El concepto «Biological fumigation» fue utilizado por Kirkegaard et al. (1993a), empleando el término biofumigación en Kirkegaard et al. (1993b) y Matthiessen y Kirkegaard (1993) y apareció por primera vez en una revista internacional en Angus et al. (1994). Recientemente Kirkegaard y Sarwar (1998) definen la biofumigación como: «the suppression of soil-borne pest and pathogen by brassica rotation or green manure crops»»(Angus et al. 1994; Kirkegaard et al. 1993a, b).
La biofumigación utiliza los gases y otros productos resultantes de la biodegradación de las enmiendas orgánicas y residuos agroindustriales como fumigantes para el control de los organismos patógenos de vegetales, se contribuye con ello, además, a resolver los problemas ambientales graves que estos productos pueden producir. Su eficacia se incrementa cuando se incorpora dentro de un sistema de manejo integrado de cultivos (Bello 1998) y se diferencia del uso de las enmiendas orgánicas en las características de los materiales biofumigantes y en el método de aplicación (Bello et al. 1999b).
Esta técnica puede ser de gran interés en países en vías de desarrollo debido al bajo coste y facilidad de aplicación (MBTOC 1998). Bello et al. (1999b, 2000a,b,c) definen la biofumigación como «la acción de las sustancias volátiles producidas en la biodegradación de la materia orgánica en el control de los patógenos de las plantas, incrementándose su eficacia cuando se incluyen en un sistema integrado de producción de cultivos»; presentan resultados de su aplicación en cultivos de cucurbitaceas, pimientos, zanahoria, tomate, otras hortalizas, fresón, platanera, cítricos, frutales, viñedos y flor cortada en diferentes ambientes de la región mediterránea, obteniendo una eficacia similar a los pesticidas convencionales, al mismo tiempo que incrementan los nematodos saprófagos, mejoran las características del suelo y la nutrición de la planta, señalando la necesidad de diseñar una metodología para cada situación, diferenciándose de la aplicación de la materia orgánica en la dosis y el método de aplicación.
Fernández, Rodríguez-Kábana y Kloepper (2000) analizan el valor de los enzimas del suelo para determinar la capacidad de los microorganismos en la supresión de los patógenos de plantas, señalando que los contenidos de ureasa y quitinasa están inversamente correlacionados con el número de nódulos de M.arenaria y que la aplicación de compost incrementa las poblaciones de bacterias y la actividad enzimática (ureasa, proteasa, quitinasa, catalasa y la hidrólisis de diacetato de fluoresceina). Calderón et al. (2000) señalan que la biofumigación se encuentra entre las mejores alternativas al BM en cultivos de tomate y brasica en Guatemala. Hewlett y Dickson (2000) señalan que los nematodos formadores de nódulos (M.arenaria y M.javanica) pueden ser controlados con la aplicación de taninos. Bello et al. (2000c) definen la biofumigación, indicando que su eficacia es similar a la de los pesticidas convencionales, y aunque la técnica es diferente a la solarización, se pueden complementar incrementando su eficacia.
Biofumigación y materia orgánica
La acción de los microorganismos sobre la materia orgánica durante su descomposición produce gran cantidad de productos químicos que pueden actuar en el control de los patógenos del suelo. El amonio, nitratos, sulfídrico y un gran número de sustancias volátiles y ácidos orgánicos pueden producir una acción nematicida directa o afectar a la eclosión de los huevos o la movilidad de los juveniles de nematodos; los fenoles y los taninos son también nematicidas a ciertas concentraciones (Mian et al. 1982; Mian y Rodríguez-Kábana 1982 a,b), por ello es difícil determinar con exactitud qué sustancia es responsable de la muerte de los nematodos.
De todos los productos químicos, obtenidos en la descomposición de la materia orgánica por la actividad de los microorganismos, que pueden tener acción nematicida, el amonio ha sido el mejor estudiado, aunque es difícil afirmar que un solo componente sea responsable de la mortalidad de los nematodos. La actividad nematicida del amonio fue reconocida por Eno, Blue y Good (1955), cuando realizaban una serie de trabajos sobre el empleo de amoniaco anhidro como fertilizante nitrogenado, al comprobar que aplicado por inyección a la concentración de 300-900 mg kg-1 de suelo reducía los problemas de nematodos. Experimentos posteriores con urea, que se convierte en amonio por acción de la ureasa existente en el suelo, muestran que es un buen nematicida si se aplica en cantidades superiores a 300 mg de N kg-1 de suelo (Huebner, Rodríguez-Kábana y Patterson 1983).
El contenido de N no es el único factor considerado cuando la materia orgánica es utilizada como nematicida, el carbono es también importante, puesto que de él depende la metabolización del nitrógeno por los microorganismos para convertirlo en proteína y otros compuestos. En ausencia de fuentes de carbono, el amonio y los nitratos se pueden acumular y causar fitotoxicidad. Materiales como quitina, urea, algunas tortas de oleaginosas y nim tienen una relación C/N baja, pudiendo afectar a las plantas. Se ha demostrado que la materia orgánica con una relación C/N entre 8-20 tiene actividad nematicida sin efecto fitotóxico (Rodríguez-Kábana, Morgah-Jones y Chet 1987).
El efecto nematicida tiende a ser limitado a la zona de incorporación, puesto que el amonio tiene una difusión pobre en el suelo y se mueve sólo unos pocos centímetros desde el punto de aplicación (Eno, Blue y Goog 1955). El pH del suelo tiene también efecto sobre la eficacia del amonio, altas concentraciones de amonio son más activas en suelos ácidos que en alcalinos (Duplessis y Kroontje 1964). Por otro lado, las dosis efectivas de nitrógeno para el control de nematodos pueden ser fitotóxicas o contribuir a la contaminación de las aguas subterráneas (Stapleton, de Vay y Lear 1989).
