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La Alianza de Biodiversidad Internacional y el Centro Internacional de Agricultura Tropical, Julio 2023

La ganadería, la industria del petróleo y los vertederos son los principales productores de metano, un potente gas de efecto invernadero. No obstante, otro contribuyente importante, aunque menos conocido, es uno de los cultivos más populares del mundo: el arroz. Las plantas de arroz liberan metano del campo de arroz inundado hacia la atmósfera.

Un nuevo artículo de investigadores de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) ha encontrado que es posible reducir las emisiones de este gas mediante el desarrollo de nuevas variedades de arroz.

Según el Banco Mundial, el cultivo del arroz es responsable del 10% de las emisiones globales de metano y también contribuye a las emisiones de óxido nitroso y dióxido de carbono. A pesar de esto, la emisión de gases de efecto invernadero en los sistemas de producción de arroz, particularmente en la región de América Latina y el Caribe, ha sido un área de investigación, en gran medida sin explotar, a fin de reducir las emisiones globales.

En un nuevo artículo publicado en la revista All Earth, investigadores de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el CIAT encontraron que la transición a sistemas de producción de arroz con bajas emisiones de metano, puede acelerarse utilizando las diferencias genéticas de las plantas en relación con la productividad, y las características de la raíz, para desarrollar una variedad de arroz que pueda mantener los rendimientos actuales, pero con menos emisiones globales de gases de efecto invernadero.

El equipo exploró las influencias genéticas en las emisiones de metano y destacó la necesidad de seguir desarrollando híbridos que aprovechen las diferencias en las raíces y otras características anatómicas de la parte aérea de las plantas, en relación con este tipo de emisiones.

María Fernanda Álvarez, líder del programa de arroz de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el CIAT, y una de las autoras del artículo, explicó qué si bien los híbridos de mayor rendimiento que estudiaron tienen mayores emisiones absolutas de metano que las variedades actuales, generan una cantidad de metano similar por grano de arroz producido.

Esto implica qué al adoptar híbridos de arroz, los agricultores pueden alcanzar los objetivos de producción sin aumentar significativamente la emisión de metano por grano de arroz producido en comparación con las variedades de menor rendimiento.

Debemos reconocer que no es fácil reducir las emisiones de metano y mantener sistemas productivos de arroz, pero nuestros resultados sugieren que hay esperanza”, dijo Álvarez.

Reducir las emisiones de arroz

Cuando el suelo se inunda, como ocurre en la producción de arroz, se producen condiciones de bajo oxígeno (anaerobias) en las que prosperan bacterias productoras de metano.

La planta de arroz usa su tejido de aerénquima (tejido vegetal esponjoso parecido a una chimenea) para permitir que el oxígeno se mueva hacia las raíces y las bacterias productoras de metano en el suelo usan el mismo tejido para enviar metano a la atmósfera.

Paul Abayomi S. Soremi, primer autor del artículo y actualmente profesor de la Universidad Federal de Agricultura en Abeokuta, Nigeria, explicó qué en condiciones de anegamiento, las raíces de las plantas en general y las del arroz en particular son responsables de absorber y expulsar gases, incluido el metano.

«Los retos para disminuir la emisión de metano a través de la expresión del aerénquima incluyen la falta de disponibilidad de equipos adecuados y actualizados para caracterizar el aerénquima, la enorme necesidad de consumibles y la capacidad humana no apropiada», dijo, «Esto requiere una enorme inversión financiera».

Soremi explicó que este aspecto de la transferencia de metano no se ha investigado a fondo.

«Hay escasez de información adecuada sobre la optimización del aerénquima para disminuir la emisión de metano en condiciones de anegamiento”, dijo.

Un futuro con menos emisiones

Ngonidzashe Chirinda, profesor de agricultura tropical sostenible en la Universidad Politécnica Mohammed VI de Marruecos, coautor del artículo y experto en el impacto de la agricultura en los gases de efecto invernadero, dijo que se necesitaba más investigación sobre la fisiología de las plantas para desarrollar la próxima generación de variedades con emisiones bajas de metano.

Chirinda explica que, si bien no existen soluciones mágicas en lo que respecta a las emisiones del cultivo de arroz, la esperanza es lograr la aceptación de la comunidad e incluso certificar potencialmente las reducciones de emisiones en el futuro para que los agricultores sean compensados ​​por reducir las emisiones mientras mantienen o aumentan sus rendimientos.

«Para llevar esto a una mayor escala de adopción, es necesario incentivar a los agricultores para que implementen las buenas prácticas y, si se puede disponer de un arroz con bajas emisiones y alto rendimiento, se pueden lograr ambos objetivos», dijo Chirinda, «Todos ganan: el agricultor gana, el medio ambiente gana y el futuro gana».

La Alianza de Biodiversidad Internacional y el Centro Internacional de Agricultura Tropical, Julio 2023)

La ganadería, la industria del petróleo y los vertederos son los principales productores de metano, un potente gas de efecto invernadero. No obstante, otro contribuyente importante, aunque menos conocido, es uno de los cultivos más populares del mundo: el arroz. Las plantas de arroz liberan metano del campo de arroz inundado hacia la atmósfera.

Un nuevo artículo de investigadores de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) ha encontrado que es posible reducir las emisiones de este gas mediante el desarrollo de nuevas variedades de arroz.

Según el Banco Mundial, el cultivo del arroz es responsable del 10% de las emisiones globales de metano y también contribuye a las emisiones de óxido nitroso y dióxido de carbono. A pesar de esto, la emisión de gases de efecto invernadero en los sistemas de producción de arroz, particularmente en la región de América Latina y el Caribe, ha sido un área de investigación, en gran medida sin explotar, a fin de reducir las emisiones globales.

