Manejo de la biodiversidad del cultivo organico aumenta la sostenibilidad agricola

Se cree que la agricultura organica (AO) es capaz de limitar los efectos peligrosos asociuilios economicos de la practica del Manejo de la Biodiversidad en Cultivo Organico (MBCO) en la huerta organica de Hongyi (HOH), sobre un periodo de ocho años, y entre MBCO y AQ. Al vincular la produccion de cultivos con la crianza de ganado para lograr un uso maximo de productos secundarios de cada produccion y evitar quimicos xenobioticos, hemos logrado un mejoramiento beneficioso de las propiedades del suelo, un control efectivo de plagas y malezas, y mayores rendimientos de cultivo. Despues 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 dolares y 24.423 dolares en el 2014 y 2007 respectivamente. Por lo tanto, el MBCO no solo puede alimentar a mas poblacion, sino que aumentar la capacidad adaptativa de los sistemas agricolas y ganar mucho mayores beneficios economicos.

Introduccion

Se ha difundido ampliamente la idea de que las decadas venideras presenciaran un incremento sustancial de poblacion humana desde los actuales siete mil millones a nueve mil millones para el 20501, con una potencial duplicacion de la demanda de alimentos2. Para poder estar a la altura de este desafio anticipado, han sido propuestas y probadas varias opciones1,2. Con la amplia aplicacion de fertilizantes quimicos, pesticidas y herbicidas, la utilizacion de los recursos hidricos a gran escala, y la implementacion de la ingenieria genetica, la produccion global de alimento per capita se ha incrementado significativamente2,3. Sin embargo, estos esfuerzos tambien 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 contaminacion de los suelos6 y la acidificacion7, la contaminacion de las aguas subterraneas8, y la elevada emision de gases de invernadero9, estan asociados comunmente a areas de agricultura quimica (AQ). traducido por agriculturers.com. El uso agresivo de pesticidas y herbicidas sinteticos 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 super malezas resistentes a herbicidas12,13. Mas aun, la perdida de biodiversidad puede en cambio, reducir la produccion de cultivo. Un meta analisis de datos publicados mostro que niveles intermedios de perdida de especies (21-40%) redujo la produccion de plantas entre un 5-10%, mientras que los niveles de extincion mas altos (41-60%) tenian efectos adversos equiparables a los de la perdida de la capa de ozono, la acidificacion, elevado CO2, y la contaminacion por nutrientes14.

Que deberiamos hacer para reducir los impactos ambientales negativos de la AQ e incrementar la produccion de alimento en una forma ecologicamente benefica? Algunos han llevado a cabo trabajo innovador para producir mas grano con un menor costo ambiental7,15,16,17. Incluso puede haber mayores beneficios economicos y ecologicos que ganar, si la produccion de cultivos se conectara con la produccion de ganado en forma efectiva dentro del mismo sistema agricola. En este respecto, creemos que la agricultura organica (AO) practicada tradicionalmente a pequeña escala por agricultores como aquellos en China, puede ser mejorada y reorganizada. Al hacerlo, podriamos utilizar al maximo los productos secundarios de la produccion de cultivos y la produccion de ganado, para mejorar los rendimientos y reducir la contaminacion ambiental18.

Planteamos la hipotesis de que, si la produccion de cultivos puede ser vinculada con la produccion de ganado en forma efectiva en el mismo sistema agricola, no solo se verian mejorados los rendimientos de cosecha sin contaminacion quimica, sino que se podria ganar ademas algunos beneficios economicos y ecologicos. De esta forma, instalamos en el 2006 una huerta organica, la huerta organica de Hongyi (HOH), para poner a prueba la mencionada hipotesis. La HOH tiene un total de 8,7 hectareas de tierra, ubicadas en la provincia de Shandong al este de China. El Manejo de Biodiversidad del Cultivo Organico (MBCO) practicado en la HOH (Fig. 1) incluyo la alimentacion del ganado con residuos del cultivo, y el uso de abono producido a partir del compostaje de estiercol 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 energia solar, y enemigos naturales para la captura de insectos voladores y plagas durante las noches. La crianza de pollos se llevo a cabo en el bosque y en un huerto organico de manzanas. No utilizamos fertilizantes

quimicos, pesticidas, o herbicidas. Tambien evitamos plantar cualquier tipo de cultivo geneticamente modificado (CGM). Aqui se informan los resultados iniciales de la practica de MBCO en la HOH por ocho años.

Figura 1: Un diagrama esquematico de la practica de Manejo de Biodiversidad del Cultivo Organico (BMCO) en la huerta organica de Hongyi (HOH).