La cutícula de los nematodos está constituida en material proteico con una capa de lipoproteínas y la principal estructura de la cubierta del huevo es quitina, las enzimas de mayor interés son las enzimas proteolíticas y quitinolíticas. La actividad de la quitinasa aumenta cuando se añaden al suelo enmiendas que contienen quitina y las bacterias quitinolíticas tienen capacidad de destruir la cubierta de los huevos de los nematodos formadores de nódulos (Parker, Haywards y Stirling 1988). Galper et al. (1991) indican que la adición de colágeno estimula el desarrollo de las enzimas que actúan sobre la cutícula de los nematodos.
La quitina es uno de los polisacáridos más frecuentes en la naturaleza, es tan abundante como la celulosa en los residuos de fermentación industrial (Gooday 1990). Se ha demostrado el efecto nematicida de la quitina cuando se aplica en la proporción del 1% (Culbreath, Rodríguez-Kábana y Morgah-Jones 1985); su acción se debe principalmente a la producción de amonio durante el proceso de descomposición. La quitina es un material que contiene nitrógeno y se degrada por hidrólisis, convirtiéndose en ácido acético y glucosamina, que libera amonio. Uno de los problemas es su fitotoxicidad, que se puede resolver añadiendo hemicelulosa y paja, que inmovilizan el exceso de nitrógeno. También se considera que estimula el desarrollo de la microflora antagonista, incrementando los actinomicetos.
La adición de materia orgánica al suelo para mejorar la fertilidad y controlar las plagas y enfermedades es una práctica casi tan antigua como la agricultura. Se han ensayado una amplia variedad de materiales como enmiendas al suelo para controlar nematodos, hongos fitoparásitos y flora arvense. Estos materiales incluyen estiércol de ganado, residuos de industrias papeleras y forestales, de industrias pesqueras y de marisqueras, numerosos subproductos de agricultura, alimentación y otras industrias, así como residuos de plantas con compuestos alelopáticos (Hoitink 1988; Stirling 1991; Bello 1997; Bello et al. 1999a,b, 2000b).
Se han ensayado como enmiendas al suelo, para el control de nematodos y otros patógenos de plantas, materiales con alto contenido en nitrógeno que generan amoniaco que actúa como un nematicida en el suelo (Canullo, Rodríguez-Kábana y Kloepper 1992a,b). La adición de quitina o materiales quitinosos al suelo no sólo genera amoniaco sino también estimula las actividades de la microflora quitinolítica en el suelo (Rodríguez-Kábana, Boube y Young 1990). Muchos microorganismos quitinolíticos son efectivos en la destrucción de huevos de nematodos y micelios de algunos hongos fitopatógenos. Estos tratamientos pueden contribuir al control de enfermedades de origen edáfico particularmente cuando se combinan con otras alternativas, por ejemplo, se ha estudiado la adición al suelo de enmiendas complementadas con solarización y ofrece un potencial considerable de incremento de la eficacia de las enmiendas contra los patógenos con reducción de las cantidades necesarias de materia orgánica por hectárea (Gamliel y Stapleton 1993).
El mayor problema en el uso de enmiendas orgánicas es la heterogeneidad en la composición de las materias utilizadas para su preparación (Stirling 1991). La normalización de la composición de las enmiendas, control de calidad, es un área de desarrollo que requiere una metodología apropiada. Algunas enmiendas orgánicas tienen el potencial para acumular compuestos perjudiciales y aumentar el nivel de inóculo de algunos patógenos edáficos (Rodríguez-Kábana 1986).
Los nematodos fitoparásitos, por ejemplo, se ven afectados por el uso de urea y de otras fuentes de nitrógeno amoniacal. Las fuentes de nitrógeno amoniacal como amoniaco, carbonato amónico y bicarbonato amónico pueden reducir los efectos producidos por Sclerotinia rolfsii en zanahoria y otros cultivos (Punja 1985). En algunos casos, solamente se precisa un cambio de pH para reducir algunas enfermedades del suelo (Cook y Baker 1983). En Florida Kim, Nemec y Musson (1996a,b) estudian el compost y la materia orgánica como alternativa al control de Phytophthora capsici en cultivo de pimiento, encontrando que Quitosan, un producto que contiene residuos de crustáceos y pulpa de cítricos con melaza, era efectivo en el control de la enfermedad, incrementado la actividad biológica del suelo, pudiendo actuar como una alternativa al BM, debido a la producción de lacasas y peroxidasas, y la acumulación de ß 1,3-glucanasa, fenoles y la actividad sinérgica entre ß 1,3-glucanasa y quitinasa.
Hoitink (1997) analiza las dificultades que plantea la utilización de compost como alternativa al BM, señalando que el primer aspecto es la eliminación de organismos patógenos y malas hierbas, para ello se deben alcanzar temperaturas superiores a 67 ºC durante varios días, en segundo lugar puede causar fitotoxicidad debido a la producción de ácidos orgánicos volátiles como ácido acético, amonio u otros compuestos tóxicos, por otro lado las altas temperaturas destruyen los agentes de biocontrol, micorrizas y bacterias promotoras del crecimiento, aunque se puede recuperar fácilmente a partir de la base del compost que tiene temperaturas más bajas, se pueden crear problemas de salinidad del suelo debido al sodio en el estiércol de vaca, por lo que se debe aplicar varios meses antes de plantar, los compost con alto contenido de nitrógeno como estiércol y gallinaza puede favorecer enfermedades foliares; y también pueden crear problemas los compost con contenido de potasio superior a 1%, que pueden causar problemas de salinidad, en definitiva cada tipo de compost tiene su propia problemática que debe ser considerada antes de aplicarse.