En un nuevo artículo publicado en la revista All Earth, investigadores de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el CIAT encontraron que la transición a sistemas de producción de arroz con bajas emisiones de metano, puede acelerarse utilizando las diferencias genéticas de las plantas en relación con la productividad, y las características de la raíz, para desarrollar una variedad de arroz que pueda mantener los rendimientos actuales, pero con menos emisiones globales de gases de efecto invernadero.

El equipo exploró las influencias genéticas en las emisiones de metano y destacó la necesidad de seguir desarrollando híbridos que aprovechen las diferencias en las raíces y otras características anatómicas de la parte aérea de las plantas, en relación con este tipo de emisiones.

María Fernanda Álvarez, líder del programa de arroz de la Alianza de Biodiversidad Internacional y el CIAT, y una de las autoras del artículo, explicó qué si bien los híbridos de mayor rendimiento que estudiaron tienen mayores emisiones absolutas de metano que las variedades actuales, generan una cantidad de metano similar por grano de arroz producido.

Esto implica qué al adoptar híbridos de arroz, los agricultores pueden alcanzar los objetivos de producción sin aumentar significativamente la emisión de metano por grano de arroz producido en comparación con las variedades de menor rendimiento.

Debemos reconocer que no es fácil reducir las emisiones de metano y mantener sistemas productivos de arroz, pero nuestros resultados sugieren que hay esperanza”, dijo Álvarez.

Reducir las emisiones de arroz

Cuando el suelo se inunda, como ocurre en la producción de arroz, se producen condiciones de bajo oxígeno (anaerobias) en las que prosperan bacterias productoras de metano.

La planta de arroz usa su tejido de aerénquima (tejido vegetal esponjoso parecido a una chimenea) para permitir que el oxígeno se mueva hacia las raíces y las bacterias productoras de metano en el suelo usan el mismo tejido para enviar metano a la atmósfera.

Paul Abayomi S. Soremi, primer autor del artículo y actualmente profesor de la Universidad Federal de Agricultura en Abeokuta, Nigeria, explicó qué en condiciones de anegamiento, las raíces de las plantas en general y las del arroz en particular son responsables de absorber y expulsar gases, incluido el metano.

«Los retos para disminuir la emisión de metano a través de la expresión del aerénquima incluyen la falta de disponibilidad de equipos adecuados y actualizados para caracterizar el aerénquima, la enorme necesidad de consumibles y la capacidad humana no apropiada», dijo, «Esto requiere una enorme inversión financiera».

Soremi explicó que este aspecto de la transferencia de metano no se ha investigado a fondo.

«Hay escasez de información adecuada sobre la optimización del aerénquima para disminuir la emisión de metano en condiciones de anegamiento”, dijo.

Un futuro con menos emisiones

Ngonidzashe Chirinda, profesor de agricultura tropical sostenible en la Universidad Politécnica Mohammed VI de Marruecos, coautor del artículo y experto en el impacto de la agricultura en los gases de efecto invernadero, dijo que se necesitaba más investigación sobre la fisiología de las plantas para desarrollar la próxima generación de variedades con emisiones bajas de metano.

Chirinda explica que, si bien no existen soluciones mágicas en lo que respecta a las emisiones del cultivo de arroz, la esperanza es lograr la aceptación de la comunidad e incluso certificar potencialmente las reducciones de emisiones en el futuro para que los agricultores sean compensados ​​por reducir las emisiones mientras mantienen o aumentan sus rendimientos.

Referencias:

The Alliance of Bioversity International and the International Center for Tropical Agriculture. (5 de Julio de 2023). PHYS ORG. Obtenido de In search of rice to reduce methane emissions: https://phys.org/news/2023-07-rice-methane-emissions.html

 (Krishna Ramanujan, Cornell University, 2022)

¿Cómo podemos aumentar la producción de alimentos en más del 50%, con una cantidad limitada de tierra cultivable, para alimentar a 10 mil millones de personas proyectadas para 2050?

La solución podría venir en forma de microalgas nutritivas y ricas en proteínas (unicelulares), cultivadas en sistemas de acuicultura terrestres alimentados con agua de mar.

El artículo, titulado «Transformando el futuro de la acuicultura marina: un enfoque de economía circular», publicado en la edición de septiembre de Oceanography, describe cómo el cultivo de algas en tierra podría cerrar una brecha proyectada en las demandas nutricionales futuras de la sociedad y al mismo tiempo mejorar la sostenibilidad ambiental.

«Tenemos la oportunidad de producir alimentos que sean altamente nutritivos, de rápido crecimiento, y podemos hacerlo en ambientes donde no estamos compitiendo por otros usos», dijo Charles Greene, profesor emérito de Ciencias Atmosféricas y de la Tierra y principal autor del artículo. «Y debido a que los estamos produciendo en instalaciones relativamente cerradas y controladas, no tenemos el mismo tipo de impactos ambientales».

Incluso a medida que la población de la Tierra crezca en las próximas décadas, el cambio climático, la limitada tierra cultivable, la falta de agua dulce y la degradación ambiental, limitarán la cantidad de alimentos que se pueden ´producir, según el documento.

«Simplemente no podemos alcanzar nuestros objetivos con la forma en que actualmente producimos alimentos y nuestra dependencia de la agricultura terrestre», dijo Greene.

Con las poblaciones de peces silvestres ya fuertemente explotadas, y con limitaciones en la acuicultura de peces marinos, mariscos y algas marinas en el océano costero, Greene y sus colegas abogan por el cultivo de algas en las instalaciones de acuicultura en tierra. Los modelos basados ​​en GIS, desarrollados por la exalumna de posgrado de la Universidad de Cornell, Celina Scott-Buechler ’18, MS ’21, predicen los rendimientos en función de la luz solar anual, la topografía y otros factores ambientales y logísticos. Los resultados del modelo revelan que las mejores ubicaciones para las instalaciones de cultivo de algas en tierra se encuentran a lo largo de las costas sur del mundo, incluidos los entornos desérticos.

