Biofertilizantes: los aliados invisibles para la agricultura

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Los microorganismos que se encuentran en el suelo poseen una gran importancia para el desarrollo de las plantas. Se tiene registro de que desde hace más de un siglo se han diseñado biofertilizantes, productos que aprovechan bacterias y hongos para beneficio de la nutrición de las plantas, como nuevas estrategias agrícolas. A lo largo del artículo, conoceremos la historia, desarrollo y potencial de estos productos en la agricultura del futuro. 

Un universo invisible bajo nuestros pies

Un puñado de suelo puede parecer una simple mezcla de minerales y materia orgánica, pero alberga millones de microorganismos que interactúan entre sí y con las raíces de las plantas. Bacterias, hongos y otros organismos microscópicos participan en numerosos procesos que contribuyen a la salud vegetal. En la zona que rodea las raíces, conocida como rizosfera, microorganismos y plantas intercambian nutrientes y señales químicas, lo que hace que se beneficien mutuamente (Compant et al., 2019).

Durante décadas, el aumento de la producción agrícola estuvo asociado al uso intensivo de fertilizantes químicos, cuyo auge se dio a mediados del siglo XX, con la conocida “Revolución verde”, la cual fue una estrategia que permitió incrementar los rendimientos de los cultivos, sin embargo, también trajo efectos adversos, como la contaminación por desbalance de nutrientes (como la acumulación descontrolada de sales en el suelo), la degradación del suelo  y alteraciones en las comunidades microbianas nativas (FAO, 2020).

La fertilidad de un suelo depende no solo de la disponibilidad de nutrientes, sino también de los microorganismos que los transforman y ponen a disposición de las plantas. El microbioma del suelo (es decir, el conjunto de microorganismos que habitan en ese ambiente, así como sus interacciones) participa en funciones vitales del cultivo. En este contexto, los biofertilizantes han surgido como una herramienta biotecnológica que aprovecha parte del potencial del microbioma para favorecer procesos como la fijación de nitrógeno, la movilización de nutrientes y la estimulación del crecimiento vegetal.

Comprender estas comunidades microscópicas resulta cada vez más importante ante desafíos como la degradación de suelos, el cambio climático y la necesidad de producir más alimentos de manera sostenible. Estudiar el microbioma del suelo implica explorar uno de los ecosistemas más importantes y menos visibles que sostienen la vida en el planeta.

¿Cómo ayudan los microorganismos a las plantas?

Bajo la superficie del suelo existe una zona particularmente activa conocida como rizosfera, donde las raíces y los microorganismos mantienen un intercambio constante de nutrientes y señales químicas. Las plantas liberan compuestos orgánicos que sirven de alimento para diversos microorganismos, mientras que estos pueden favorecer la disponibilidad de nutrientes y estimular el crecimiento vegetal (Backer et al., 2018).

Entre los organismos benéficos del microbioma del suelo destacan las bacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR, por sus siglas en inglés), capaces de favorecer el desarrollo de los cultivos mediante diversos mecanismos. Uno de los más importantes es la fijación biológica de nitrógeno, proceso mediante el cual bacterias como Rhizobium transforman el nitrógeno atmosférico en compuestos que las plantas pueden utilizar para su crecimiento.

Otras bacterias contribuyen a la nutrición vegetal liberando nutrientes poco disponibles en el suelo. Bacterias de géneros como Bacillus y Pseudomonas pueden solubilizar fósforo, mientras que algunas especies producen fitohormonas que estimulan el desarrollo de las raíces y mejoran la capacidad de las plantas para explorar el suelo (Backer et al., 2018).

Los hongos micorrízicos, hongos que trabajan en equipo con las raíces de las plantas, también desempeñan un papel fundamental, ya que sus filamentos microscópicos se extienden en el suelo, lo que ayuda a tener una mejor captación de agua y nutrientes tanto para el hongo como para la planta. Además, algunos de ellos contribuyen a la defensa natural de las plantas al competir con organismos potencialmente patógenos o limitar su establecimiento (Kalamulla et al., 2022).

Comprender estas interacciones (Fig. 1) permite reconocer que los biofertilizantes no solo aportan nutrientes al suelo, sino que también buscan fortalecer procesos biológicos que ocurren de manera natural dentro de un ecosistema complejo y dinámico.

