Manejo de la biodiversidad del cultivo orgánico aumenta la sostenibilidad agrícola

Se cree que la agricultura orgánica (AO) es capaz de limitar los efectos peligrosos asociuilios económicos de la práctica del Manejo de la Biodiversidad en Cultivo Orgánico (MBCO) en la huerta orgánica de Hongyi (HOH), sobre un período de ocho años, y entre MBCO y AQ. Al vincular la producción de cultivos con la crianza de ganado para lograr un uso máximo de productos secundarios de cada producción y evitar químicos xenobióticos, hemos logrado un mejoramiento beneficioso de las propiedades del suelo, un control efectivo de plagas y malezas, y mayores rendimientos de cultivo. Después de ocho años de experimentos, hemos obtenido un incremento gradual y sostenido de los rendimientos, con un incremento del ingreso neto de 9,6 veces. El ingreso neto de la HOH fue de 258.827 dólares y 24.423 dólares en el 2014 y 2007 respectivamente. Por lo tanto, el MBCO no sólo puede alimentar a más población, sino que aumentar la capacidad adaptativa de los sistemas agrícolas y ganar mucho mayores beneficios económicos.

Introducción

Se ha difundido ampliamente la idea de que las décadas venideras presenciarán un incremento sustancial de población humana desde los actuales siete mil millones a nueve mil millones para el 20501, con una potencial duplicación de la demanda de alimentos2. Para poder estar a la altura de este desafío anticipado, han sido propuestas y probadas varias opciones1,2. Con la amplia aplicación de fertilizantes químicos, pesticidas y herbicidas, la utilización de los recursos hídricos a gran escala, y la implementación de la ingeniería genética, la producción global de alimento per cápita se ha incrementado significativamente2,3. Sin embargo, estos esfuerzos también han resultado en algunos impactos negativos sobre el medioambiente y la biodiversidad, y por ello presentan una amenaza potencial al ecosistema mundial3,4,5. La contaminación de los suelos6 y la acidificación7, la contaminación de las aguas subterráneas8, y la elevada emisión de gases de invernadero9, están asociados comúnmente a áreas de agricultura química (AQ). traducido por agriculturers.com. El uso agresivo de pesticidas y herbicidas sintéticos no ha conseguido la meta ideal de un control perdurable de insectos dañinos y malezas, sino    que ha dado por resultado en la merma de los enemigos naturales de los insectos dañinos10,11 e incluso en el aumento de súper malezas resistentes a herbicidas12,13. Más aun, la pérdida de biodiversidad puede en cambio, reducir la producción de cultivo. Un meta análisis de datos publicados mostró que niveles intermedios de pérdida de especies (21-40%) redujo la producción de plantas entre un 5-10%, mientras que los niveles de extinción más altos (41-60%) tenían efectos adversos equiparables a los de la pérdida de la capa de ozono, la acidificación, elevado CO2, y la contaminación por nutrientes14.

¿Qué deberíamos hacer para reducir los impactos ambientales negativos de la AQ e incrementar la producción de alimento en una forma ecológicamente benéfica? Algunos han llevado a cabo trabajo innovador para producir más grano con un menor costo ambiental7,15,16,17. Incluso puede haber mayores beneficios económicos y ecológicos que ganar, si la producción de cultivos se conectara con la producción de ganado en forma efectiva dentro del mismo sistema agrícola. En este respecto, creemos que la agricultura orgánica (AO) practicada tradicionalmente a pequeña escala por agricultores como aquellos en China, puede ser mejorada y reorganizada. Al hacerlo, podríamos utilizar al máximo los productos secundarios de la producción de cultivos y la producción de ganado, para mejorar los rendimientos y reducir la contaminación ambiental18.