«Las algas realmente pueden convertirse en el nuevo granero mundial», dijo Greene. «En esa estrecha franja de tierra, podemos producir más que toda la proteína que el mundo necesitará».

Además del alto contenido de proteínas, los investigadores observaron que las algas proporcionan nutrientes que faltan en las dietas vegetarianas, como aminoácidos esenciales y minerales que se encuentran en la carne y ácidos grasos omega-3 que a menudo se obtienen de pescados y mariscos.

Las algas, que crecen 10 veces más rápido que los cultivos tradicionales, se pueden producir de una manera más eficiente que la agricultura en cuanto al uso de nutrientes. Por ejemplo, cuando los agricultores agregan fertilizantes de Nitrógeno y Fósforo para producir cultivos agricolas, aproximadamente la mitad se escurre de los campos y contamina las vías fluviales. Con las algas cultivadas en instalaciones cerradas, el exceso de nutrientes puede capturarse y reutilizarse.

De manera similar, se debe adicionar dióxido de carbono a los estanques de acuicultura para producir algas. Los investigadores y las empresas han estado experimentando con la adición de algas a los materiales de construcción y al cemento, donde el carbono es secuestrado y removido de la atmósfera. «Si usamos algas en estos materiales estructurales de larga vida, entonces tenemos el potencial de ser Carbono negativo y parte de la solución al cambio climático «, dijo Greene.

Un desafío es que el abastecimiento de CO₂ actualmente es costoso y energéticamente ineficiente, pero los ingenieros están experimentando con tecnologías solares concentradas que usan espejos para enfocar y concentrar la luz solar para calentar un fluido de trabajo, que a su vez puede usarse en tecnologías de captura directa que capturan Dióxido de Carbono del aire.

Si bien, el cultivo de algas en teoría resuelve muchos problemas relacionados con los alimentos, así como problemas ambientales, solo puede tener éxito si las personas las adoptan en las dietas y para otros usos. Una posibilidad es agregar algas nutritivas como ingrediente principal o suplemento en las carnes de origen vegetal, que actualmente dependen de la soja y los guisantes que son menos nutritivos que las algas.

Referencias:

Cornell University. (6 de Octubre de 2022). Onshore algae farms could become ‘breadbasket for Global South’. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-10-onshore-algae-farms-breadbasket-global.html

 (Chinese Academy of Sciences, 2022)

Investigadores del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo (IGDB) de la Academia de Ciencias de China (CAS) identificaron el primer gen de resistencia viral de plantas monocotiledóneas que codifica una proteína del receptor inmunitario repetido (NLR) rica en leucina que se une a nucleótidos, en un pasto silvestre perteneciente al género Brachypodium. Dicho gen se podría emplear para mejorar la resistencia de los cultivos de cereales (trigo y cebada) al virus del mosaico rayado de la cebada (BSMV). Los resultados fueron publicados en la revista New Phytologist.

Las enfermedades virales amenazan seriamente la productividad de los cultivos. Aunque se han identificado varias proteínas NLR que confieren resistencia a virus específicos en plantas dicotiledóneas, no se había encontrado una proteína NLR involucrada en la resistencia viral en plantas monocotiledóneas, incluyendo los cultivos de cereales más importantes trigo, arroz, maíz, cebada, avena, etc. El BSMV es un virus de ARN tripartito de cadena positiva que infecta la cebada (Hordeum vulgare L.), el trigo (Triticum aestivum L.) y la avena (Avena sativa L.), en los que causa graves pérdidas de rendimiento.

Durante las últimas dos décadas, se han logrado importantes avances hacia la comprensión de los procesos de infección de BSMV, sin embargo, los estudios de las interacciones incompatibles durante las interacciones virus-gramíneas se están quedando rezagados. Por lo tanto, la identificación y extracción de nuevos genes de resistencia al BSMV proporcionaría una base para prevenir enfermedades causadas por el BSMV.

Brachypodium distachyon, un miembro de la subfamilia Pooideae de la familia de las Gramíneas (Poaceae), has surgido como una especie modelo para el estudio de cultivos de cereales de ciclo otoño-invierno (cebada, trigo, avena y centeno). Esta pequeña planta es fácil de cultivar, autofértil, tiene un genoma pequeño, un ciclo de vida corto y una gran variabilidad genética.

En este estudio, los investigadores clonaron el primer gen de resistencia al BSMV, resistencia a la raya de cebada 1 (BSR1) que codifica una proteína típica CC-NBS-LRR (NLR) de la línea endogámica Bd3-1 de B. distachyon mediante clonación basada en mapas. Descubrieron que el gen BSR1 del pasto silvestre Brachypodium puede usarse para mejorar la resistencia al BSMV en trigo y cebada.

El análisis de variación de secuencia reveló que BSR1 solo estaba presente en unas pocas muestras de B. distachyon recolectadas en Turquía-Irak y en las muestras de B. hybridum recolectadas en Israel. El gen susceptible bsr1 es bastante interesante con una única inserción de región en el extremo C-terminal, lo que resulta en la pérdida de la respuesta hipersensible típicamente inducida por la proteína de movimiento Triple Gene Block 1 (TGB1) del virus BSMV.

Usando ensayos biológicos, microscopía confocal, análisis mutacional e inmunoprecipitación, los investigadores demostraron de manera convincente que los aminoácidos 390/392 de TGB1 son clave para la interacción con BSR1. En la proteína Brachypodium BSR1, han identificado dos aminoácidos G196/K197 en el bucle P, que son cruciales para la interacción BSR1-TGB1.

Las interacciones BSR1-TGB1 también ocurren en cebada, trigo y N. benthamiana, lo que demuestra la importancia de usar la planta modelo Brachypodium para encontrar nuevos genes para mejorar los cultivos de cereales y analizar el misterio de la resistencia innata de las plantas monocotiledóneas contra los virus.