Tenuta, Hobbs y Lazarovits (1997) estudian los mecanismos asociados con el control de organismos patógenos con materia orgánica, indicando que está asociada al NH3, que se mantiene durante 4 días en suelos arenosos y en los arcillosos se mantiene el 60%. Allen et al. (1997) encuentran que la anaerobiosis creada por inundación en combinación con compost durante 12 semanas controla Meloidogyne arenaria en hortalizas en Florida, demostrando que los nematodos no sobreviven después de dos semanas de anaerobiosis. Díaz-Viruliche et al. (2000) estudian el efecto biofumigante de diferentes abonos verdes de plantas representativas de crucíferas, cucurbitáceas, gramíneas y leguminosas, encontrando una eficacia superior al 90 % en el control de M. incognita, estudiando el efecto biomejorador de los biominerales encontrados en las plantas estudiadas.
Biofumigación y control de nematodos
La mayoría de las publicaciones existentes sobre la aplicación de la biofumigación propiamente dicha en el control de nematodos fitoparásitos corresponden a nuestro equipo de Nematología Agraria (Bello et al. 2000). Por otra parte, existe gran número de excelentes trabajos sobre el empleo de enmiendas orgánicas, abonos verdes y residuos agroindustriales, especialmente en países como Egipto, India y Pakistán, así como de modo aislado en Latinoamérica.
En el Congreso de la Organización de Nematólogos de los Trópicos Americanos (ONTA), que tuvo lugar en San Juan de Puerto Rico en junio de 1999, aparecen por primera vez algunas comunicaciones, que pueden considerarse con enfoque científico, que entran dentro de los conceptos que hemos planteado sobre biofumigación. Así Rodríguez-Kábana (1999) presenta un biofumigante, que está en fase de patentar, que controla M. incognita y flora arvense; Bello, Escuer y Tello (1999) aplican con eficacia la biofumigación en el control de M. incognita y Rotylenchulus reniformis en Guatemala; Arias et al. (1999), al estudiar las alternativas al BM en una rotación pepino-acelga en invernaderos de la Comunidad de Madrid, afectada fundamentalmente por M. incognita, utilizan compost de champiñón (5 kg m-2), observando una disminución de las poblaciones del nematodo y un incremento de la producción en las parcelas con tratamiento de compost; Bello et al. (1999a) señalan la eficacia del empleo de la biofumigación en el control de nematodos en Guatemala y Uruguay; Quiroga-Madrigal et al. (1999) estudian el efecto de canavalia, crotalaria y mucuna sobre la actividad enzimática del suelo; Rubiano-Rodríguez y Vargas-Ayala (1999) utilizan Mucuna deeringiana en el control de Meloidogyne, Pratylenchus y Radopholus en Puerto Rico.
Biofumigación y control de hongos
Destacan principalmente los trabajos que, bajo el término de biofumigación, han venido realizando investigadores del CSIRO de Australia desde 1993 para el control de hongos, puesto que la bibliografía sobre la función de la materia orgánica, los abonos verdes y los residuos agroindustriales y su relación con los hongos del suelo es muy abundante y, por lo general, los trabajos no han sido realizados teniendo en cuenta su efecto biofumigante. Papavizas y Davey (1960) observan que abonos verdes de trigo, maíz, avena, guisante y pastos de Sudán controlan Rhizoctonia solani en judías. Chan y Close (1987) encuentran que la incorporación de crucíferas al suelo inhiben el desarrollo del hongo Aphanomyces en guisante, aunque no determinan las sustancias responsables. Kirkegaard et al. (1993a,b), Angus et al. (1994) y Kirkegaard et al. (1994) demuestran que las sustancias volátiles de las brasicas inhiben el crecimiento del hongo del trigo Gaeumannomyces graminis, demostrando que el efecto biofumigante se debe a los isotiocianatos. Walia, Mehta y Gupta (1994) estudian el efecto de los residuos del nim (Azadirachta indica) y del bambú (Leucaena leucocephala) en el control de M. incognita que, reduce sus poblaciones, y el nim además las de los hongos Rhizoctonia bataticola y R.solani. Oliveira et al. (1996) encuentran que fracciones proteícas obtenidas de Cannavalia ensiformis inhiben el crecimiento de los hongos Macrophomina phaseolina, Colletothricum gloesporioides y Sclerotium rolfsii.
Vulsteke et al. (1996) señalan el interés del abono verde en el control de Pythium violae en zanahoria en Bélgica, considerándolo responsable del «cavity spot» de la remolacha. Candole y Rothrock (1997) encuentran que el abono verde de Vicia villosa en un cultivo de algodón reduce a Thielaviopsis basicola encontrando, en estudios in vitro y en campo, que la supresión se debe a un producto volátil, el amonio, que se produce a los 3-7 días después de la incorporación, siendo más sensible al amonio T.basicola que Rizocthonia solani o Pythium ultimum. García y Poot (1997) utilizan estiércol de vaca en el control de las enfermedades del aguacate en México. Kirkegaard y Sarwar (1998) revisan la biofumigación con abonos verdes de brasicas, definiéndola como: «la supresión de organismos del suelo patógenos de plantas y otros patógenos por compuestos biocidas originados de la hidrólisis de los glucosinolatos producidos durante la descomposición de los abonos verdes de brasicas».