El ‘+’ significa salidas de dinero, ‘-’ significa entradas de dinero. La unidad de dinero es dolar 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 areas 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 depreciacion de maquinarias, fertilizantes, riego, semillas, electricidad, etc. MBCO en HOH tiene cinco circulos 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 maiz de verano (Fig. 2b) en hasta un 65% por hectarea durante ocho años. Mas importante aun, 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 maiz de verano, arrojaron rendimientos de 8.634 kG/ha y 10.235 kg/ha, respectivamente, en las tierras con MBCO en comparacion 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% mas) en las tierras MBCO en comparacion a las tierras AQ durante los ultimos cinco años del experimento.

Figura 2: Comparacion de rendimientos de trigo de invierno (a) y maiz de verano (b) desde el 2007 al 2014, entre practicas de MBCO y AQ.

Los diferentes simbolos al pie de nota representan diferencias significativas (DUNCAN test, **contraste extremo (p<0,01); *diferencia significativa (p<0,05). En el periodo de transicion organico (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 periodo de transicion 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 organica del suelo (MOS) entre los 0 a 20 cm de profundidad, aumento desde un 0,7 a un 2,4% en lo que corrio del experimento. En contraste, la MOS de las tierras AQ no tuvo un cambio significativo (p=0,3050) durante este periodo. La contribucion del compost digerido por lombrices a la conversion de tierras barradas a tierras productivas fue evidente. Aunque el compost de lombrices tiene un contenido menor de nitrogeno, fosforo y potasio total, en comparacion con el estiercol original del ganado, el fosforo (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 organica del suelo (MOS, 0-20 cm) (a) y contenido de elementos minerales antes y despues del compostaje con lombrices (b).

AK, contenido total disponible de potasio (g/kg); AP, fosforo rapidamente disponible (g/kg), TP, contenido total de fosforo (%); TK, contenido total de potasio (%); TN, nitrogeno total (%). Los diferentes simbolos 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), minuscula para agricultura quimica (AQ) y mayuscula para Manejo de Biodiversidad del Cultivo Organico (MBCO).

Control no toxico 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/dia en el 2009 a 0,012 kg/dia en el 2014. El promedio anual total de peso fresco de plagas atrapadas se redujo en un 93,8%. Una examinacion detallada mostro que esta reduccion en la captura de plagas incluyo tanto a escarabajos como a polillas (Fig. 4b), con solo 2,4 kg y 2,1 kg atrapados por luz en el 2013 y 2014 respectivamente, en comparacion 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: reduccion anual de peso (a) y cambios dinamicos (b) de peso fresco de escarabajos y polillas monitoreados mediante las luces trampa solares desde el 2009 al 2014.

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

Beneficios economicos totales

Vale la pena notar que, luego de ocho años de practica de MBCO, hemos obtenido un incremento de 9,6 veces de ingreso neto a nivel de toda la huerta en relacion al año de inicio. El ingreso neto de HOH fue 258.827 dolares y 24.423 dolares en el 2014 y el 2007 respectivamente (Tabla 1). De hecho, mientras que los insumos totales se incrementaron en un 368% en MBCO en comparacion a AQ, el total de produccion se incremento en un 408%. traducido por agriculturers.com. Los beneficios por unidad de area de MBCO fueron 5 veces mas altos que los beneficios de AQ (Tabla S1 suplementaria). Sin embargo, de acuerdo a nuestra investigacion, tan solo los insumos de plantacion por hectarea del huerto organico fueron casi iguales a los del huerto convencional (3019 $/ha vs 2806 $/ha, Tabla S2 suplementaria).

Discusion

La mayoria de la literatura cientifica 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 climaticas20,22. Cuando se usan las mejores practicas 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 solo con AO. Esto debido a que no solo conseguimos rendimientos mas 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 asi como por el control efectivo de las plagas y malezas. Mediante la aplicacion de paja picada como mulch, y abono proveniente de compost de lombrices como fertilizante organico, la MOS de las tierras previamente abandonadas, se incremento enormemente (de 0,7% a 2,4%, Fig. 3). Se sabe que las lombrices contribuyen a la composicion nutritiva de los suelos al acelerar la descomposicion y mineralizacion de los residuos organicos23,24. Los minerales esenciales para el crecimiento de las plantas, tales como el nitrogeno, el potasio, el fosforo, y el calcio, son mucho mas solubles y disponibles para las plantas mediante el compostaje de lombrices25. Ademas, a traves del compostaje de lombrices, la biodisponibilidad de los minerales esenciales en el estiercol tambien aumento significativamente25.

La practica de MBCO tambien 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 tambien 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 gano tambien un considerable beneficio economico. La crianza de ganado en el mismo sitio, contribuyo mas al mejoramiento del suelo al descargar el fertilizante organico de vuelta a la misma tierra.

