inoculantes microbianos, materia orgánica y calidad de
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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
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46
76
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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