El efecto de las brasicas en el control de los organismos patógenos ha sido revisado por Brown y Morra (1997) y Rose, Heaney y Fenwick (1997). El término biofumigación ha sido empleado muy recientemente para la supresión de los organismos patógenos de los vegetales con rotación o abonos verdes de brasicas (Kirkegaard et al. 1993; Angus et al. 1994) y su interés va en aumento en horticultura ante la retirada de varios pesticidas de síntesis y fumigantes del suelo como el bromuro de metilo. Se ha encontrado en cereales que con residuos de Brassica napus y B.juncea se controlan los hongos del suelo (Angus, van Herwaarden y Howe 1991; Kirkegaard, Wong y Desmachelier 1996; Sarwar y Kirkegaard 1998; Sarwar et al. 1998); señalan que la eficacia de la biofumigación depende de varios factores, pero fundamentalmente de la brasica empleada, pero además de la eficacia en la incorporación de los abonos verdes, la actividad enzimática de la mirosinasa que es responsable de la hidrólisis de los glucosinolatos, a las pérdidas por volatilización, la absorción por la arcilla, la pérdida por percolación y la degradación microbiana (Brown y Morra 1997). Sarwar y Kirkegaard (1998) estudian las implicaciones del ambiente en la optimización de la biofumigación, encontrando que es eficaz a 12 – 20 °C en invernadero, que el contenido de glucosinolatos aparece relativamente constante a las diferentes condiciones ambientales y estados de crecimiento de la planta, disminuyendo el contenido desde el inicio de la floración, no encontrándose grandes diferencias entre las raíces y la parte aérea, la excepción fue que Brassica campestris tiene una mayor cantidad de glucosinolatos durante la floración. Se observa que la incidencia del ambiente sobre el desarrollo fenológico y la producción de biomasa puede interferir en la eficacia de la biofumigación, de ahí la importancia de conocer la influencia del ambiente.
El abono verde de brasica se ha considerado supresor de organismos productores de plagas y enfermedades cuando se incorpora al suelo (Chan y Close 1987; Mojtahedi et al. 1991). Este efecto se atribuye por lo general a compuestos biocidas como los glucosinolatos, que por hidrólisis dan lugar a sustancias como isotiocianatos, que se han considerado como los productos más tóxicos (Brown y Morra 1997; Rose, Heaney y Fenwick 1997). El término biofumigación es un concepto de uso reciente en el control de los patógenos vegetales con abonos verdes de brasicas (Kirkegaard et al. 1993; Angus et al. 1994) y se considera una alternativa al BM y dibromide etileno en la supresión de hongos patógenos (Kirkegaard, Wong y Desmarchelier 1996). Se ha encontrado que las condiciones climáticas, edáficas y bióticas influyen en la concentración de glucosinolatos (Rose, Heaney y Fenwick 1997), aunque hay que tener en cuenta que la luminosidad y temperatura influyen en la fenología de la planta y en la producción de biomasa (Nanda et al. 1996).
Kirkegaard y Sarwar (1998) señalan que el período óptimo es a la mitad de la floración y estudia 76 variedades y especies diferentes de Brassica. Estos resultados de máxima concentración coinciden con la época de floración, habiendo sido obtenidos por Fieldsend y Milford (1994). Sarwar et al. (1998) investigan el efecto de la biofumigación con brasicas sobre el crecimiento de 5 patógenos de los cereales: Gaeumannomyces graminis var. tritici, Rhizocthonia solani, Fusarium graminearum, Bipolaris sorokiniana y Pythium irregulare. De ellos, Gaeumannomyces es el más sensible a los tratamientos, seguido por Rhizoctonia y Fusarium, siendo Bipolaris y Pythium los menos sensibles. Se demuestra así el efecto en el control de hongos de los cereales.
Las brasicas contienen compuestos conocidos como glucosinolatos (Kjaer 1976) que cuando se hidrolizan por la acción del enzima mirosinasa dan lugar a isotiocianatos. Los resultados de la hidrólisis dependen de las condiciones ambientales (Rosa, Heaney y Fenwick 1997), los glucosinolatos son inactivos contra microorganismos, pero los productos de hidrólisis son biocidas muy eficaces contra nematodos, bacterias, hongos, insectos y la germinación de semillas (Brown y Morra 1997; Rosa, Heaney y Fenwick 1997; Smolinska et al. 1997).
Como la mayoría son volátiles (Kirkegaard, Wong y Desmarchelier 1996), se utiliza el término biofumigación. Los efectos sobre el control de hongos han sido señalados por Walker, Morrell y Foster (1937). Se ha demostrado que la hidrólisis de glucosinolatos a isotiocianatos en suelo es baja, de un 15% (Borek et al. 1997). Bowers y Locke (1997) estudian el efecto de extractos de trébol, nim, pimiento y cassia sobre Fusarium oxysporum f. sp. chrysanthemi, encontrando que al 10% de emulsión se reduce la densidad del hongo, e incluso a un 5% para los extractos con nim, con una eficacia para pimiento, trébol y cassia de 99.9, 97.5 y 96.1 respectivamente, a los tres días de su aplicación, aunque el hongo se recupera rápidamente. Hunter et al. (1997) utilizan compost de champiñón en el control de Cylindrocladium scoparius en viveros forestales. Sams, Charron y Chordonnet (1997) usan residuos de brasicas en el control de Botrytis cinerea, indicando que Urbasch (1984) había aislado los productos responsables del control de B.cinerea, Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum, Didymella lycopersici y Clamisdosporum fulvum. Tjamos (1999) en Grecia, al estudiar el interés de la solarización como alternativa al BM, señala que ésta puede mejorar cuando se añade materia orgánica, encontrando que combinando solarización y biofumigación se puede controlar Sclerotinium cepivorum, utilizando 1 kg m-2 de gallinaza.