Sin usar ningun tipo de herbicida, sino que mediante el uso unicamente de paja picada para recubrir la tierra expuesta, controlamos efectivamente las malezas durante la temporada de maiz de verano. Sin embargo, el manejo de malezas aun requiere de trabajo manual. Aunque esta dificultad de la practica de MBCO puede no representar ningun problema sino que al contrario, puede proveer una solucion para el sistema agricola de China debido a que un gran numero de agricultores chinos a menudo deben competir por trabajar una limitada porcion de tierra. traducido por agriculturers.com. Cuando la AO no solo produce cosechas suficientes, sino que tambien proporciona algunos retornos economicos, mas agricultores pueden disfrutar su trabajo agricola y asi quitar algo de peso de la sociedad al crear mas empleos.

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

La biodiversidad agricola es una clave para un mejor desempeño del MBCO. Con un manejo de la biodiversidad, encontramos que la AO no solo puede alimentar a una mayor poblacion, sino que tambien mejorar la capacidad adaptativa de los sistemas agricolas26, mitigar las emisiones de gases de efecto invernadero17, y reducir la contaminacion ambiental. MBCO no solo es un enfoque ecologicamente atractivo, sino que tambien un medio economicamente beneficioso que debiera ser completamente considerado para el establecimiento de un sistema agricola sostenible. Considerando la crecientemente seria contaminacion quimica producto del uso excesivo de quimicos27 y la resistencia a los CMG debido a varios problemas, como sus riesgos potenciales a la salud28,29, creemos ademas que la AO es una alternativa practica que puede proporcionar un beneficio perdurable.

Por lo tanto, en vez de continuar impulsando un cambio medioambiental global hacia una epoca geologica contaminada por quimicos, el “antropoceno”30, deberiamos extender mas la aplicacion 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 practica para una utilizacion mejor de una gran poblacion de agricultores en un tamaño limitado de tierras de cultivo. Tambien puede proveer un medio valioso para la consecucion 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.

Metodos

El area de estudio

La huerta organica de Hongyi (HOH) fue establecida en el 2006 en un total de 8,7 ha de area 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 esta ubicado fisicamente 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 monzonico 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 metodos 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 maiz) cada año, siendo la mayoria descartados o quemados directamente en el campo.

Rotacion de cultivos y manejo

El sistema de plantacion estuvo basado en una rotacion entre trigo (Triticumaestivium L.) y maiz (Zea mays L.). La variedad invernal de trigo fue Liangxing 99, y el maiz 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 maiz 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 maiz fue de alrededor de 55.000 plantas/ha. En HOH, abandonamos los fertilizantes, pesticidas y herbicidas quimicos, siendo los fertilizantes quimicos 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 maiz 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 (solo 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 maiz, 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 quimicos, se introdujeron luces atrapa plagas. Desde el 2009, se construyo una estacion 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 purpura 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 encendian automaticamente de forma diaria desde 7 pm hasta 5 am desde mayo a septiembre, de acuerdo al periodo 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 organica. Cuando el cultivo era cosechado, la paja era picada en pequeñas piezas por una maquina y puesta de vuelta en el campo. Comparado con el MBCO, AQ uso 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 maquinas 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 plastico y almacenada para fermentacion natural. El experimento de alimentacion 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 maiz, harina de semilla de algodon, salvado de trigo, bicarbonato de sodio, aceite de higado de bacalao, etc.) por ganado por dia. El material de forraje fue usado como fibra. El consumo de forraje vario de acuerdo a la etapa de crecimiento del ganado. Los datos fueron recolectados diariamente para analisis durante el experimento.

 Compost digerido por lombrices de tierra

El estiercol 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 metodo anterior31. El estiercol fue regado regularmente para mantener una humedad apropiada. El estiercol y las lombrices fueron separados despues de tres meses. Se tomo una muestra de estiercol para analisis quimico. El estiercol digerido fue usado como fertilizante organico.

Toma de muestras y analisis de suelo y compost de lombrices

Se tomaron tres muestras de suelo cada año en octubre (luego de la cosecha de maiz) 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 analisis. Las muestras de suelo fueron secadas, tamizadas al aire a

luego de extraerlo con 1 M de acetato de amonio a pH 736; el P disponible fue extraido con 0,5 M NaHCO3 (1:10, p/v) por 30 min y medido de forma colorimetrica37.

Escala del huerto y evaluacion economica

Los beneficios economicos 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 considero 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 area tanto para MBCO como para AQ. Los datos detallados para cada categoria son mostrados en las tablas suplementarias. Los precios locales como la mano de obra, el ganado joven, los pollos jovenes, los gansos jovenes y el vacuno, variaron con los años.

Analisis de datos

Los datos de rendimientos fueron escalados a una hectarea, basados en datos recolectados de nuestra huerta y tierras de cultivo adyacentes. Los rendimientos y los datos del suelo fueron analizados usando un analisis de varianza (ANOVA) de estadisticas 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 grafica Sigma (Aspire Software Intl. Ashburn, VA, USA).

traducido por agriculturers.com.

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