Referencias:

Chinese Academy of Sciences. (6 de Septiembre de 2022). Researchers identify virus resistance gene from wild grass for cereal crop improvement. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-09-virus-resistance-gene-wild-grass.html

(University of Illinois at Urbana-Champaign, 2022)

Miscanthus es uno de los cultivos perennes más prometedores para la producción de bioenergía, ya que puede producir altos rendimientos con una pequeña huella ambiental. Este pasto versátil tiene un gran potencial para funcionar aún mejor, ya que se ha puesto mucho menos esfuerzo en mejorarlo a través del mejoramiento genético; en comparación con los cultivos básicos establecidos, como el maíz o la soya.

No obstante, el mejoramiento debe volverse más rápido y más eficiente si se quiere alcanzar el potencial de producción de biomasa sostenible y resiliente en Miscanthus. Un cuello de botella clave en el proceso es la capacidad de medir el crecimiento de miles de variedades del cultivo en el campo y seleccionar las pocas variedades que funcionan mejor. Esto requiere tecnologías nuevas y sofisticadas para capturar datos y analizarlos de forma más eficiente.

Un estudio realizado por investigadores del Centro de Innovación Avanzada de Bioenergía y Bio-productos (CABBI) demostró cómo los vehículos aéreos no tripulados (UAV o drones) combinados con métodos de aprendizaje automático de vanguardia pueden ayudar a seleccionar los mejores genotipos candidatos en los programas de mejoramiento genético de Miscanthus. El equipo utilizó redes neuronales (sistemas informáticos modelados a partir del cerebro y el sistema nervioso humanos) para analizar imágenes aéreas de muy alta resolución e identificar rasgos clave del Miscanthus durante la temporada de crecimiento del cultivo.

En particular, los investigadores de CABBI destacaron que el uso de redes neuronales diseñadas para analizar datos en tres dimensiones (dos dimensiones en el espacio, más el tiempo) permitió mejores estimaciones de las características de los cultivos (momento de floración, altura y producción de biomasa) que las de las redes neuronales tradicionales, que analizan datos en solo dos dimensiones en el espacio. Esto les permitió aprovechar la información respecto a cómo cambia con el tiempo cada una de las miles de plantas en el campo. Además, la red neuronal tridimensional demostró ser capaz de ejecutar automáticamente aspectos del proceso de análisis de imágenes (es decir, encontrar plantas en la imagen) lo cual en muchos otros casos requiere una intervención manual sustancial, que demoraría el proceso.

Esto es especialmente importante en pastos perennes altamente productivos como el Miscanthus, donde el fenotipado en el campo es más complicado y más gratificante.

El estudio, publicado en Remote Sensing, fue dirigido por el Investigador Postdoctoral Sebastián Varela en CABBI, un Centro de Investigación de Bioenergía financiado por el Departamento de Energía de EE. UU.; Andrew Leakey, Director de CABBI, Profesor y Jefe del Departamento de Biología Vegetal, y Profesor del Instituto Carl R. Woese de Biología Genómica (IGB), Departamento de Ciencias de Cultivos y el Centro de Agricultura Digital de la Universidad de Illinois Urbana- Champán; y Erik Sacks, líder temático adjunto de CABBI para producción de materias primas y profesor de ciencias de cultivos e IGB en Illinois.

Este fue el primer intento de utilizar el monitoreo intensivo de datos de grandes poblaciones genéticamente diversas de Miscanthus utilizando tecnologías digitales. Para su evaluación, los investigadores utilizaron drones para capturar imágenes de alta resolución de los cultivos en 10 ocasiones durante la temporada de crecimiento, junto con datos terrestres de miles de genotipos de Miscanthus, para determinar su momento de floración, altura y rendimiento de biomasa. La fotogrametría combinada de imágenes, que proporciona modelos de superficie digitales, y la tecnología de detección multiespectral que puede obtener imágenes no visibles para el ojo humano apoyó de manera importante en este desarrollo.

«Este es un paso entusiasmante hacia el desarrollo de aplicaciones digitales que pueden facilitar la selección de los mejores genotipos candidatos por una fracción del costo de la selección manual tradicional», dijo Leakey. «Ese es solo un paso clave en el trabajo más amplio que CABBI está haciendo para brindar la comprensión científica y los avances tecnológicos necesarios para hacer que la bioenergía rentable y benéfica para el medio ambiente, sea una realidad para el centro de EE. UU.»

Dijo Sacks: «Nuestros métodos estándar para medir las características del Miscanthus, como el rendimiento y la altura, requieren mucho tiempo y mucho trabajo, pero estos nuevos métodos de obtención de imágenes son más rápidos y mucho menos costosos. Con los métodos más nuevos, podemos evaluar poblaciones más grandes de Miscanthus por el mismo dinero, y eso nos permitirá seleccionar mejores líneas de mejoramiento genético y cultivares más rápidamente».

Los coautores del estudio incluyeron al estudiante de Doctorado Xuying Zheng, el estudiante universitario Dylan P. Allen y el técnico de investigación Jeremy Ruhter, todos con CABBI y Crop Sciences; y al estudiante de doctorado estudiante Joyce N. Njuguna de Ciencias de Cultivos.

Referencias:

University of Illinois at Urbana-Champaign. (4 de Noviembre de 2022). Team adds powerful new dimension to phenotyping next-gen bioenergy crop. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-11-team-powerful-dimension-phenotyping-next-gen.html

(Bob Yirka, 2023)

Un equipo de horticultores afiliados a una serie de instituciones en Canadá y los EE. UU. ha encontrado una sustancia química que mata a los nematodos del suelo que parasitan los cultivos, sin matar a otros organismos. El estudio se publica en la revista Nature. Los editores de la revista también han publicado un informe de investigación en el mismo número que describe el trabajo realizado por el equipo en este proyecto.