Figura 1. Principales mecanismos mediante los cuales los microorganismos benéficos favorecen el crecimiento y desarrollo vegetal. Imagen generada con asistencia de inteligencia artificial mediante Google Gemini y revisada por los autores.

Los primeros biofertilizantes

Durante siglos, los agricultores observaron que ciertos cultivos, especialmente las leguminosas como el frijol, el chícharo y la alfalfa, mejoraban las condiciones del suelo en lugar de agotarlas. La milpa mexicana es un sistema de cultivo basado en el desarrollo colaborativo entre maíz, frijol y calabaza, y es un ejemplo de cómo estas asociaciones han favorecido la productividad agrícola durante generaciones, aunque durante mucho tiempo se desconoció la causa de este fenómeno.

A finales del siglo XIX, los avances en microbiología revelaron que las raíces de las leguminosas (como el frijol) establecen asociaciones con bacterias del género Rhizobium, capaces de transformar el nitrógeno atmosférico en compuestos aprovechables para las plantas. Este descubrimiento cambió la forma de entender la fertilidad del suelo y puso de manifiesto el papel fundamental de los microorganismos en la productividad agrícola (Fred et al., 1932).

A partir de estos hallazgos surgieron los primeros inoculantes microbianos comerciales. Uno de los más conocidos fue Nitragin, desarrollado a finales del siglo XIX y considerado uno de los primeros biofertilizantes comerciales. Este producto contenía bacterias fijadoras de nitrógeno que se aplicaban a semillas de leguminosas para favorecer la formación de nódulos y mejorar el aprovechamiento de este nutriente (Fig. 2).

Figura 2. Envase original de “Nitragin”, inoculante bacteriano comercializado por The Nitragin Company Inc. bajo el proceso Nobbe–Hiltner.

Aunque aquellos productos eran muy distintos a los biofertilizantes actuales, representaron el inicio del aprovechamiento de los microorganismos como herramientas para mejorar la agricultura. Actualmente, un biofertilizante se define como una preparación que contiene microorganismos vivos capaces de sobrevivir y colonizar la raíz o el interior de las plantas al aplicarse en semillas, superficies vegetales o en el suelo. Su acción puede favorecer el crecimiento vegetal o aumentar la disponibilidad de nutrientes  (Vessey, 2003). Así, los biofertilizantes modernos retomaron y ampliaron el concepto, aprovechando los conocimientos acerca de la naturaleza de los microorganismos, con la finalidad de favorecer la nutrición vegetal y contribuir a sistemas agrícolas más sostenibles.

Del laboratorio al campo

Convertir un microorganismo del suelo en un biofertilizante listo para utilizar en un cultivo implica mucho más que simplemente multiplicarlo. Antes de llegar al campo, estos organismos deben ser seleccionados, cultivados y preparados para sobrevivir fuera de su ambiente natural. En este proceso participan herramientas de la biotecnología que permiten aprovechar las capacidades de microorganismos específicos y transformarlas en soluciones aplicables a la agricultura (Fig. 3).

Figura 3. Etapas generales involucradas en el desarrollo, producción y aplicación de biofertilizantes. Imagen generada con asistencia de inteligencia artificial mediante Google Gemini y revisada por los autores.

El primer paso consiste en identificar microorganismos con características favorables para las plantas. No todos los organismos presentes en el suelo tienen el mismo potencial: algunos pueden fijar nitrógeno, otros movilizar nutrientes como fósforo o producir sustancias que estimulan el crecimiento vegetal. Por ello, los microorganismos seleccionados deben evaluarse bajo diferentes condiciones para determinar su capacidad de interactuar con las plantas y adaptarse a distintos ambientes agrícolas (Malusá et al., 2012).

Es importante distinguir los biofertilizantes de otras mezclas orgánicas. Las compostas, los estiércoles y los residuos vegetales pueden mejorar las propiedades del suelo y favorecer la actividad de sus comunidades microbianas; sin embargo, no se consideran automáticamente biofertilizantes. Para recibir esta denominación, un producto debe contener microorganismos vivos, cepas individuales o consorcios definidos, incorporados con el propósito de favorecer la nutrición o el crecimiento de las plantas.

