Empleo de biofertilizantes bacterianos como alternativa sostenible para la fertilización

Algunas bacterias son capaces de fijar nitrógeno atmosférico, algunas lo hacen en vida libre como las pertenecientes a los géneros Azospirillum o Azotobacter, o estableciendo simbiosis con leguminosas, como las bacterias del género Rhizobium. Además, otras especies son capaces de mejorar la captación de micronutrientes por parte de las plantas a través de mecanismos directos o indirectos.

La implementación de modernas tecnologías y procedimientos avanzados permitieron, a comienzos del siglo XX, conseguir aumentar las producciones agrícolas, para de esta forma, satisfacer la demanda creciente de alimentos. Algunas décadas más tarde, tuvo lugar la llamada Revolución Verde, un período en el que fueron incrementados significativamente los rendimientos agrícolas aplicando diversas estrategias como fueron la mejora genética vegetal que permitió seleccionar variedades que podían adaptarse a diferentes ambientes, la selección de plantas resistentes a estreses tanto abióticos como bióticos, una mejoría y perfeccionamiento en las técnicas de riego, modificaciones en los tiempos de siembra-cosecha, un mejor control de malas hierbas y un aumento en la aplicación de fertilizantes y pesticidas químicos.

En estos momentos la situación ha cambiado y la sociedad demanda estrategias acordes a este tiempo. Por ello, el sistema agrícola debe abordar un cambio en sus sistemas productivos con el fin de minimizar la utilización de fertilizantes químicos y reemplazarlos por alternativas más sostenibles. El empleo abusivo de estos productos genera problemas asociados a la sobredosificación y a la pérdida de eficiencia por lixiviación en los sistemas acuáticos. La generación de los fertilizantes químicos está asociada al consumo de grandes cantidades de energía y a la consiguiente emisión de CO₂. En el caso de los abonos fosfatados hay que añadir la problemática del agotamiento de los yacimientos mineros que permiten la obtención de fosfato de roca utilizado como sustrato para su producción.

En este contexto, las últimas directrices políticas europeas plasmadas en la Política Agraria Comunitaria (PAC) abogan por el uso de técnicas más sostenibles con el medio ambiente. Dentro de estas prácticas se encuentra la reducción de labranza o la rotación de cultivos, a través de la cual se fomenta el uso de cultivos como las leguminosas, capaces de aportar nitrógeno al terreno. La mayoría de las nuevas técnicas propuestas inciden directamente sobre los microorganismos del suelo, los cuales están influenciados por las precipitaciones, la materia orgánica o las propiedades fisicoquímicas del suelo.

Dentro de la amplísima variedad de poblaciones microbianas encontramos aquellos microorganismos que, a través de mecanismos directos y/o indirectos, son capaces de interactuar con los cultivos estableciendo relaciones muy estrechas, como la que existe entre los rizobios y las plantas leguminosas, en las que los microorganismos son capaces de aportar nitrógeno a la planta.

Estas bacterias beneficiosas que interaccionan con las plantas se han denominado bacterias PGPB del inglés 'Plant Growth Promoting Bacteria'. El uso de estas bacterias en una amplia variedad de cultivos es el foco de numerosas investigaciones científicas en todo el mundo desde las últimas décadas. Además, su aplicación en los cultivos ha sido catalogada como una herramienta destacable en la mejora de la producción y calidad agrícola, vislumbrando un futuro cercano muy prometedor.

Dentro de los mecanismos directos para promocionar el crecimiento y el desarrollo vegetal por parte de las bacterias PGPB encontramos la fijación de nitrógeno atmosférico, bien en vida libre por bacterias de géneros como Azospirillum o Azotobacter, o en simbiosis por bacterias del género Rhizobium.

Otro mecanismo de promoción es la solubilización de fosfato, a través del cual las bacterias PGPB modifican la fracción insoluble de fósforo del suelo dejando disponible el elemento para las plantas. La producción de fitohormonas ha sido descrita desde hace años como un mecanismo clave en el desarrollo radicular de las plantas, aumentando su tamaño y densidad. Algunas de estas bacterias son también capaces de mejorar la captación de micronutrientes como hierro o magnesio a través de la producción de sideróforos.

Finalmente, dentro de los mecanismos indirectos encontramos la competencia por el espacio y por los nutrientes con los patógenos, llegando a producir moléculas activas frente a fitopatógenos como hongos, nematodos o incluso otras bacterias, o induciendo e incrementando la respuesta defensiva propia de las plantas.

Es importante resaltar que, aunque las bacterias presenten cualidades beneficiosas y produzcan los efectos esperados en los cultivos, no todas pueden ser utilizadas como biofertilizantes. Debe primar la seguridad tanto para el medio ambiente, las plantas, los animales y el ser humano. Además, hay que tener especial cuidado en aquellos cultivos consumidos en fresco, como muchas hortalizas.

