Estos objetivos están en consonancia con las políticas de muchos países, como la estrategia "de la granja a la mesa" de la UE, dirigida a reducir el uso de insumos químicos y la demanda de los consumidores de alimentos de mayor calidad y más seguros. La necesidad de reducir el uso de insumos agroquímicos en los sistemas de cultivo, junto con la necesidad de preservar la fertilidad del suelo y aumentar la productividad de los cultivos, exige una mejor explotación de los recursos naturales y un uso más eficiente de los fertilizantes y otros insumos. Los bioestimulantes pueden contribuir a la consecución de estos objetivos con niveles variables de eficacia en función de los efectos interactivos entre el producto bioestimulante, el genotipo y el medio ambiente. Por lo tanto, la elección correcta del producto bioestimulante, la dosis, el momento y el método de aplicación deben tener en cuenta el objetivo que se persigue, las prácticas culturales utilizadas y las condiciones edafoclimáticas en las que se desarrolla el ciclo del cultivo. Los beneficios agronómicos y medioambientales que pueden obtenerse con el uso de bioestimulantes deben traducirse en resultados económicos positivos para el agricultor, con el fin de justificar el uso de bioestimulantes.

Identificación de los factores medioambientales que limitan la productividad de los cultivos

El conocimiento de los factores que limitan la productividad del cultivo en el lugar de cultivo representa el punto de partida para identificar los beneficios potenciales de la aplicación de bioestimulantes. La identificación de los factores que limitan la productividad del cultivo debe realizarse en la fase de planificación del ciclo de cultivo mediante un análisis en profundidad de las condiciones edafoclimáticas del lugar, el uso de series históricas de datos meteorológicos y el análisis del suelo. Esta información es útil para identificar los factores limitantes de la productividad del cultivo a nivel edáfico (por ejemplo, salinidad) y climático (por ejemplo, temperatura sub o supraóptima), y para establecer estrategias de manejo dirigidas a mitigar el estrés del cultivo con aplicaciones de bioestimulantes. Sin embargo, esta evaluación inicial de los factores limitantes del cultivo tiene muchos márgenes de error para los factores climáticos, por lo que es necesaria una evaluación más precisa de las condiciones climáticas durante el ciclo del cultivo a través de la previsión meteorológica en tiempo real y de estaciones meteorológicas in situ. Los modelos de previsión meteorológica son especialmente útiles para predecir las condiciones de estrés y planificar la aplicación de bioestimulantes antes de que se produzca el evento de estrés para activar los mecanismos de defensa de la planta contra el estrés. El seguimiento de los rasgos morfofisiológicos de los cultivos mediante técnicas de teledetección puede ser útil para poner de manifiesto una situación de estrés en el cultivo, especialmente cuando la intensidad del estrés es tal que no produce síntomas visibles, y para evaluar la recuperación de las plantas tras el estrés. Por último, cabe señalar que los cultivos en condiciones de campo suelen estar sometidos a múltiples estreses causados por varios factores ambientales que pueden actuar simultánea o consecutivamente, amplificando los efectos negativos de los factores de estrés sobre el cultivo. Por ejemplo, en climas cálido-áridos son muy comunes los estreses múltiples causados por temperatura supraóptima y sequía o por salinidad y sequía en cultivos de secano.

Fig. 1. Plataforma de fenotipado de alto rendimiento de Arcadia s.r.l., empresa spin-off aprobada por la Universidad de Tuscia, en la Granja Experimental de la Universidad de Tuscia, Viterbo, Italia(www.arcadia.expert).

Cómo elegir el bioestimulante

La elección de un bioestimulante microbiano y/o no microbiano para alcanzar un objetivo específico (por ejemplo, aumentar la resistencia del cultivo a uno o más factores de estrés ambiental, mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes, mejorar uno o más rasgos de calidad del cultivo) requiere un conocimiento probado de la actividad biológica del producto en condiciones de cultivo similares. Esta información puede estar disponible en informes técnicos, bases de datos, artículos técnicos y científicos y libros específicos en los que se recogen los resultados de ensayos agronómicos. Los informes técnicos pueden ser facilitados directamente por los fabricantes de bioestimulantes, mientras que los artículos y capítulos de libros pueden encontrarse en buscadores web, algunos de los cuales son de acceso gratuito (p. ej. https://scholar.google.com) mientras que otros pueden consultarse pagando una cuota (por ejemplo https://www.scopus.com). Los estudios realizados sobre bioestimulantes son más útiles cuando no sólo tienen en cuenta aspectos agronómicos (por ejemplo, el rendimiento de los cultivos), sino que también incluyen información para comprender el modo de acción de los productos y los efectos interactivos con otros bioestimulantes e insumos químicos (por ejemplo, fertilizantes, pesticidas). Cuando el bioestimulante seleccionado se aplica junto con otros bioestimulantes o insumos químicos, es necesario comprobar que los productos aplicados interactúan sinérgicamente o, al menos, de forma aditiva. Por ejemplo, Rouphael et al (2017) comprobaron que la aplicación de dos bioestimulantes (aplicación radicular de un inóculo de hongos micorrícicos y aplicaciones foliares de un hidrolizado proteico de origen vegetal) en el cultivo de la caña de azúcar y en el cultivo de la soja y de la remolacha en el cultivo de la caña de azúcar.derivado de proteínas) en plantas de lechuga dio lugar a una interacción sinérgica con un aumento en el peso fresco del brote que fue mayor (+33%) que la suma de los efectos causados por la aplicación de un solo bioestimulante (+16% con aplicación radicular de inóculo de hongos micorrícicos o +7% con aplicación foliar de hidrolizado de proteínas derivado de vegetales).