Los biofertilizantes pueden producirse tanto de manera artesanal como de manera industrial. En los sistemas artesanales es posible preparar inoculantes a partir de microorganismos obtenidos localmente, aunque su composición, concentración y viabilidad pueden variar entre lotes. En cambio, los producidos de manera industrial suelen formularse con microorganismos seleccionados y caracterizados, lo que permite un mayor control de su composición, concentración y calidad. Ambas alternativas pueden ser útiles, siempre que se verifique la viabilidad de los microorganismos y su efecto en las condiciones de cultivo (Bashan et al., 2014).

A escala industrial, la producción se realiza bajo condiciones controladas utilizando biorreactores que proporcionan nutrientes, temperatura, oxígeno y pH adecuados para el crecimiento microbiano. Una vez multiplicados, los microorganismos se incorporan a formulaciones líquidas o sólidas que permiten conservar su viabilidad durante el almacenamiento, transporte y aplicación en campo (Bashan et al., 2014).

Sin embargo, el desafío no termina con la producción. Tras su aplicación, los microorganismos deben adaptarse a un entorno complejo como el suelo, donde compiten con comunidades ya establecidas y enfrentan condiciones ambientales variables. Por ello, el desarrollo de biofertilizantes no consiste únicamente en cultivar microorganismos, sino en diseñar estrategias que les permitan mantener sus funciones benéficas una vez que llegan a las plantas.

Beneficios para la agricultura y el ambiente

La fertilidad de un suelo no depende únicamente de la cantidad de nutrientes disponibles, sino también de las interacciones entre microorganismos, raíces y materia orgánica que permiten su transformación y aprovechamiento. En este contexto, los biofertilizantes representan una herramienta para fortalecer procesos biológicos que ocurren naturalmente dentro del microbioma del suelo.

Algunos microorganismos favorecen la disponibilidad de nutrientes mediante mecanismos como la fijación biológica de nitrógeno y la movilización de fósforo. Otros producen compuestos que estimulan el crecimiento de las raíces o establecen asociaciones simbióticas, como las micorrizas, que mejoran la absorción de agua y minerales (Vessey, 2003; Backer et al., 2018). El beneficio principal de la biofertilización, por tanto, no consiste en agregar grandes cantidades de nutrientes, sino en facilitar que la planta acceda a ellos o los aproveche mejor. Algunos microorganismos también pueden limitar el desarrollo de fitopatógenos, pero esa función corresponde principalmente al biocontrol y no necesariamente se incluye en un biofertilizante.

Más allá de sus efectos sobre las plantas, los biofertilizantes pueden contribuir a reducir parcialmente la dependencia de fertilizantes químicos y favorecer prácticas agrícolas más sostenibles. Esto resulta especialmente relevante frente a problemas como la degradación de los suelos, la contaminación por exceso de nutrientes y la pérdida de biodiversidad microbiana (FAO, 2020).

En regiones agrícolas de México y otros países latinoamericanos, estas tecnologías forman parte de estrategias orientadas a conservar la salud del suelo y fortalecer la productividad a largo plazo. Aunque no constituyen una solución única para todos los desafíos agrícolas y sus resultados pueden variar según las condiciones de cultivo (Schütz et al., 2018), representan una alternativa prometedora para integrar el conocimiento del microbioma del suelo en sistemas agrícolas más resilientes y sostenibles.

Retos y perspectivas futuras

Aunque los biofertilizantes representan una herramienta prometedora para aprovechar el microbioma del suelo, su aplicación enfrenta diversos desafíos. Al tratarse de organismos vivos, su desempeño depende de factores como el pH, la temperatura, la humedad y las características del suelo.

Uno de los principales retos es lograr que los microorganismos introducidos se establezcan e interactúen eficazmente con las comunidades microbianas ya presentes. Por ello, los resultados observados en laboratorio no siempre se reproducen con la misma eficacia en campo.

Uno de los retos técnicos más serios es la vida de anaquel, es decir, el periodo durante el cual el producto debe conservar una cantidad suficiente de microorganismos vivos y funcionales. Durante el almacenamiento y el transporte, la temperatura, la humedad y el tipo de formulación, además del tipo de empaque donde se transportan, pueden reducir su supervivencia. Por ello, desarrollar formulaciones estables, además de puntualizar criterios de calidad, resulta fundamental para garantizar productos confiables (Bashan et al., 2014; Herrmann et al., 2022).