Elena, Paplomatas y Petsikos-Panayotarou (1999) utilizan como abono verde Lolium perenne y Triticum vulgare en el control de Fusarium proliferatum y F.oxysporum f.sp.asparagi en Grecia, considerando que se debe a fenómenos de anaerobiosis. Villeneuve y Lepaumier (1999) estudian el efecto de la incorporación de la materia orgánica en el control de Fusarium oxysporum f.sp. asparagi, Rhizocthonia solani, Sclerotinia sclerotium, Verticillium dahliae, Meloidogyne spp. y Pratylenchus spp., indicando que estos resultan sensibles al tratamiento, que denomina biodesinfectación, pero, si se considera que esta técnica permite la reducción del empleo de los fumigantes, están hablando de una biofumigación. En este trabajo señalan que la fermentación de la materia orgánica provoca una modificación de la atmósfera del suelo incrementando el CO2 y disminuyendo el O2, dando lugar a fenómenos de anaerobiosis, consiguen de 90-100% de reducción de patógenos (Blok et al. 1998) cuando se emplea brasicas y gramineas, al mismo tiempo que aportan microorganismos exógenos al suelo; resultando que es más eficaz cuando se cubre el suelo con plástico negro que con transparente y que las brasicas al producir isotiocianatos volátiles son más eficaces que los metil-isotiocianatos que se obtienen en la degradación del metam sodio (Brown y Morra 1997), otras plantas de interés es el sorgo (Sorghum bicolor o S.sudanense) que contiene compuestos de cianídrico. Estos métodos se pueden combinar con la solarización en determinadas épocas del año. Los factores ambientales influyen sobre la calidad y cantidad de glucosinolatos y los compuestos cianídricos (Rose, Heany y Fenwick 1997), recomiendan tratamientos de 40 t ha-1 de materia orgánica y en el caso de las brasicas de 65 a 82 t ha-1, y sembrar 20 kg de semillas por hectárea.
Duniway et al. (1999) en fresón en California encuentran que la materia orgánica con alto contenido de nitrógeno, restos de sangre, plumas y restos de pescado, 8, 4 y 8 toneladas respectivamente, reduce la incidencia de Verticillium dahliae cuando se incorpora 7 semanas antes de plantar. Otara y Ndalut (1999) encuentran que un extracto de hojas de Conyza floribunda (Asteraceae) controla el Fusarium oxysporum in vitro. Gamliel et al. (1999) encuentran que los propágulos de Fusarium oxysporum f.sp. basilici, Sclerotinium rolfsii y Pythium ultimum se reducen en más del 95 % cuando se someten a solarización más materia orgánica con alto contenido de nitrógeno, mejorando el control de los patógenos cuando se combina el tratamiento del suelo con una rotación con trigo. Tenuta y Lazarovits (1999) estudian los mecanismos de control de los patógenos vegetales por materia orgánica con alto contenido de nitrógeno, concluyendo que es una alternativa al BM para determinados suelos, indican que debe ser estudiada la proporción de materia orgánica en cada suelo y campo en concreto, que el contenido de nitrógeno en la materia orgánica debe ser superior a 8% alrededor de 1.600 kg N ha-1 o más de 20 t ha-1 de materia orgánica, siendo letal a los 4-14 días después de incorporado, por lo que se debe plantar después de 1-2 meses de la aplicación. Se demuestra que controla Verticillium dahliae, Streptomyces scabies, Fusarium oxysporum f. lycopersici y Sclerotinia sclerotiorum en papa. Los experimentos se han mantenido a 24 ºC, siendo más eficaz en los pH superiores a 8,5 duplicando la eficacia cuando el pH es superior a 6.
Biofumigación y control de insectos
Matthiessen y Kirkegaard (1993) emplean el término biofumigación al tratar de sustituir el uso del metam sodio en el control de Graphognathus spp. («whitefringed weevil») de la papa en Australia, puesto que este producto tiene un amplio espectro de actividad no sólo sobre los organismos causantes de plagas y enfermedades sino también sobre muchos organismos beneficiosos. Estos efectos negativos les hace dudar de la sustentabilidad del metam sodio a largo plazo. Por otro lado, indican que el metam sodio es muy caro y debe ser aplicado cuidadosa y correctamente. Estos autores señalan que su componente activo es el metil isotiocianato (ITC’s), un compuesto volátil que se produce sintéticamente por la industria química, sin embargo existen otras fuentes naturales, no solo del metil isotiocianato, sino de otras formas de isotiocianatos (ITC’s). Estas fuentes de ITC’s se encuentran principalmente en diferentes especies y variedades de brasicas, entre ellas las col, coliflor, mostaza y nabo.
Los estudios realizados han demostrado que los ITC’s producidos por las brasicas tienen efecto repelente sobre el «gusano de alambre», aumentado su eficacia cuando estos insectos están en fases tempranas de crecimiento, puesto que tienen menor tamaño y son más susceptibles a los tóxicos. Cuando los huevos del insecto Graphognathus spp. («whitefringed weevil») eclosionan, en el Este de Australia, después de las primeras lluvias de otoño, son muy pequeños (1 mm de longitud), en lugar de crecer y desarrollarse rápidamente, las larvas permanecen en el primer estadio durante muchas semanas debido a las bajas temperaturas del invierno. El crecimiento sólo aparece cuando aumenta la temperatura en primavera. Por todo ello las larvas de este insecto pueden ser controladas por biofumigación antes de plantar papas. En otros casos, las brasicas pueden actuar como repelentes. El concepto de biofumigación ha estado más relacionado con los organismos patógenos de origen edáfico, siendo nueva esta idea de que puede controlar insectos. Elberson et al. (1996), Borek et al. (1997) y Noble y Sams (1999) encuentran que la biofumigación con concentraciones altas de Brassica juncea puede controlar larvas de diferentes especies de insectos, incorporando una biomasa de 4 y 8% de suelo.
Biofumigación y control de flora arvense
La aplicación de las técnicas de biofumigación en el control de la flora arvense no tienen el mismo desarrollo que en el de nematodos, hongos e insectos, con la excepción de los proyectos que UNIDO, dentro del Protocolo de Montreal, viene desarrollando como alternativas al BM en países del Artículo 5, donde se han obtenido resultados altamente positivos, que no están aún publicados. Sin embargo son numerosos los trabajos existentes con alelopatías y su interés en el control de la flora arvense, que hasta cierto punto tienen que ver con la biofumigación, pero, sobre todo, cuando se revisan los Weed Abstracts fundamentalmente en el apartado de técnicas culturales, se encuentran algunos trabajos sobre el uso de materia orgánica y abonos verdes, que nos permite afirmar que la biofumigación puede ser una alternativa en el control de la flora arvense.