Dentro de las bacterias PGPB encontramos los rizobios, un grupo de bacterias utilizadas como inoculantes y conocidas por su capacidad de establecer simbiosis con plantas leguminosas. Además, en los últimos años, se ha demostrado que los rizobios son capaces de promover no solo el crecimiento vegetal de leguminosas y diferentes hortícolas, sino también mejorar la calidad nutricional de los cultivos.

La espinaca, Spinacea oleracea L., es un cultivo de gran interés culinario cultivada como verdura por sus grandes hojas comestibles de color verde oscuro. Este cultivo, procedente de regiones asiáticas, fue introducido en Europa sobre el año 1000, sin embargo, su usó se popularizó a partir del siglo XVIII.

En España, el cultivo de la espinaca se realiza fundamentalmente al aire libre en regadío, aunque las zonas del interior penínsular aumentan su producción en invernadero año tras año. Según el Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación la espinaca es la tercera hortaliza producida con destino a la industria congeladora tras el guisante y la judía. España es el undécimo país productor de espinaca a nivel mundial y el cuarto país europeo.

A nivel nutritivo, la espinaca es un cultivo con gran interés debido a sus concentraciones de compuestos fenólicos en las hojas. Es un vegetal muy rico y variado en compuestos antioxidantes descritos por su papel e importancia en la salud humana.

Los resultados obtenidos en nuestras investigaciones muestran que la aplicación de una cepa rizobiana en cultivos de espinaca provocan un mayor desarrollo de las plantas inoculadas respecto a las plantas control. La promoción más destacable fue descrita a los 5 días tras la fertilización, donde los valores de promoción alcanzaron el 90% en el desarrollo radicular del tratamiento con la cepa utilizada respecto al tratamiento control. Este mayor desarrollo radicular confiere a las plantas beneficios destacables relacionados con la disminución de los efectos negativos del estrés térmico e hídrico, así como una mayor superficie de absorción de nutrientes y una mayor fijación al sustrato.

Al tratarse de un cultivo cuyo interés agroalimentario reside en las hojas comestibles, el desarrollo de la parte aérea es de suma importancia. En todos los días de análisis las plantas inoculadas mostraron un mayor desarrollo vegetal respecto a las plantas sin biofertilizar.

En base a los resultados anteriores realizamos un ensayo en condiciones de invernadero. Las espinacas son un alimento que puede ser consumido en diferentes estados del desarrollo vegetal. En primer lugar, y en base a la creciente moda de las hortalizas 'baby' encontramos aquellas espinacas de menor tamaño, que llegan a alcanzar aproximadamente una longitud de hoja de hasta 8-10 centímetros en el momento de la recolecta. La otra categoría corresponde a plantas de un tamaño 'adulto' superior al anteriormente mencionado.

La inoculación de las plantas con la cepa rizobiana mostró un desarrollo vegetal significativamente mayor en ambas medidas realizadas. En la figura 1 se observa el aumento significativo en el número de hojas y longitud de la parte aérea, lo que se traduce también en un aumento del peso fresco por planta. El aumento en el número de hojas alcanzó valores superiores respecto al control de 50% y 25%, respectivamente, en las plantas biofertilizadas.

Figura 1. Comparación del desarrollo vegetal de plantas de espinaca en condiciones de invernadero. (A) Plantas de espinaca tamaño 'baby'. (B) Plantas de espinaca tamaño 'adulto'.

Al tratarse de un cultivo en el que se consume la parte aérea, la apariencia y el aspecto que percibe el consumidor es relevante. Por ello, una de las variables analizadas fue el contenido de clorofila en las hojas de ambos tratamientos. Las plantas inoculadas presentaron valores significativamente superiores de clorofila, característica muy apreciada cuando se trata de cultivos de hojas verdes comestibles porque este incremento se traduce en color verde más intenso en las hojas.

También analizamos el contenido nutricional de ambos tratamientos, observando que el contenido de nitrógeno en plantas de espinaca de tamaño 'adulto' biofertilizadas respecto a las plantas del tratamiento control alcanzó un aumento del 80.1%.

Además, analizamos la concentración de otros elementos como Fe, Na, K, Mg o P apreciando que las plantas de espinaca biofertilizadas presentaron valores superiores respecto al control.

Los análisis realizados demuestran por primera vez el beneficio que supone emplear como biofertilizante una cepa bacteriana seleccionada del género Rhizobium en cultivos de espinaca. Los resultados obtenidos apoyan el empleo de este tipo de biofertilizantes afianzando esta práctica como una estrategia viable capaz de aportar resultados positivos, así como nuevas vías de actuación en los sistemas agrarios, los cuales quedan englobados dentro de los cambios requeridos por las nuevas políticas agrícolas.

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