A medida que la población mundial continúa creciendo, los científicos buscan formas de mejorar la producción de alimentos. Uno de esos esfuerzos se centra en aumentar los rendimientos de los cultivos existentes reduciendo las pérdidas ocasionadas por los organismos que se alimentan de ellos o los parasitan, como los nematodos. Ciertos tipos de nematodos han sido identificados como el objetivo principal de investigación porque cada año causan perdidas en los cultivos por más de $100 mil millones de dólares cada año.

Los esfuerzos previos para proteger los cultivos de los nematodos han girado en torno al uso de pesticidas. Desafortunadamente, prácticamente todos ellos también matan organismos benéficos del suelo. Por esa razón, la búsqueda de un nematicida más seguro ha continuado. En este nuevo esfuerzo, el equipo de investigación probó la efectividad y seguridad de una sustancia química llamada Selectivina. Una investigación anterior realizada en 2016, encontró que es químicamente similar a un medicamento llamado levamisol y que mata a los nematodos.

El equipo comenzó aprendiendo más sobre lo que sucede cuando los nematodos se exponen a la Selectivina. Descubrieron que las diminutas criaturas absorben la sustancia química y, una vez que lo hacen, las enzimas llamadas citocromo P450 se modifican convirtiéndose en sustancias químicas tóxicas. También encontraron que se requiere oxígeno del suelo para que se lleve a cabo la modificación. Pruebas adicionales mostraron que las cosas eran diferentes para otros organismos en el suelo; ya que cuando absorbieron la sustancia química, no convirtieron ninguna proteína en químicos tóxicos. De este modo, el químico parecía matar solo a los nematodos del suelo.

Para averiguar si el químico funcionaría como se esperaba en el mundo real, el equipo colaboró ​​con el USDA, evaluando el impacto del tratamiento al suelo con Selectivina en un invernadero de producción de tomate. El equipo encontró que controlaba los nematodos tan bien o mejor que otros productos disponibles comercialmente, pero a diferencia de esos productos, no dañaba a otros organismos en el suelo.

Se requiere realizar más pruebas; por lo general, los pesticidas se someten a una década de pruebas antes de que se aprueben para su uso en cultivos comerciales, pero el equipo está optimista por haber encontrado finalmente una solución al problema de los nematodos.

Referencias:

Yirka, B. (26 de Mayo de 2023). Selectivin found to kill crop-parasitizing nematodes without killing other organisms in the soil. Obtenido de PHYS ORG: https://phys. org/news/2023-05-selectivin-crop-parasitizing-nematodes-soil.html

5. Control biológico de malezas

El control biológico parecería ser la solución natural para el control de malezas en la agricultura orgánica.

Alelopatía

La alelopatía es el efecto químico directo o indirecto de una planta sobre la germinación, crecimiento o desarrollo de las plantas vecinas. Hoy en día se considera comúnmente como un componente del control biológico. Las especies tanto de cultivos como de malezas muestran esta capacidad.

Los cultivos alelopáticos incluyen cebada, centeno, Rye grass anual, trigo sarraceno, avenas, sorgo, híbridos de sorgo del Sudán, alfalfa, trigo, trébol rojo y girasol.  

Hortalizas como el rábano picante, la zanahoria y el rábano, liberan sustancias químicas alelopáticas particularmente potentes a partir de sus raíces. Se ha sugerido que los aleloquímicos y otros productos naturales o sus derivados podrían formar la base de los bio-herbicidas. Sin embargo, no está claro si la aplicación de productos químicos naturales para eliminar malezas sería aceptable para las autoridades de normas orgánicas.

El efecto aleopático puede aprovecharse cuando se siembra avena con una nueva plantación de alfalfa. La aleopatía tanto de la alfalfa como de la avena evitará que los cultivos sean asfixiados con malezas durante el primer año.

El trigo sarraceno también es bien conocido por su capacidad supresora de malezas especialmente fuerte. Establecer trigo sarraceno en campos con problemas de malezas puede ser una técnica de limpieza eficaz. Algunos agricultores dejan que el trigo sarraceno crezca solamente durante unas seis semanas antes de arar. Esto no sólo suprime y destruye físicamente las malezas; también libera fósforo y acondiciona el suelo.

Organismos benéficos

Se han realizado pocas investigaciones sobre el uso de microorganismos o insectos depredadores o parásitos para controlar las poblaciones de malezas. Sin embargo, esto puede resultar una herramienta útil de manejo en el futuro. Los enemigos naturales que hasta ahora han tenido éxito incluyen un gorgojo de la maleza acuática Salvinia, una roya de la maleza esquelética (Chondrilla juncea) y probablemente el más famoso, una oruga (Cactoblastis sp.) para controlar la tuna. También se están realizando considerables esfuerzos de investigación destinados a modificar genéticamente hongos (mico-herbicidas) y bacterias para que sean más eficaces en el control de malezas específicas. Los mico-herbicidas son una preparación que contiene esporas patógenas que se aplican en forma de aspersión con un equipo estándar de aplicación de herbicidas.

Las malezas están sujetas a enfermedades y ataques de insectos al igual que los cultivos. La mayor parte del control biológico de las malezas ocurre en áreas de pastoreo o no cultivadas. Como resultado, el control biológico tiene poca relevancia para los productores de hortalizas.

Los gansos se han utilizado para el control de malezas en árboles, vides y ciertos cultivos en hileras. La mayoría de los tipos de gansos pastan las malezas, pero los gansos escardadores chinos se consideran los mejores para los cultivos en hileras. Los gansos escardadores chinos son más pequeños que otros tipos de gansos y tienden a caminar alrededor de plantas de cultivo delicadas en lugar de sobre ellas. Los gansos prefieren las especies de pastos y rara vez comen cultivos. Si están confinados, los gansos incluso desenterrarán y comerán rizomas de zacate Johnson y zacate Bermuda. Se debe tener cuidado de evitar colocar a los gansos cerca de cultivos como maíz, sorgo o granos pequeños, ya que este es su alimento preferido. Las hortalizas que dan fruto, como los tomates, cuando empiezan a tomar color, también podrían ser vulnerables, por lo que habría que retirar los gansos de los campos de tomates en ciertos momentos. Los gansos necesitan agua potable, sombra durante el clima cálido y protección de los perros y otros depredadores.