Aponte, Pérez y Tablante (1992) en Venezuela estudian el control de malezas y enfermedades del tomate con la utilización de residuos de cosechas. Pandey (1994a,b) encuentra en la India que los residuos de hoja de Parthenium hysterophorus inhiben el crecimiento de Salvinia molesta, señalando el interés del trabajo para comprender la dinámica de poblaciones de la flora arvense en los sistemas acuáticos naturales. Edwards, Walker y Webster (1994) estudian el efecto de residuos orgánicos no compostados, con una relación C:N = 30:1, que se modifica al añadirle gallinaza, en algodón en el Norte de Alabama (EE.UU.), encontrando que la utilización de estos residuos con cubiertas de paja de trigo reduce la flora arvense durante el invierno, no habiendo diferencia entre los tratamientos químicos o no químicos; señalando que los residuos con celulosa tienen gran valor potencial para el manejo del suelo en agricultura. Cloutier, Marcotte y Leblanc (1994) estudian el potencial de 80 especies o variedades para ser utilizadas como abono verde en el control de malas hierbas en Canadá, encontrando que las crucíferas son las más eficaces y en segundo lugar algunas gramíneas como trigo, cebada y avena, y entre las leguminosas, el guisante. Hintzsche y Pallutt (1995) desarrollan un programa de producción integrada donde incluyen abonos verdes para el control de la flora arvense en Alemania. Mathew y Alexander (1995) estudiaron el efecto del abono verde en el control de la flora arvense en arroz en India. Boydston y Hang (1995) estudiaron el efecto del abono verde de Brassica napus en el control de la flora arvense en papas EE.UU., encontrando que si se incorporan en primavera, la densidad de la flora arvense se reduce un 73 a 85 %, el abono de nabos se añadió a suelo franco arenoso a 20 g de materia verde por 400 g de suelo. Dyck, Liebman y Erich (1995) demuestran que el uso de abono verde de leguminosas (Trifolium incarnatum) producen una considerable reducción de herbicidas y fetilizantes de síntesis en EE.UU. J.M. Zhao y F. Zhao (1995) estudian el manejo del suelo en cultivos de manzana en China, señalando la importancia de las cubiertas orgánicas y los abonos verdes. Abdel-Samie y El-Bially (1996) estudian el efecto de Azolla en la supresión de la flora arvense en arroz en Egipto, indicando que fue tan eficaz como cuando se efectúan dos arranques a mano. Álvarez et al. (1996) utilizan Cannavalia ensiformis como abono verde para controlar malas hierbas en cultivos de Xantomonas en Cuba. Nietschke (1996) en el Sur de Australia revisa los métodos de control de avena loca, señalando el interés de los abonos verdes. Al-Khatib, Libbey y Boydston (1997) estudian el efecto supresor de los abonos verdes de brasicas (Brassica hirta), centeno o trigo en el control de la flora arvense en cultivos de guisante, encontrando que las brasicas añadidas al suelo a las dosis de 20 g por 400 g de suelo seco reduce la emergencia de Capsella bursa-pastoris, Kochnia scoparia y Sestaria viridis en un 97, 54 y 49 % respectivamente.
Beltrán (1997) revisa los efectos alelopáticos y sus mecanismos estableciendo métodos para el control de la flora arvense. Ciuberkis (1997) encuentra que el estiércol reduce la flora arvense en Lituania. Edwards y Walker (1997) estudiaron el uso de residuos orgánicos, incluidos los urbanos, en el control de la flora arvense en algodón en EE.UU. Kim Kilung y Park Kwangho (1997) revisan los componentes alelopáticos aislados de plantas cultivadas, que tienen alto potencial para el control de la flora arvense, especialmente en arroz, remolacha, altramuz, maíz, trigo, avena, guisante, cebada, centeno y pepino. Li Shanlin et al. (1997) estudian en China el efecto herbicida de los extractos de trigo y sugieren que se debe a varias sustancias entre ellas el etanol. Webston, Nimbal y Czarnota (1997) aíslan productos naturales de Sorghum bicolor que son fitotóxicos sobre determinada flora arvense. Quarles (1997) aísla una sustancia herbicida del gluten de maíz. Anju Kamra y Gaur (1998) encuentran que la solarización aplicada en un período de tres a seis semanas y combinada con estiércol reduce los problemas de nematodos, hongos y flora arvense, con la excepción de Cyperus rotundus. Dhanapal et al. (1998) utilizan extractos de nim, Ricinus communis y mostaza en el control de Orobanche.
Eberlein et al. (1998) estudian el efecto supresor para la flora arvense de varios cultivares de Brassica napus utilizados como abono verde debido a los glucosinolatos existentes en sus raíces, que actúan como biofumigantes, señalan que la eficacia depende del cultivar. Golpa Krishnan, Holshouser y Nissien (1998) utilizan abono verde de brasicas para la supresión de la flora arvense. Yang, Kim y Chung (1998) estudian in vitro el efecto alelopático del extracto de arroz, cebada, avena, centeno y trigo, y encuentran que el alcohol metílico que se encuentra en estos extractos inhibe la germinación de 6 especies de flora arvense: Amaranthus retroflexus, Chenopodium album, Arthraxon hispidus, Digitaria adscendens, Echinochloa crusgallia y Setaria viridis, además en campo mejoran la producción del cultivo de Ging-seng. Rosskopf, Chellemi y Kokalis-Burelle (1999) estudian el efecto de la solarización con compost en el control de la flora arvense en hortalizas de Florida, indicando que los resultados son comparables al BM.