Planteamos la hipótesis de que, si la producción de cultivos puede ser vinculada con la producción de ganado en forma efectiva en el mismo sistema agrícola, no solo se verían mejorados los rendimientos de cosecha sin contaminación química, sino que se podría ganar además algunos beneficios económicos y ecológicos. De esta forma, instalamos en el 2006 una huerta orgánica, la huerta orgánica de Hongyi (HOH), para poner a prueba la mencionada hipótesis. La HOH tiene un total de 8,7 hectáreas de tierra, ubicadas en la provincia de Shandong al este de China. El Manejo de Biodiversidad del Cultivo Orgánico (MBCO) practicado en la HOH (Fig. 1) incluyó la alimentación del ganado con residuos del cultivo, y el uso de abono producido a partir del compostaje de estiércol de ganado con lombrices digestoras, como fertilizante. traducido por agriculturers.com. Las malezas fueron controladas mediante el uso de paja picada como mulch, y trabajo manual. Empleamos luces atrapa insectos energizadas mediante energía solar, y enemigos naturales para la captura de insectos voladores y plagas durante las noches. La crianza de pollos se llevó a cabo en el bosque y en un huerto orgánico de manzanas. No utilizamos fertilizantes químicos, pesticidas, o herbicidas. También evitamos plantar cualquier tipo de cultivo genéticamente modificado (CGM). Aquí se informan los resultados iniciales de la práctica de MBCO en la HOH por ocho años.

Figura 1: Un diagrama esquemático de la práctica de Manejo de Biodiversidad del Cultivo Orgánico (BMCO) en la huerta orgánica de Hongyi (HOH).

El ‘+’ significa salidas de dinero, ‘-’ significa entradas de dinero. La unidad de dinero es dólar EEUU. Todos los datos mostrados en este diagrama fueron recolectados en el octavo año de MBCO a escala de toda la huerta. Este sistema consiste en cultivos, huerto de manzanos, ganado, bosque, pollos, y gansos. Las áreas de tierra de cultivo, huerto, ganado y bosque son de 6,7 ha, 0,3 ha, 1,3 ha y 0,4 ha, respectivamente. Los pollos y gansos son alimentados en forma libre bajo el bosque y el huerto de manzanos. traducido por agriculturers.com. Los insumos totales son separados en costos de mano de obra y materiales. Los materiales incluyen depreciación de maquinarias, fertilizantes, riego, semillas, electricidad, etc. MBCO en HOH tiene cinco círculos materiales, que incluyen: 1) alimentar al ganado con residuos de cultivos; 2) usar abono producido a partir de compost de lombrices como fertilizante; 3) control de malezas mediante el uso de mulch de paja de trigo y/o trabajo manual; 4) control de plagas empleando trampas energizadas por luz solar y enemigos naturales; 5) crianza de pollos en el bosque y en el huerto de manzanos. Todos los dibujos en esta figura fueron hechos por Da Cheng.

Resultados

Mayores rendimientos de cosecha con MBCO                                      

El MBCO ha dado por resultado un incremento consistente de los rendimientos de cultivo para trigo de invierno (Fig. 2a) y maíz de verano (Fig. 2b) en hasta un 65% por hectárea durante ocho años. Más importante aún, se consiguieron incluso mayores rendimientos de cultivo al final de los ocho años de MBCO en HOH que las tierras adyacentes cultivadas con AQ (Fig. 2). Al octavo año del experimento, el trigo de invierno y el maíz de verano, arrojaron rendimientos de 8.634 kG/ha y 10.235 kg/ha, respectivamente, en las tierras con MBCO en comparación con los alrededor de 7.394 kg/ha y 10.715 kg/ha de las tierras AQ. Los ligeramente menores rendimientos promedio (alrededor de un 4,3% menos) en las tierras con MBCO respecto de las tierras adyacentes con AQ durante los ocho años, pueden no ser sustancialmente diferentes si se consideran los rendimientos totales (8,7% más) en las tierras MBCO en comparación a las tierras AQ durante los últimos cinco años del experimento.

Figura 2: Comparación de rendimientos de trigo de invierno (a) y maíz de verano (b) desde el 2007 al 2014, entre prácticas de MBCO y AQ.

Los diferentes símbolos al pie de nota representan diferencias significativas (DUNCAN test, **contraste extremo (p<0,01); *diferencia significativa (p<0,05). En el período de transición orgánico (2007-2009), los rendimientos de cultivo de MBCO fueron menores a AQ. Sin embargo, los rendimientos de MBCO lograron un incremento gradual y estable para ambas variedades de cultivo, luego del período de transición y alcanzaron un mejor desempeño en los años finales a diferencia de AQ.

