KNO3 (control de enraizador), T4 inóculo mixto (control de bacterias), T% fósforo + bacteria 1, T6 fósforo + bacteria 2, T7 fósforo + inóculo mixto (B1 + B2)

VARIABLE MEDIA GRUPOS

HOMOGENEOS A B C D E

Fósforo+B2 9,000 X Fósforo B1 +B2

7,750 X

Fósforo +B1 7,500 X B1 + B2 7,250 X * KNO3 6,750 X * * NPK 6,250 * * H2O 5,750 * * Fósforo 5,000 * B1: X maltophilia B2: E. cloacae Valor crítico por comparación: 1,0418 Nivel de significancia: 0.05 Error estándar por comparación: 0,3146 T0 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

HongosdeMicorriza

• Endo(HMA)/exomicorrizas

• Esporas- tejido• Asociadasbioquimicamenteaotros

• Elongaciónderaices• Protección• Nutrición:PyN

Biofertilizantes- Tipo

Biofertilizantes

NFijadores

PO4

solubilizadores

Zn,B,Si,Mnsolubilizadores

Kmovilización

Rhizobium &Co

Azospirillum

Azotobacter

Cianobacterias

Bradirhizobiumsp.

Guerinot, Dartmouth College. 2014

Simbionte obligado

MercadoMundialBiofertilizantes

78 %

148

PrincipioActivo

FijadoresdeN

PO4solubilizadores

Otros

http://www.grandviewresearch.com/industry-analysis/biofertilizers-industry

Bioinoculantes

Biofertilizantes

ICA, Res 375/2004/15

ControlBiológico(microbiológico)

• Antagonistas– Amensalismo– Competencia– Hiperparasitismo– Sideróforos

• Entomopatógenos:insectos,nematodos

– Bacterias– Hongos– Virus– Nemátodos

• ResistenciaSistemica:inducida,adquirida

Monilinia fructicola colonizada por Trichoderma sp

n Produccióndequitinasasn antibioticosn Controlde

n Rhizoctonian Dumpingoff:Pythiumultimun

Antagonismo- Trichodermasp.

Patógeno en suelo

ataque

enfermedad

Trichoderma sp

ataque

Planta sana

Metabolitos Secundarios

Patogeno

Piranocidos: Rhizoctonia /

Fusarium

Lactonas Botrytis/

Phytoptora

Antibioticos (Koniaginina)Gaenumannomyces

graminis/ Phytium sp.,

Fusarium ssp.Harzianolida: Rhizoctonia

Fusarium

Señal

RECEPTOR

TransmisionSeñal

(fitohormonas)

RESPUESTAIncremento de Ca+2

y cascada acido salicilico

ELICITOR(emisor)

Bacillussp.• B.subtilis,B.polimixa; B.amyloliquefaciens• Aerobico• Esporulado (Borrissetal.,2011)• Biocontrolyestimuladorendiferentescultivos• Metabolitos:

– Lipopeptidos ciclicos– Acidos volatiles

• Inducen resistencia sistemica (ISR)• Hongos,bacterias,virusynematodos.

VDK, Verticillium dahliae Kleb; SS, Sclerotinia sclerotiovum (Lib.) de Bary; FOC, Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum; RSK, Rhizoctonia solani Kahn.; FS, Fusarium solani(Mart.)App.etwoll.; ý PP, Phytophthora

parasitica var.nicotianae (Bredade Hean) Tucker

Li, et al., 2014

Levaduras

Bioinoculantes

Biofertilizantes

Biocontroladores

ICA, Res 375/2004

Fuente:ViverosHortiicol Colombia, 2013.