Biofumigación y control de bacterias, virus y postcosecha
En este apartado se dan algunos datos sobre la posible aplicación de la biofumigación en el control de bacterias, virus y postcosecha, tema de investigación que se viene desarrollando especialmente en los últimos años.
Bacterias. La aplicación de materia orgánica produce un incremento de nematodos saprófagos, que reducen la incidencia de las bacterias patógenas de los vegetales, en este sentido conviene señalar que Ryder y Bird (1993) encuentran que el nematodo saprófago Acrobeles nanus reduce los problemas de Restonia corrugata, indicándonos el valor de la biofumigación en el control de las bacterias, puesto que los nematodos se duplican en los suelos biofumigados. Akiew, Trevorrow y Kirkegaard (1996) estudian el efecto de mostaza y residuos de tabaco en la reducción de Restonia solanacearum en tomate. Michel y New (1996) encuentran que la materia orgánica con urea (200 kg N ha-1) y CaO (5.000 kg ha-1), reduce las poblaciones de Restonia solanacearum dependiendo del tipo de suelo, siendo efectivo en suelos básicos. Lazarovits, Conn y Kritzman (1997) encuentran que los residuos orgánicos con alto contenido de nitrógeno reducen las poblaciones de Verticillium dahliae, la bacteria Streptomyces scabies, nematodos y malas hierbas en papa, sin embargo puede producir efectos fitotóxicos en el primer cultivo, aunque el estiércol de cerdo, el estiércol de vaca y algunos compost sólo reducen la bacteria, indicando que esto depende de la especificidad del suelo y de la dosis. Se han encontrado resultados similares en tomates y frutales, considerando que la materia orgánica es un buen candidato para reemplazar el BM, especialmente en suelos arenosos, durando su capacidad biocida varios años y siendo más económico que el BM, al mismo tiempo que incrementa los organismos del suelo. Michel et al. (1997) encuentran efecto supresivo en el abono verde de soja, caupí o residuos de cebolla adicionándole 200 kg ha-1 de nitrógeno ureico y 500 kg ha-1 de CaO reduciendo las poblaciones de R. solanacearum en tomate, parece que el efecto supresor se produce durante la trasformación de la urea en presencia de CaO.
Virus. La biofumigación puede actuar indirectamente, sobre virus al eliminar hongos, nematodo e insectos vectores. Jacobs et al. (1994) señalan la actividad nematicida, antiviral, antifúngica y antibacteriana de Tagetes patula y T.erecta. Se ha observado en los experimentos de campo que hemos realizado que la incidencia de virus es nula.
Postcosecha. Se ha realizado la aplicación del biogas obtenido de la fermentación de plátanos en la conservación de maíz en Nicaragua, obteniéndose una eficacia del 95 % en el control del gorgojo del maíz (Sitophilus zeamais) (Lacayo et al. 1996).
BIOFUMIGACIÓN Y SOLARIZACIÓN
Katan (1981) sugiere que la adición de residuos orgánicos al suelo puede incrementar la eficacia de la solarización. Pullman et al. (1981) indican que la solarización reduce Verticillium dahliae a profundidades de 70-120 cm, consideran que se debe a los gases liberados durante el proceso de solarización, puesto que a esa profundidad la temperatura no tiene efecto letal. Horiuchi et al. (1982) observan que la eficacia de la solarización es mayor cuando se incorporan abonos verdes de nabo. Kodama y Fukui (1982) señalaron que es conveniente añadir almidón soluble al medio, 25-30 g kg-1 de suelo seco, para aumentar el efecto de la solarización. Stapleton y de Vay (1986) indican que la reducción de nematodos a profundidades entre 46-91 cm en California se debe a otros factores diferentes de la temperatura. Munnecke (1984) indica que la solarización es eficaz en el control de Fusarium oxysporum, cuando se añaden coles, debido a los gases fitotóxicos que se producen en su descomposición.
Garibaldi y Gullino (1991) revisan el empleo de la solarización en los países del sur de Europa, indicando que crea vacío microbiológico y no hay eficacia en aquellas capas donde no llega la radiación solar (30-40 cm), puesto que la solarización se basa en el calentamiento del suelo de 36 a 50 °C y ésto sólo ocurre en los primeros 30 cm. Katan y de Vay (1991), en el epilogo de un libro sobre solarización, después de revisar los problemas que se han planteado los investigadores sobre solarización en los 15 últimos años, indican que el futuro del método de solarización está en el uso de plásticos degradables, mejorar la eficacia de la coberturas, encontrar nuevas vías de aplicación de la solarización en el control de los patógenos en el material de propagación, descontaminación del suelo de pesticidas, reducción de la salinidad, y desarrollo de modelos de producción que permitan su aplicación en regiones y períodos fríos del año.
De Vay y Katan (1991) indican que existen muchas preguntas sobre la solarización que no tienen respuestas, tales como si el control de los organismos fitoparásitos es posible a profundidades comprendidas entre 60-120 cm en suelos solarizados, cuando la temperatura total necesaria no se alcanza a esa profundidad, y la posible función de las sustancias volátiles en la reducción de los patógenos. Tjamos (1998) hace una excelente revisión de la solarización en los países del Sur de la UE, indicando que es una buena alternativa al BM que incluso puede eliminar bacterias como Clavibacter michiganensis (Antoniou, Tjamos y Panagopoulos 1997a,b), aunque los hongos Monosporascus sp., Macrosphmina phaseoli y Fusarium oxysporum f. sp. dianthi no son fácilmente controlados por solarización (Elena y Tjamos 1992). Se ha considerado que aumentan hongos y bacterias antagonistas termotolerantes induciendo fungistasis después de la aplicación de la solarización, entre ellos Talaromyces flavus y Aspergillus tenuis (Tjamos, Biris y Paplomatas 1991), T.flavus que en presencia de glucosa, la glucooxidasa produce hidrógeno peroxidasa que es letal para los propágulos de Verticilium dahlia (Fravel 1988; Kim, Fravel y Papavizas 1988). Stapleton y de Vay (1984) estudian el efecto de la solarización del suelo sobre las bacterias demostrando el efecto beneficioso sobre las especies termófilas de los géneros Actinomices, Bacillus y Pseudomonas que producen antibióticos que reducen las poblaciones del suelo, incrementando las bacterias pectolíticas que favorecen la anaerobiosis.