Referencias:

TNAU AGRITECH PORTAL. Organic Farming: Weed Management. https://agritech.tnau.ac.in/org_farm/orgfarm_weed%20mgt.html

4. Control térmico de malezas

Flameadores

Los flameadores son útiles para el control de malezas. El control térmico de malezas involucra el uso de equipos de flameo para crear contacto directo entre el fuego y la planta. Esta técnica funciona colapsando las células de la planta cuando la savia rápidamente se distribuye en ellas. A veces, el control térmico implica la quema total de las malezas.

El flameo se puede utilizar ya sea antes de la emergencia del cultivo para darle una ventaja competitiva, o bien después de que el cultivo ha emergido; sin embargo, en ésta etapa del ciclo de producción puede dañarlo. Aunque el costo inicial del equipo puede ser alto, el uso de flameadores para el control de malezas puede resultar más barato que el deshierbe manual.

Los modelos de flameadores de propano son los más utilizados. La intensidad de flameo no reduce las malezas a cenizas; más bien, el fuego rápidamente eleva la temperatura de las malezas a más de 130 °F (54.4°C). El aumento repentino de la temperatura hace que la savia de las células de las plantas se expanda, rompiendo las paredes celulares. Para una mayor eficiencia de flameo, las malezas deben tener menos de dos hojas verdaderas.

Los pastos son difíciles o imposibles de eliminar mediante el flameo porque el punto de crecimiento está protegido bajo tierra. Después del flameo, las malezas que han sido eliminadas cambian rápidamente de una apariencia brillante a una apariencia más opaca. Los flameadores de malezas se pueden utilizar cuando el suelo está demasiado húmedo para el deshierbe mecánico y no hay alteraciones en el suelo que estimulen una mayor aparición de malezas.

El flameo se puede utilizar antes de la emergencia del cultivo en hortalizas de germinación lenta como los pimientos, zanahorias, cebolla y perejil.

Las cebollas tienen cierta tolerancia al flameo y el deshierbe con flameadores ha tenido éxito tanto en condiciones de pre-emergencia como de post-emergencia del cultivo y después del trasplante.

El repollo trasplantado tiene cierta tolerancia al calor, lo que permite utilizar el flameo en banda a lo largo de la hilera del cultivo. Pueden producirse daños cuando el tratamiento se aplica demasiado pronto, pero el cultivo usualmente se recupera.

En un huerto joven de perales, donde los tratamientos se iniciaron en un suelo limpio después del cultivo, el flameo mantuvo el crecimiento de malezas bajo control. En un huerto de manzanos establecido, había un control insuficiente de malezas perennes.

Los mejores resultados se obtienen en condiciones sin viento, ya que los vientos pueden impedir que el calor llegue a las malezas que son el objetivo. La eficiencia del flameo se reduce considerablemente si hay humedad del rocío o de la lluvia en las plantas. Temprano en la mañana y temprano en la tarde son los mejores momentos para observar los patrones de la llama y ajustar el equipo.

Solarización del suelo

Durante el verano y el otoño, los agricultores orgánicos esterilizan su suelo mediante solarización. En este proceso, se coloca una película de plástico transparente sobre un área después de haber sido labrada y se sella herméticamente en los bordes. La solarización funciona cuando el calor encerrado bajo la película de plástico se vuelve lo suficientemente intenso como para matar las semillas de las malezas.

Deshierbadores con infrarrojos

Los deshierbadores con infrarrojos son un desarrollo adicional en el flameo de malezas, en el que los quemadores calientan superficies de cerámica o de metal para generar la radiación infrarroja dirigida a las malezas objetivo. Algunos deshierbadores utilizan una combinación de flameo infrarrojo y directo para eliminar las malezas.

En general, se considera que los flameadores de malezas son más efectivos porque proporcionan temperaturas más altas, pero la altura del quemador y la etapa de la planta también son importantes. Los deshierbadores de infrarrojos cubren un área más definida que la de los flameadores de malezas estándar, pero pueden necesitar tiempo para calentarse.

Congelamiento

El congelamiento sólo sería ventajoso donde exista un riesgo evidente de incendio debido a las llamas. Se puede utilizar Nitrógeno líquido y Dióxido de Carbono sólido (hielo seco) para congelar las malezas.

También se han evaluado varios sistemas de prueba que utilizan electrocución, microondas e irradiación para fines de control de malezas, pero los altos consumos de energía, los lentos ritmos de trabajo y las implicaciones de seguridad para los operadores han obstaculizado los avances. Se ha demostrado que los láseres inhiben el crecimiento de Eichhornia crassipes (jacinto de agua), pero no eliminan la maleza por completo. El control de malezas mediante luz ultravioleta ha sido patentado, pero aún se encuentra en etapa experimental.

Referencias:

TNAU AGRITECH PORTAL. Organic Farming: Weed Management. https://agritech.tnau.ac.in/org_farm/orgfarm_weed%20mgt.html

Pre-germinación de malezas

En el riego o lluvia, previos a la siembra o trasplante, las semillas de malezas germinan justo antes de que se establezca el cultivo de interés comercial. Las malezas recién germinadas se pueden eliminar con un cultivo ligero o con la quema. La pre-germinación debe ocurrir lo más cerca posible de la fecha de siembra (o trasplante) para garantizar que los cambios en las condiciones climáticas no tengan la oportunidad de cambiar el espectro de las malezas (temporada fría versus cálida) en el campo.