AIA AIB

Fasedeenraizamiento

MododeacciónMicroflorabenefica

Nutrición/estimulación/protección

vitaminas

Peptidosyaminoacidos

Azucares

Captura denutrientes

(N)

Quelación(micro)Acomplejamiento(S)

Solubilización(P,K,S,Fe,Zn)

Activacióndepromotores

Microbialhormonas, factoresdecrecimiento

Activadoresdedefensa

BarrerasActivadoresdedefensa Antioxidantes Protectantes

Tolerancia / resistencia:salinidad,UV,contaminates,inundaciones,sequia,tempreraturas, heladas,

Resistencia/toleranciaaplagasy

enfermedades

BioestimulantesMetabolitosdecadena

corta

Alcoholes/esteres

Nutrición

Respuestasbeneficasenplantas

Estrésbiótico

Estrésabiótico

Barreras

Biodiversidad

Bioestimulantes

• “Productosquecontienenunaomassustanciasy/omicroorganismoscuyafunción,alseraplicadasaplantasoenrizósfera”:– Estimularprocesosnaturales/proveerbeneficiosalasplantas– Promoveroaumentarlaabsorción/eficienciadenutrientes– Mejorarlatoleranciaalestrésabiótico– Mejorarlacalidaddecultivos

Biostimulant Coalition, 2012European Bioestimulant Industries Council, EBIC 2014

Segúnorigen

ISHS- Martínez, 2013

Animales(parasitoides)

QueratinaProteínas /aminoácidos

Microorganismos

Bacterias, hongos, nematodos, virus(Bioinoculantes)

Plantas- algasDurvillaea antarticaEchlonia maxiuma

(extractos, aceites, fibras)

Bioinoculantes

Bioestimuladores

Biocontroladores

BiorremediadoresBiodescomponedores

Biofertilizantes

Conocemosmáspero.....Eficienciaencampo?

Formulaciones??.....

• Concentracióndecelulasviables• Estabilidaddurantealmacenamiento• Actividadyestadofisiologicoalmomentodelaaplicación

Formulaciones

Inoculantesmicrobianos

Orgánicos• Suelo/turba• Compost/residuos

Inorganicos• Arcillas• Polimeros• Talco

Polimericos• PolimerosdeInmovilización

InoculantelíquidoMC+agua/aceite+

adtivos

SASAE

SANE

Acuosa

Granular

GD

PM

NormativaInoculantesMicrobianos-Perú

PlaguicidasBiologicos

Acondicionadoreseinoculantesbiologicos

Entomopatogenos:hongos,bacterias,protozoos,virusAntagonistas

BioherbicidasExtractosvegetalesPreparadosMineralesSeroquimicos:feromonas/aleloquimicos

MicroorganismosVivosOMGAcondicionadoresdesuelo

Parasitoides,predadores,antibióticosytoxinasdemicroorganismos.- Biocidaproducidosyusadosenlaagricultura familiar

Registro- calidad

Característicasquímicasyfísicas

ComposicionPureza/viabilidad

Patogenicidad

Purebasdeecotoxicologia

ydestinoambiental

Agronómicas

DECRETO SUPREMO Nº 001-2015-MINAGRI. 01.2015

InfluenciadeMOeInoculantes– Propiedades Fisicas

• Textura,estabilidad deagregados• Densidad

– Propiedades Químicas• CIC,N,P,K,S,Ca,Mg,H,metales• CO:materia orgánica,CO2.C/N

– Propiedades Biológicas– Actividad Microbiana– Respiracion– Mesofauna yGrupos funcionales

– Propiedades Bioquímicas– Enzimas– Metabolitos deinterés

IndicadoresIndicador Importancia

MateriaOrgánica Ciclajedenutrientes,acumulacióndepesticidas,retencióndeagua

Estructuradesuelo Infiltración,escorrentía,potencialdelixiviación,usoeficientedeaguaenplanta,potencialdeerosión

Agregación Estructuradesuelo,resistenciaalaerosión,emergenciadesemilla,infiltración

pH Disponibilidad denutrientes,absorcióndepesticidasNtotal,N-NH4,N-NO3,N-orgánico,Nmetabolizado

Disponibilidad deNparacultivos,potencialdelixiviación,tasasdemineralización,inmovilización

Densidadaparente Penetraciónderaíces,infiltración,disponibilidad deaguayaire,actividadmicrobiana

BiomasaMicrobiana Actividadbiológica, ciclajedenutrientes,biodegradabilidad decompuestos tóxicos

CE Crecimientoradicular,Infiltracióndeagua,estructuradesuelo

Csoluble Actividadmicrobiana,productividaddesueloβglucosidasa/fosfatasas Actividadmicrobiana,MO,WSC/PdisponibleRespiraciónmicrobiana Actividadmicrobiana,productividaddesuelo,MO,

toxicidad

Calidaddesuelos

Biológicos

RecuentosMicroorganismos

Patógenos Benéficos

Gruposfuncionales

Mesofauna

Indicadores(lombrices)