Curiosamente, también se han encontrado interacciones positivas entre bioestimulantes y pesticidas. Por ejemplo, los efectos negativos de los herbicidas (fitotoxicidad y depresión del crecimiento) en las plantas de girasol se redujeron cuando las plantas se rociaron foliarmente con una combinación de hidrolizado de proteínas y herbicida a base de imazamox (Balabanova et al., 2016). En cuanto a la nutrición mineral, varios trabajos científicos han destacado las interacciones positivas entre bioestimulantes y fertilizantes que resultan en una mejora en la absorción, translocación y asimilación de nutrientes en la planta. Por ejemplo, Colla et al. (2017) encontraron un aumento de la concentración foliar de potasio tras tratamientos foliares con hidrolizado de proteínas de origen vegetal en tomates de invernadero, mientras que Celletti et al. (2020) informaron de que el mismo hidrolizado de proteínas de origen vegetal aumentó la concentración foliar de hierro en plantas de tomate cultivadas en hidroponía.

Las interacciones negativas entre bioestimulantes son típicas de algunos bioestimulantes microbianos; los microorganismos pueden competir entre sí y realizar acciones recíprocas de inhibición mediante antibiosis y/o micoparasitismo. El hongo saprofito Trichoderma harzianum, por ejemplo, es bien conocido por inhibir los hongos micorrícicos arbusculares cuando se aplica a las raíces (Cardarelli et al., 2016).

Los resultados anteriores ponen de relieve la importancia de una evaluación precisa de la actividad bioestimulante teniendo en cuenta los efectos deseados en el cultivo. En este sentido, las plataformas de fenotipado de alto rendimiento en entornos controlados permiten reproducir con precisión condiciones específicas de estrés y/o disponibilidad de nutrientes y verificar con exactitud los efectos de los productos en diversos cultivos mediante el análisis de imágenes adquiridas durante el ciclo del cultivo (Figura 1).  

La elección del bioestimulante también depende de las formulaciones disponibles, que deben simplificar la aplicación en el campo utilizando los equipos agrícolas habituales. Por este motivo, los fabricantes de bioestimulantes han desarrollado numerosas formulaciones en forma de polvo, gránulos, líquidos y comprimidos para su aplicación a las semillas, el sustrato en el vivero y el suelo en el campo, mediante pulverización foliar, sistema de riego e inmersión de las raíces. También existen en el mercado muchas formulaciones fertilizantes que contienen bioestimulantes y nutrientes minerales obtenidos mediante la mezcla de los componentes o reacciones de complejación (por ejemplo, bioquelatos que contienen nutrientes catiónicos complejados por péptidos). Estas formulaciones permiten que el aporte de nutrientes y la bioestimulación de las plantas se realicen en un solo paso, favoreciendo además los efectos sinérgicos sobre la nutrición vegetal entre los componentes bioactivos y los elementos nutritivos.

Cuándo aplicar el bioestimulante

El momento de la aplicación del bioestimulante depende del efecto deseado, del tipo de bioestimulante, del cultivo y de las condiciones ambientales. Los bioestimulantes microbianos, como los basados en inóculos de hongos micorrícicos, se aplican preferentemente una vez sobre el material de propagación o en las primeras fases del ciclo del cultivo, mientras que las sustancias bioestimulantes suelen aplicarse repetidamente siguiendo distintos enfoques: a) aplicación calendaria; b) aplicación en fases fenológicas específicas del cultivo; c) aplicación antes, durante y/o después de fenómenos meteorológicos adversos. Las aplicaciones calendáricas de bioestimulantes son preferibles cuando el cultivo experimenta condiciones subóptimas durante la mayor parte del ciclo de crecimiento, como en el caso de radiación y temperaturas subóptimas durante los ciclos de cultivo de otoño-invierno-primavera en invernaderos sin calefacción o en el caso de suelos salinos. Sin embargo, este enfoque sólo es económicamente viable para cultivos de alto valor, como hortalizas o especies florales y ornamentales en condiciones de invernadero. Para los cultivos de ciclo largo (por ejemplo, el trigo), en los que la baja rentabilidad hace económicamente insostenible llevar a cabo múltiples aplicaciones de sustancias bioestimulantes, se recomienda priorizar las aplicaciones de bioestimulantes en las fases críticas del cultivo, como la germinación, la floración y el engorde del fruto. Los tratamientos con bioestimulantes pueden limitarse a fases fenológicas específicas cuando sea necesario promover un rasgo específico de la planta como el enraizamiento con las aplicaciones tempranas de bioestimulantes o el cuajado y la calidad del fruto con las aplicaciones tardías de bioestimulantes. En caso de estrés abiótico ocasional (por ejemplo, descenso brusco de las temperaturas), es mejor aplicar el bioestimulante unos días antes del estrés para activar las defensas endógenas de la planta. Estudios recientes llevados a cabo por Luziatelli et al (2016) también han demostrado que las aplicaciones foliares de sustancias bioestimulantes son capaces de estimular las bacterias epifíticas naturales que son capaces de promover el crecimiento de la planta y la resistencia al estrés. Después del evento de estrés, las aplicaciones de bioestimulantes pueden ser útiles para promover una rápida recuperación del cultivo. En cultivos herbáceos y hortícolas, las sustancias bioestimulantes se aplican a menudo junto con pesticidas para ahorrar tiempo y mitigar el estrés de los pesticidas en los cultivos. Sin embargo, hay que tener en cuenta que antes de mezclar diferentes productos, es necesario verificar su compatibilidad y la ausencia de efectos fitotóxicos de la mezcla de productos sobre el cultivo.