Siembra en humedad

Otra técnica similar a la de pre-germinación es la siembra en humedad. Después de eliminar las malezas mediante un cultivo, se permite que las 2 – 3 pulgadas superiores del suelo (5.0 a 7.5 cm) se sequen y formen una cobertura de polvo. Al momento de la siembra, la cobertura de polvo se retira y los cultivos de semillas grandes, como el maíz o frijol, se pueden sembrar en la zona de humedad del suelo. Estas semillas pueden germinar, crecer y brindar sombreado parcial a la superficie del suelo sin riegos complementarios que, de otro modo, favorecerían una oleada temprana de malezas.

Riego por goteo enterrado

La cinta de goteo enterrada en la cama de siembra puede proporcionar humedad al cultivo y minimizar la cantidad de humedad disponible para las malezas que están más cercanas a la superficie. Si se maneja adecuadamente, esta técnica puede brindar un control significativo de malezas durante la temporada seca.

3. CONTROL MECÁNICO DE MALEZAS

La eliminación mecánica de las malezas requiere mucho tiempo y es laboriosa, pero es el método más eficaz para controlarlas. La elección de la implementación, el momento y la frecuencia dependerán de la estructura y forma del cultivo y del tipo y número de malezas. Las prácticas de cultivo implican eliminar las malezas que están emergiendo, o enterrar las semillas de maleza recién vertidas por debajo de la profundidad de la cual germinan.

Es importante recordar que cualquier enfoque ecológico para el manejo de malezas comienza y termina en el banco de semillas del suelo. El banco de semillas de suelo es la reserva de semillas de malezas presentes en él. Observar la composición del banco de semillas puede ayudar a un agricultor a tomar decisiones prácticas sobre el manejo de malezas. Enterrar las semillas a 1.0 cm de profundidad y cortarlas a nivel de la superficie del suelo son las formas más efectivas de controlar mecánicamente las plántulas de malezas.

El control mecánico de malezas incluye herramientas de cultivo como azadones, rastrillos, desbrozadoras de cepillo y herramientas de corte como segadoras y desbrozadoras e implementos de doble propósito como barras de cardo. La elección del implemento y el momento y frecuencia de su uso depende de la morfología del cultivo y de las malezas.

Implementos como las cultivadoras fijas son más adecuados para los cultivos herbáceos, mientras que los desbrozadores de cepillo para trabajar entre hileras se consideran más efectivos para el uso hortícola. La desbrozadora de cepillo se utiliza principalmente para hortalizas como zanahoria, betabel, cebolla, ajo, apio y puerro. El momento óptimo para el control mecánico de malezas está influenciado por la capacidad competitiva del cultivo y la etapa de crecimiento de las malezas.

Los azadones manuales, los de empuje y el deshierbe a mano todavía se usan cuando la remoción de una planta individual o un parche de maleza es la forma más efectiva de evitar que la maleza se propague. El deshierbe manual también se puede usar después de realizar el deshierbe mecánico entre hileras, para eliminar las malezas que quedaron en las hileras del cultivo

Cultivar a ciegas, ‘por encima’, controla malezas muy pequeñas, recién germinadas o emergidas, antes y, a veces, después de la siembra. Toda la superficie de los campos se trabaja muy superficialmente con cultivadores de púas flexibles (p. ej., desbrozadoras Lely o azadones rotatorios). Las labores de cultivo entre hileras con un azadón rotatorio en frijol pinto (Phaseolus vulgaris L.) proporcionaron un control adecuado de las malezas sin reducir la cantidad de plantas ni dañar al cultivo.

El “hoe-ridger” está diseñado específicamente para lograr el control dentro de las hileras en la remolacha azucarera. Las barras de cardo son cuchillas simples que se usan para socavar malezas perennes con una alteración mínima del suelo. La desbrozadora de cepillo, o azadón de cepillo, se utiliza principalmente para el deshierbe entre hileras de cultivos de hortalizas.

Las cultivadoras de poca profundidad para trabajar entre hileras como los desyerbadores de cesta, los azadones para remolacha o las vertederas pequeñas y afiladas, se utilizan para cortar y arrancar las malezas pequeñas después de que la cosecha ha terminado. Estos implementos pueden acercarse mucho al cultivo cuando está pequeño, sin mover demasiada tierra hacia la hilera, y pueden ser las únicas herramientas utilizadas en cultivos delicados como las hortalizas de hoja verde. A medida que los cultivos vigorosos crecen, se puede echar tierra a la hilera para enterrar a las malezas en la misma utilizando cultivadoras rodantes (como la Lilliston), ruedas de rehilete (p. ej., “Bezzerides”), vertederas grandes o discos de aporque. Algunas de estas herramientas pueden inclinarse para retirar la tierra de la hilera cuando las plantas son pequeñas y luego girarlas para devolver la tierra a la hilera durante los cultivos subsecuentes.

 Referencias:

TNAU AGRITECH PORTAL. Organic Farming: Weed Management. https://agritech.tnau.ac.in/org_farm/orgfarm_weed%20mgt.html

Sistema de labranza

Los sistemas de labranza alteran la dinámica del banco de semillas del suelo y la profundidad a la que están enterradas las semillas de malezas. Los estudios han encontrado que casi el 75% del banco de semillas se concentró en los 5.0 cm superiores del suelo en campos sin labranza. Sin embargo, en sistemas de labranza con arado de vertedera, el banco de semillas se distribuye más uniformemente con la profundidad. Otros sistemas de labranza de conservación son intermedios a estos dos sistemas.

La emergencia de las plántulas de malezas frecuentemente es más uniforme en las semillas de malezas enterradas a poca profundidad y puede resultar en un mejor control de malezas. Las semillas de malezas que se encuentran más cerca de la superficie del suelo tienen más probabilidades de ser comidas o dañadas por insectos, animales, otros depredadores y organismos que causan enfermedades.