Gambiel y Katan (1991) encuentran efecto beneficioso de la solarización sobre el incremento y supervivencia de Pseudomonas fluorescens y P.putida. Señalar, por último, que el principal problema de la solarización es el período de duración, por lo que sería de interés optimizar el método con la introducción de bajas dosis de fumigantes y organismos antagonistas, combinando la solarización con agentes de biocontrol, o introducir la supresividad del suelo (Greenberger et al. 1987; Katan, de Vay y Greenberger 1989; Katan, Fishler y Grinstein, 1983).
Blok et al. (1998) estudian en laboratorio el efecto sobre el control de Fusarium oxysporum f. sp. asparagi de cinco materiales vegetales diferentes: Lolium perenne, Brassica oleracea convar oleracea var gemmifera, restos de cultivos, frutales y residuos de jardín compostados, paja de trigo (Triticum aestivum) y alfalfa (Medicago sativa), que fueron cortados en trozos pequeños de aproximadamente 0,5 cm2, aplicando 70 g de peso seco a 100 ml de un suelo franco arenosos con pH 7,5 y un contenido de materia orgánica del 3,3%, se introdujo en botellas de vidrio incubándolo a 11 y 24 ºC, encontrando que el consumo de oxógeno fue mayor a 24 ºC y que después de 7 semanas no se detecta el hongo en los tratamientos con alfalfa y brasica. Posteriormente se repitio el experimento en campo durante el verano de 1994 y 1995 utilizando solo Brassica oleracea convar. botrytis var. cymora y Lolium perenne, en parcelas experimentales cubiertas con plástico y sin plástico, estudiando su efecto sobre F.oxysporum f. sp. asparagi, Rhizoctonia solani y Verticillium dahliae a 15 cm de profundidad en suelo franco arenoso que en el verano de 1994 presenta un pH 6,1 y un contenido de materia orgánica del 31%, aplicando 135 kg N, 240 kg K2O y 160 kg MgO ha-1, se añadieron las plantas de 4 semanas con un peso fresco de 3,8 kg m-2 para las brasicas y 4 kg m-2 para Lolium, se incorporó con un rotavator a una profundidad de 20-25 cm y se regó con un aspersor durante toda una noche y se cubrió con plástico.
El segundo año (1995) el suelo presentaba un pH 6,5 y un contenido de materia orgánica del 3,4 %, se aplicaron 3,4 kg y 4,0 kg m-2 de peso fresco para el brócoli y Lolium respectivamente, actuando con la misma metodología que el año anterior, se determinó el efecto después de 15 semanas encontrando una eficacia alta en el control de hongos en los suelos cubiertos con plástico, no encontrando alto efecto en el control de Globodera pallida, aunque se observó reducción de poblaciones de Pratylenchus penetrans y Meloidogyne fallax, atribuyen la acción de control a las condiciones de anaerobiosis creadas al incrementar el metabolismo del suelo con la incoporación de la materia orgánica durante el proceso de fermentación; concluyen que el efecto de control no se debe a las sustancias tóxicas volátiles desprendidas durante la descomposición, ya que no se obtiene control de hongos al incorporar brócoli sin plástico, reconocen que las sustancias volátiles se producen pero no permanecen en el suelo el tiempo suficiente para que actúen en el control de los patógenos, concluyendo que la incorporación de materia orgánica puede ser importante pero es inconsistente, señalan que los mecanismos de control están relacionados con la reducción de oxígeno y la toxicidad de los productos químicos formados en condiciones de anaerobiosis, que el bajo nivel de oxígeno no es por si solo suficiente para el control de los patógenos, indicando que no es necesario que se produzcan glucosinolatos para el control, que las diferencias de un año a otro se deben a la cantidad de materia orgánica y existe el peligro de que se recolonicen rápidamente los suelos por los patógenos, resultando que la eficacia depende de la cantidad de materia orgánica, tipo de cobertura y estado de nutrientes en el suelo.
Estos resultados los vuelven a publicar posteriormente (Blok et al. 2000), señalando únicamente que el control no está relacionado con la temperatura por lo que se diferencia claramente de la solarización, y puede aplicarse en lugares donde la solarización y el encharcamiento no pueden ser aplicados, por lo que lo consideran un nuevo método de control y lo denominan «biological soil disinfestation».
Perrin et al. (1998) encuentran que las ectomicorrizas fueron de los hongos más sensibles a la solarización. Eleftherohorinos y Giannopolitis (1999) indican que la eficacia de la solarización puede estar relacionada con el balance de los compuestos gaseosos (02, CO2) (Rubin y Benjamin 1984) y con la producción de acetaldehido y etileno siendo efectivo en el control de un espectro amplio de malas hierbas, aunque es menos efectivo en el control de las plantas perennes. Ploeg (2000) encuentra que la combinación de solarización y biofumigación con bróculi en cultivos de melón es eficaz en el control de M.incognita. Bello et al. (2000c) señalan las diferencias entre solarización y biofumigación en el control de nematodos en cultivos extensivos de zanahoria, no siendo necesarias la aplicación de plástico y las altas temperaturas, aunque ambas técnicas pueden ser complementarias.