Calidad del suelo mejorada con compost digerido por lombrices

Como se muestra en la Fig. 3a, la suma de la materia orgánica del suelo (MOS) entre los 0 a 20 cm de profundidad, aumentó desde un 0,7 a un 2,4% en lo que corrió del experimento. En contraste, la MOS de las tierras AQ no tuvo un cambio significativo (p=0,3050) durante este período. La contribución del compost digerido por lombrices a la conversión de tierras barradas a tierras productivas fue evidente. Aunque el compost de lombrices tiene un contenido menor de nitrógeno, fósforo y potasio total, en comparación con el estiércol original del ganado, el fósforo (p=0,0409) y potasio (p=0,0031) disponibles fueron significativamente mayores (Fig. 3b).

Figura 3: Cambios en las propiedades del suelo reflejadas en la materia orgánica del suelo (MOS, 0-20 cm) (a) y contenido de elementos minerales antes y después del compostaje con lombrices (b).

AK, contenido total disponible de potasio (g/kg); AP, fósforo rápidamente disponible (g/kg), TP, contenido total de fósforo (%); TK, contenido total de potasio (%); TN, nitrógeno total (%). Los diferentes símbolos al pie de nota representan diferencias significativas (DUNCAN test, **contraste extremo (p<0,01); *diferencia significativa (p<0,05). Las mismas letras indican que no hay diferencias significativas (p<0,05), minúscula para agricultura química (AQ) y mayúscula para Manejo de Biodiversidad del Cultivo Orgánico (MBCO).

Control no tóxico de plagas

El control efectivo de plagas ha sido logrado utilizando luces atrapa plagas (Fig. 4). Tanto el promedio diario como el anual de peso fresco de plagas atrapadas, se redujo sustancialmente con cada año. Notamos un declive considerable del peso total promedio de las plagas, desde 0,45 kg/día en el 2009 a 0,012 kg/día en el 2014. El promedio anual total de peso fresco de plagas atrapadas se redujo en un 93,8%. Una examinación detallada mostró que esta reducción en la captura de plagas incluyó tanto a escarabajos como a polillas (Fig. 4b), con sólo 2,4 kg y 2,1 kg atrapados por luz en el 2013 y 2014 respectivamente, en comparación a los 38,4 kg del 2009. De esta manera el peso anual total de plagas capturadas se redujo de 33,8 kg a 2,1 kg (Fig. 4a), demostrando la efectividad de este enfoque para el control de plagas.

Figura 4: reducción anual de peso (a) y cambios dinámicos (b) de peso fresco de escarabajos y polillas monitoreados mediante las luces trampa solares desde el 2009 al 2014.

Las luces se encendían automáticamente de forma diaria desde las 7 pm a las 5 am desde mayo a septiembre.

Beneficios económicos totales

Vale la pena notar que, luego de ocho años de práctica de MBCO, hemos obtenido un incremento de 9,6 veces de ingreso neto a nivel de toda la huerta en relación al año de inicio. El ingreso neto de HOH fue 258.827 dólares y 24.423 dólares en el 2014 y el 2007 respectivamente (Tabla 1). De hecho, mientras que los insumos totales se incrementaron en un 368% en MBCO en comparación a AQ, el total de producción se incrementó en un 408%. traducido por agriculturers.com. Los beneficios por unidad de área de MBCO fueron 5 veces más altos que los beneficios de AQ (Tabla S1 suplementaria). Sin embargo, de acuerdo a nuestra investigación, tan solo los insumos de plantación por hectárea del huerto orgánico fueron casi iguales a los del huerto convencional (3019 $/ha vs 2806 $/ha, Tabla S2 suplementaria).

Discusión

La mayoría de la literatura científica aseguraba que la AO posee un rendimiento promedio de un 19,8 a un 25% menor que la AQ19,20,21. No obstante, este no es el caso para todos los cultivos ni para todas las zonas climáticas20,22. Cuando se usan las mejores prácticas de manejo, el rendimiento de la AO puede equiparar o mejorar los rendimientos de la AQ20,21. Nuestro experimento de MBCO de ocho años provee un ejemplo del aumento del rendimiento de cultivo tan sólo con AO. Esto debido a que no sólo conseguimos rendimientos más altos en los años finales respecto de los iniciales en las tierras con MBCO, sino que incluso conseguimos mayores rendimientos que las tierras adyacentes que practicaban AQ (Fig. 2).