Totalidad

Diversidad

C,Nmicrobiano

Biomasamicrobiana

Bioquímicos

Enzimas

RespiraciónCO2

ProductosGlomalina,AIA

Físicos

Textura

Estabilidaddeagregados

Capacidadderetenciónde

agua

Químicos

Macroymicronutrientes

disponiblesytotales

pHyCE

MateriaOrgánica

Sensibilidaddelaspropiedadesdelsueloacambioseneltiempo

<2año

s

2-5años

<1año5->10años

TexturaDensidadProfundidaddecapaarableCICpHOCMO

%Ntotal%PCE

RespiraciónmicrobianaEstabilidaddeagregados

CarbonosolubleNmineralizableRetenciondehumedadInfiltraciónEnzimasDiversidad

Indicadores Agronómicos

° BrixAcidezAntocianinasPolifenoles

Sensorial TestWeightDiameter/Size

Tiempo, Madurez, Firmeza Peso/calidad: Rendimiento

Calidad de Fruta

Aplicacionessitio-especificasdecompost enbaseaNDVI

Enero 2015 Diciembre 2015

Vina La Rosa, Chile -2015

MIN-Frutales

Control

Integrado

Densidad de raíces afectada por tratamientos

P<0.001

0

5

10

15

20

25

Integrado Control

Den

sida

dRa

dicalKg/m3

Tratamiento

Poblete et al., 2018

Densidad radicular en función de la concentración de C: compost (C) presencia o ausencia de fertilizacion (F) e inoculante microbiano(I)

Fincheira et al., 2017; Martínez et al., 2018

Compost Compost + inoculanteCompost Compost + inoculante

EfectoMINendensidadradicular-Thompsonseedless

Inceptisol, 1% MO

EfectodelasaplicacionesdeCyMINenelrendimientodeUvademesa

Martínezetal.,2017

Primeratemporada Segunda temporada

Laaplicaciónde1kgdeCha-1:elrendimientoexportableenaprox.4-8kgdeuva/ha.400kgCha-1:elincrementopodríaserde1600a3200kgdefrutaha-1 o250a500cajas/ha

Indicadores bio-químicos para aplicación oseguimiento

Acid phosphatase activityµM PNP g-1 h-1

27.724.423.222.316.4

β-GlucosidaseµM PNP g-1 h-1

26.313.410.19.16.8

Ammonium Monooxigenase

µg N-NO2 g-1 h-1

0.260.180.150.110

Aplicaiones en cultivos de Arroz- Parral, Chile. Ortega et al., 2008

Peralesenrecuperación-ActividadDeshidrogenasa-

MIN

Control

Poblete et al., 2018

ContenidodeMateriaOrgánicaenelsuelo

MIN

Control

Poblete et al., 2018

ManejoIntegradodeNutriciónyCultivosTecnologiadiagnostico

Evaluaciónprropiedadesdesuelo,agua,

tejido

Materiaorgánica

Insumosmas

eficientes

Dosisjustas

Bioproductos

Agriculturadeprecisión

Agricultura Convencional

Agricultura Orgánica

ConclusionesMateriaOrgánica:• AplicareconomiaCircular:

Residuos/aportesdeC/composiciónycalidad

• Afectacalidaddesuelos

Bioinoculantesmicroorganismos beneficosMicrobiomasdelaplantapromueven laactividadrizosfericay

elmetabolismoenplantaRequierenCcomofuentedeCy

Energia

• Indicadoresdecalidaddesuelosycultivos:– Quimicos,fisicos,biologicos,bioquimicosy

inocuidad• Sensiblesacambiosentiempo• Bioquimicas/biologicas

– Analisismultivariadodeindicadores:IndicesdeCalidaddecultivo

• Agronomicos• NDVI• Bioquimicos...otros

MuchasGracias

Bernal P., Martinez M., Pantoja A., 2013 / 2015

http://www.fao.org/3/a-i3388s.pdf

mmmartinez@unibon-de