Saneamiento

Es posible evitar que muchas malezas nuevas sean introducidas en la finca y que las malezas existentes produzcan grandes cantidades de semilla. El uso de semillas limpias, cortar las malezas en los alrededores de los campos o después de la cosecha para evitar que las malezas produzcan semillas, y el compostaje a término del estiércol antes de su aplicación pueden reducir en gran medida la introducción de semillas de malezas y especies de malezas difíciles. Incluso es posible erradicar selectivamente a mano los brotes aislados de nuevas malezas, evitando así infestaciones futuras de manera efectiva. Sembrar semillas limpias y de alta calidad es esencial para el éxito de los cultivos. Otros factores de saneamiento a considerar incluirían la limpieza a fondo de cualquier maquinaria que pueda haber sido utilizada en campos con malezas y el establecimiento de setos para limitar las semillas arrastradas por el viento.

Fertilidad de Nitrógeno

El fertilizante nitrogenado puede afectar la competencia entre los cultivos y las malezas, así como en los cultivos subsecuentes. Por ejemplo, se sabe que el Nitrato promueve la germinación y la producción de semillas en algunas especies de malezas. La fertilización con Nitrógeno puede resultar en un mayor crecimiento de malezas en lugar de un mayor rendimiento del cultivo. La colocación selectiva del Nitrógeno en banda puede favorecer al cultivo sobre la maleza. El uso de residuos de leguminosas para complementar los requerimientos de Nitrógeno del cultivo se opone al uso del fertilizante químico nitrogenado y puede mejorar la supresión de malezas. Los residuos de leguminosas liberan Nitrógeno lentamente, con menor estimulación del indeseable crecimiento de malezas.

Alimentar el cultivo, no las malezas

Evitar la dispersión previa al establecimiento del cultivo, de nutrientes solubles que pueden ser utilizados más fácilmente por las malezas de crecimiento rápido que por los cultivos de crecimiento lento, e incluso pueden estimular la germinación de las malezas.

• Aplicar fertilizante cerca de las hileras donde es más probable que sea aprovechado por el cultivo.

• El fertilizante orgánico costoso que viene empaquetado, se puede aplicar en dosis bajas al momento de la siembra o

   trasplante, o bien se puede aplicar en banda, confiando en la liberación de nutrientes a partir de la composta y/o abonos

   verdes a mitad de la temporada para la fertilidad primaria.

Manejo del Agua

Un manejo de agua efectivo es clave para controlar las malezas en la producción de hortalizas. Hay varias formas en que el manejo cuidadoso del riego puede ayudar a reducir la presión de las malezas en los cultivos:

Referencias:

TNAU AGRITECH PORTAL. Organic Farming: Weed Management. https://agritech.tnau.ac.in/org_farm/orgfarm_weed%20mgt.html

COBERTURAS

Acolchar o cubrir la superficie del suelo puede prevenir la germinación de semillas de malezas al bloquear la transmisión de la luz. Los químicos alelopáticos en el mantillo también pueden suprimir físicamente la emergencia de las plántulas. Hay muchos tipos de acolchados disponibles entre los que se encuentran:

1. Mantillo vivo

El mantillo vivo generalmente es una especie de planta que crece densamente y cerca del suelo, como el trébol. Los mantillos vivos se pueden sembrar antes o después de que se establece un cultivo.

Es importante eliminar y cultivar o manejar el mantillo vivo para que no compita con el cultivo en curso. Un mantillo vivo de Portulaca oleracea al voleo antes de trasplantar el brócoli suprimió las malezas sin afectar el rendimiento del cultivo. Normalmente, el principal propósito de un mantillo vivo es mejorar la estructura del suelo, ayudar a la fertilidad o reducir los problemas de plagas. La supresión de malezas puede ser simplemente un beneficio adicional.

2. Coberturas orgánicas

Materiales como la paja, las cortezas y el material compostado pueden proporcionar un control de malezas eficaz. Se recomienda producir este material en la finca ya que el costo de los mantillos comprados puede estar fuera del alcance, del productor, dependiendo de la cantidad que se necesite para suprimir la germinación de las malezas.

Un sistema eficaz pero que requiere mucha mano de obra utiliza papel de periódico y paja. Se colocan dos capas de periódico sobre el suelo, seguidas de una capa de heno. Es importante asegurarse de que el heno no contenga semillas de malezas.

Las coberturas orgánicas tienen la ventaja de ser biodegradables. Cortar el mantillo de Rye grass esparcido entre hileras con plantas de tomates y pimientos es más económico que cultivar.

La corteza fresca de coníferas y robles, así como la paja de colza, controlaron bien las malezas cuando se colocaron como coberturas debajo de los árboles en huertos de manzano.

Se han utilizado materiales como el polietileno negro para el control de malezas en una diversidad de cultivos en sistemas de producción orgánica. Se han desarrollado acolchados de plástico que filtran la radiación fotosintéticamente activa, pero dejan pasar la luz infrarroja para calentar el suelo. Se ha demostrado que estos acolchados transmisores de infrarrojos son efectivos en el control de malezas.

Patrones de plantación

La densidad de siembra, el arreglo topológico y la elección del cultivar (variedad cultivada) pueden afectar el crecimiento de malezas. Por ejemplo, los estudios han demostrado que las hileras angostas y una mayor densidad de siembra reducirán la biomasa de las malezas que emergen posteriormente, al reducir la cantidad de luz disponible para las que se encuentran ubicadas debajo del dosel del cultivo. Del mismo modo, los cultivares de crecimiento rápido pueden tener una ventaja competitiva sobre las malezas.

Selección de variedades

La selección cuidadosa de las variedades de los distintos cultivos, es esencial para limitar los problemas de malezas y patógenos, así como para satisfacer las necesidades del mercado. Cualquier variedad de cultivo que pueda sombrear rápidamente el suelo entre las hileras y que pueda crecer más rápidamente que las malezas, tendrá una ventaja.

Referencias:

TNAU AGRITECH PORTAL. Organic Farming: Weed Management. https://agritech.tnau.ac.in/org_farm/orgfarm_weed%20mgt.html