Este aumento del rendimiento en las tierras MBCO pudo haber estado causado por la mejor calidad del suelo así como por el control efectivo de las plagas y malezas. Mediante la aplicación de paja picada como mulch, y abono proveniente de compost de lombrices como fertilizante orgánico, la MOS de las tierras previamente abandonadas, se incrementó enormemente (de 0,7% a 2,4%, Fig. 3). Se sabe que las lombrices contribuyen a la composición nutritiva de los suelos al acelerar la descomposición y mineralización de los residuos orgánicos23,24. Los minerales esenciales para el crecimiento de las plantas, tales como el nitrógeno, el potasio, el fósforo, y el calcio, son mucho más solubles y disponibles para las plantas mediante el compostaje de lombrices25. Además, a través del compostaje de lombrices, la biodisponibilidad de los minerales esenciales en el estiércol también aumentó significativamente25.

La práctica de MBCO también ayuda a evitar el costo de comprar pesticidas, herbicidas y alimentos animales. El uso de luces atrapa plagas, no solo reduce el costo y la mano de obra necesaria para el manejo de plagas, sino que también agrega valor a la agricultura practicada en el lugar. Al usar los insectos atrapados mediante las luces, para alimentar a los pollos criados en las tierras MBCO, se ganó también un considerable beneficio económico. La crianza de ganado en el mismo sitio, contribuyó más al mejoramiento del suelo al descargar el fertilizante orgánico de vuelta a la misma tierra.

Sin usar ningún tipo de herbicida, sino que mediante el uso únicamente de paja picada para recubrir la tierra expuesta, controlamos efectivamente las malezas durante la temporada de maíz de verano. Sin embargo, el manejo de malezas aún requiere de trabajo manual. Aunque esta dificultad de la práctica de MBCO puede no representar ningún problema sino que al contrario, puede proveer una solución para el sistema agrícola de China debido a que un gran número de agricultores chinos a menudo deben competir por trabajar una limitada porción de tierra. traducido por agriculturers.com. Cuando la AO no sólo produce cosechas suficientes, sino que también proporciona algunos retornos económicos, más agricultores pueden disfrutar su trabajo agrícola y así quitar algo de peso de la sociedad al crear más empleos.

Tenemos que aclarar que el costo neto y por ende los beneficios de la AO puede variar en los diferentes países, debido al costo material y la mano de obra, que cambian en los distintos sistemas económicos. Los productos orgánicos que vendemos son 3-5 veces más altos que los convencionales.

La biodiversidad agrícola es una clave para un mejor desempeño del MBCO. Con un manejo de la biodiversidad, encontramos que la AO no sólo puede alimentar a una mayor población, sino que también mejorar la capacidad adaptativa de los sistemas agrícolas26, mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero17, y reducir la contaminación ambiental. MBCO no sólo es un enfoque ecológicamente atractivo, sino que también un medio económicamente beneficioso que debiera ser completamente considerado para el establecimiento de un sistema agrícola sostenible. Considerando la crecientemente seria contaminación química producto del uso excesivo de químicos27 y la resistencia a los CMG debido a varios problemas, como sus riesgos potenciales a la salud28,29, creemos además que la AO es una alternativa práctica que puede proporcionar un beneficio perdurable.

Por lo tanto, en vez de continuar impulsando un cambio medioambiental global hacia una época geológica contaminada por químicos, el “antropoceno”30, deberíamos extender más la aplicación del MBCO para construir una sociedad sostenible que beneficie al ecosistema, sea ambientalmente amigable y saludable para los seres humanos. Este enfoque puede ser una ruta práctica para una utilización mejor de una gran población de agricultores en un tamaño limitado de tierras de cultivo. También puede proveer un medio valioso para la consecución de las metas de desarrollo sostenible de las metas de desarrollo del milenio establecidas por las naciones unidas (ONU), y que apuntan a la estabilidad de los sistemas de la tierra, al tiempo que se termina con la pobreza y la hambruna en la sociedad humana30.