Ahora, desde el punto de vista del factor humano, también existen barreras sociales y comerciales. La falta de capacitación del personal que maneja y aplica los productos, la desconfianza hacia nuevas técnicas agrícolas, el acceso limitado a asistencia técnica y la confusión entre biofertilizantes, inoculantes, compostas y otros bioinsumos pueden frenar su adopción; sin dejar de lado los problemas de abastecimiento, el precio, el etiquetado confuso y la poca disponibilidad para experimentar con ellos en los campos de cultivo. Por ello, su uso masivo requerirá no solo mejores microorganismos, sino también normas de calidad, comunicación transparente, asesoramiento técnico y evidencia de su funcionamiento en cada región (Herrmann et al., 2022).

Conclusión

Los biofertilizantes aprovechan la capacidad de algunos microorganismos para favorecer procesos naturales para el crecimiento y nutrición de las plantas. No sustituyen por sí solos el manejo agronómico adecuado ni el uso de fertilizantes convencionales, pero pueden complementarlos y contribuir a una agricultura más eficiente y sostenible.

Actualmente existen cada vez más conocimientos respecto a la naturaleza y comportamientos de los microorganismos benéficos para los cultivos, sin embargo, aún hace falta una mayor comprensión de las interacciones entre dichos microorganismos y las plantas que habitan, así como con el suelo y las comunidades microbianas nativas. El conocimiento acerca de estas relaciones permitirá diseñar biofertilizantes cada vez mejores y adaptarlos a cada cultivo y región. 

Bajo cada cultivo existe un universo microscópico, cuyo conocimiento permitirá abrir nuevas alternativas para construir una agricultura más sostenible.

Referencias

1. Backer, R., Rokem, J. S., Ilangumaran, G., Lamont, J., Praslickova, D., Ricci, E., Subramanian, S., & Smith, D. L. (2018). Plant growth-promoting rhizobacteria: Context, mechanisms of action, and roadmap to commercialization of biostimulants for sustainable agriculture. Frontiers in Plant Science, 9, 1473. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01473

2. Bashan, Y., de-Bashan, L. E., Prabhu, S. R., & Hernandez, J. P. (2014). Advances in plant growth-promoting bacterial inoculant technology: Formulations and practical perspectives. Plant and Soil, 378, 1–33. https://doi.org/10.1007/s11104-013-1956-x

3. Compant, S., Samad, A., Faist, H., & Sessitsch, A. (2019). A review on the plant microbiome: Ecology, functions, and emerging trends in microbial application. Journal of Advanced Research, 19, 29–37. https://doi.org/10.1016/j.jare.2019.03.004

4. Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2020). State of knowledge of soil biodiversity: Status, challenges and potentialities. FAO. https://doi.org/10.4060/cb1928en

5. Fred, E. B., Baldwin, I. L., & McCoy, E. (1932). Root nodule bacteria and leguminous plants. University of Wisconsin Press.

6. Herrmann, L., Lesueur, D., Robin, A., Robain, H., Wiriyakitnateekul, W., Bräu, L., & Haon, M. (2022). Biofertilizers: Challenges and opportunities for sustainable agriculture. Applied Sciences, 12(21), Article 11121. https://doi.org/10.3390/app122111121

7. Kalamulla, R., Karunarathna, S. C., Tibpromma, S., Galappaththi, M. C. A., Suwannarach, N., Stephenson, S. L., Asad, S., Salem, Z. S., & Yapa, N. (2022). Arbuscular mycorrhizal fungi in sustainable agriculture. Sustainability, 14(19), Article 12250. https://doi.org/10.3390/su141912250

8. Malusá, E., Vassilev, N., & Freitas, H. (2012). Beneficial microorganisms in agricultural production: Methods for inoculant formulation and production. Journal of Biotechnology, 160(1–2), 1–2.

9. Schütz, L., Gattinger, A., Meier, M., Müller, A., Boller, T., Mäder, P., & Mathimaran, N. (2018). Improving crop yield and nutrient use efficiency via biofertilization—A global meta-analysis. Frontiers in Plant Science, 8, 2204. https://doi.org/10.3389/fpls.2017.02204

10. Vessey, J. K. (2003). Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers. Plant and Soil, 255, 571–586. https://doi.org/10.1023/A:1026037216893