Métodos

El área de estudio

La huerta orgánica de Hongyi (HOH) fue establecida en el 2006 en un total de 8,7 ha de área tomadas de agricultores locales que abandonaron la tierra por años debido a sus pobres propiedades para el cultivo. La huerta tiene 6,7 ha de tierra de cultivo, 0,3 de huerto de manzano, 1,3 ha de casas de ganado, y 0,4 ha de bosque. traducido por agriculturers.com. El predio está ubicado físicamente en la villa de Jiangjiazhuang (35°26′21″N, 117°50′11″ E), provincia de Shandong, al este de China. Esta localidad tiene un clima monzónico temperado con cuatro temporadas claramente distinguibles. La temperatura anual promedio es de 13,2 °C y las precipitaciones anuales promedio son de 770 mm. Los métodos convencionales para el control de plagas y malezas en la villa son el rociado de herbicidas y pesticidas. La superficie total de cultivos en la villa es de 33,3 hm2, que producen 738,8 toneladas de residuos de cultivos (principalmente tallos de trigo y maíz) cada año, siendo la mayoría descartados o quemados directamente en el campo.

Rotación de cultivos y manejo

El sistema de plantación estuvo basado en una rotación entre trigo (Triticumaestivium L.) y maíz (Zea mays L.). La variedad invernal de trigo fue Liangxing 99, y el maíz de verano fue Zhengdan 958. El trigo de invierno fue sembrado a principios de octubre y cosechado a inicios de junio del año siguiente. El maíz de verano fue sembrado en junio y cosechado al final de septiembre o comienzos de octubre. El uso de semillas de trigo fue de 225 kg/ha, y la densidad de maíz fue de alrededor de 55.000 plantas/ha. En HOH, abandonamos los fertilizantes, pesticidas y herbicidas químicos, siendo los fertilizantes químicos reemplazados por abono digerido por lombrices de tierra (75 ton/ha, de peso de compost fresco). Para las tierras de AQ, los fertilizantes para el trigo de invierno fueron usados a una tasa de 225 kg N/ha, 750 kg P2O5/ ha, y 150 kg K2O/ha, respectivamente. Los fertilizantes para el maíz de verano en los campos de AQ fueron usados a una tasa de 150 kg N/ha, 600 kg P2O5/ ha, y 210 kg K2O/ha, respectivamente. Los cultivos fueron regados dos veces al año respectivamente, en invierno y la temporada de primavera (sólo en la temporada de trigo) tanto para los cultivos de MBCO y AQ. La tierra de cultivos fue 6,7 ha y 8,7 ha para MBCO y AQ respectivamente. El rendimiento del trigo de invierno fue determinado mediante la cosecha de tres cuadrantes de 1 m2 escogidos aleatoriamente. Para el maíz, se cosecharon tres filas de 15 plantas continuas. Los cultivos fueron cosechados con un contenido de agua de las semillas de <14%.

Control de plagas y malezas

Para reemplazar los pesticidas químicos, se introdujeron luces atrapa plagas. Desde el 2009, se construyó una estación para el monitoreo de plagas en HOH, siendo los insectos atrapados y pesados diariamente durante la temporada de cultivo. Las luces utilizaban un espectro de longitud de onda de 365 ± 50 nm y luz de color púrpura para atraer y atrapar plagas adultas incluyendo polillas (Ostrinia nubilalis y EuxoasegetumSchiffer-muller) y escarabajos (Holotrichia parallela Motschulsky y Holotrichia diomphalia Bates). Una vez atrapadas, las plagas eran electrocutadas por la electricidad de alto voltaje generada por el dispositivo. Las luces se encendían automáticamente de forma diaria desde 7 pm hasta 5 am desde mayo a septiembre, de acuerdo al período de crecimiento de los cultivos. traducido por agriculturers.com. Una vez capturados, las polillas y escarabajos eran alimentados a los pollos. Paja picada fue usada como mulch para el control de malezas en la huerta orgánica. Cuando el cultivo era cosechado, la paja era picada en pequeñas piezas por una máquina y puesta de vuelta en el campo. Comparado con el MBCO, AQ usó pesticidas y herbicidas con un total de 2,1 kg/ha.

Procesamiento de los residuos del cultivo y residuos de la crianza de animales

Los residuos del cultivo fueron procesados mediante máquinas y puestos en silos en la etapa de cosecha. Los residuos molidos y amasados fueron aplastados y dispuestos en una gran piscina de ensilaje (500 m3). Luego la piscina fue cubierta con plástico y almacenada para fermentación natural. El experimento de alimentación de ganado fue llevado a cabo en la granja por 7 meses desde noviembre del 2007 a junio del 2008. El peso promedio de inicio del ganado fue de alrededor de 220 kg/cabeza. El suministro promedio de forraje fue de 2,5 kg (incluyendo harina de maíz, harina de semilla de algodón, salvado de trigo, bicarbonato de sodio, aceite de hígado de bacalao, etc.) por ganado por día. El material de forraje fue usado como fibra. El consumo de forraje varió de acuerdo a la etapa de crecimiento del ganado. Los datos fueron recolectados diariamente para análisis durante el experimento.

 Compost digerido por lombrices de tierra

El estiércol de ganado fue transformado en 50 cuboides de 1,5 m de ancho y 0,3 m de alto con una densidad poblacional de lombrices de 0,5 kg/m2. Se hicieron 11 trampas de acuerdo al método anterior31. El estiércol fue regado regularmente para mantener una humedad apropiada. El estiércol y las lombrices fueron separados después de tres meses. Se tomó una muestra de estiércol para análisis químico. El estiércol digerido fue usado como fertilizante orgánico.

Toma de muestras y análisis de suelo y compost de lombrices

Se tomaron tres muestras de suelo cada año en octubre (luego de la cosecha de maíz) tanto para los campos con MBCO y AQ, donde se tomaron cinco centros de forma aleatoria a profundidad entre 0-20 cm, y luego fueron mezclados. Se removieron impurezas, piedras o trozos de plantas antes del análisis. Las muestras de suelo fueron secadas, tamizadas al aire a <2 mm, y luego molidas para el análisis de materia orgánica (MOS). El contenido de MOS fue determinado mediante el método de la oxidación de dicromato32. traducido por agriculturers.com. La muestra de compost fue tomada a diferentes profundidades y luego juntada con otras en una masa de muestra, una vez terminado el compostaje. Las muestras pasaron por un tamizaje de 10 mm para remover el material de mayor tamaño. La muestra fue secada al aire y luego molida para el análisis de N total (NT), P total (PT) y K total (KT). El estiércol fue medido antes y después de la digestión de las lombrices. El NT fue determinado mediante semi-micro Kjeldahl + NO3—N, de acuerdo a Laoset33 y Tognetti34. PT y KT fueron extraídos mediante digestión nítrica-perclórica (1:1) y analizados de acuerdo al método EPA 305035. El K disponible fue determinado por fotometría de llama, luego de extraerlo con 1 M de acetato de amonio a pH 736; el P disponible fue extraído con 0,5 M NaHCO3 (1:10, p/v) por 30 min y medido de forma colorimétrica37.

Escala del huerto y evaluación económica

Los beneficios económicos totales del MBCO incluyeron los beneficios derivados de cosecha, los beneficios de crianza de ganado, los beneficios del huerto de manzanos, beneficios de la crianza de aves (pollos y gansos), y beneficios derivados del bosque, mientras que para el AQ se consideró solo los beneficios derivados del rendimiento de cultivo. Los beneficios netos fueron calculados en toda la escala de la huerta a partir de un total de 8,7 ha de tierra y por unidad de área tanto para MBCO como para AQ. Los datos detallados para cada categoría son mostrados en las tablas suplementarias. Los precios locales como la mano de obra, el ganado joven, los pollos jóvenes, los gansos jóvenes y el vacuno, variaron con los años.

Análisis de datos

Los datos de rendimientos fueron escalados a una hectárea, basados en datos recolectados de nuestra huerta y tierras de cultivo adyacentes. Los rendimientos y los datos del suelo fueron analizados usando un análisis de varianza (ANOVA) de estadísticas SAS para Windows. Las diferencias en los tratamientos fueron comparados usando el test DUNCAN. El nivel de significancia fue establecido en p<0,05. Las figuras fueron generadas usando gráfica Sigma (Aspire Software Intl. Ashburn, VA, USA).

traducido por agriculturers.com.

FUENTE

Deja un comentario