Fig. 2. qTOF de movilidad iónica en el laboratorio de lipidómica y metabolómica de oloBion S.L., qTOF de movilidad iónica en el laboratorio de lipidómica y metabolómica de oloBion Tarragona, Spagna (www.olobion.ai) qTOF de movilidad iónica en el laboratorio de lipidómica y metabolómica de oloBion.

Evaluación del rendimiento de los bioestimulantes en las explotaciones agrícolas

El rendimiento de los bioestimulantes debe evaluarse desde el punto de vista agronómico, económico y medioambiental.

Para evaluar los beneficios agronómicos de los bioestimulantes vegetales en condiciones de campo, es necesario medir los rasgos más interesantes del cultivo (por ejemplo, germinación, rendimiento) en el cultivo tratado con el bioestimulante y compararlos con los valores obtenidos en el cultivo no tratado cultivado en condiciones ambientales similares. En el caso de los bioestimulantes microbianos, las mediciones de los rasgos seleccionados del cultivo deben ir siempre acompañadas de análisis de laboratorio para verificar el establecimiento del microorganismo o microorganismos aplicados (por ejemplo, análisis de colonización de raíces para hongos micorrícicos). Para evaluar rápidamente la actividad de un bioestimulante vegetal pueden realizarse mediciones de campo de los rasgos del cultivo. Por ejemplo, los instrumentos portátiles pueden permitir estimar de forma no destructiva la concentración de clorofila (por ejemplo, SPAD 502) y también flavonoles y antocianinas (por ejemplo, Multi-pigment-meter) de las hojas. La concentración de clorofila en las hojas es un buen indicador de la salud de las plantas, mientras que la relación entre clorofila y flavonoides (el llamado índice de balance de nitrógeno) se utiliza para evaluar el estado nutricional de nitrógeno de las plantas. Las mediciones de campo de la fluorescencia clorofílica de las hojas pueden realizarse con un fluorómetro portátil. Los datos de fluorescencia de la clorofila se utilizan para determinar la eficiencia máxima del fotosistema II (Fv/Fm); los valores de Fv/Fm de la hoja de una planta en buenas condiciones fisiológicas deben oscilar entre 0,79 y 0,84, dependiendo de la especie vegetal. La concentración de clorofila en las hojas es un marcador de estrés más sensible que la relación Fv/Fm, que sólo varía en condiciones de estrés grave. Para evaluar la eficacia de un bioestimulante en la mitigación del estrés hídrico en el cultivo, puede ser útil monitorizar el grado de apertura de los estomas en las hojas (conductancia estomática) utilizando un porómetro portátil y el potencial hídrico foliar utilizando una cámara de presión. Los efectos de los bioestimulantes en la absorción de nutrientes por las plantas pueden controlarse con instrumentos portátiles que permiten medir en el campo los nitratos, el potasio, el calcio o el sodio en los pecíolos de las hojas; los valores resultantes pueden compararse con los datos de la bibliografía o con los obtenidos de plantas no tratadas del mismo campo. La teledetección también puede utilizarse para supervisar el crecimiento de los cultivos y detectar rápidamente el estrés de las plantas en grandes superficies. A partir de las imágenes espectrales pueden obtenerse diversas características relacionadas con la vegetación, incluidas propiedades bioquímicas (por ejemplo, pigmentos, contenido de agua). Uno de los índices de vegetación más populares derivados de las imágenes espectrales es el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI), que puede utilizarse como indicador de la salud de la vegetación.

Además de las mediciones de campo de los rasgos del cultivo, es útil llevar a cabo análisis de laboratorio de marcadores específicos de estrés (por ejemplo, la concentración de malondialdehído como indicador de la peroxidación de los lípidos de la membrana celular; la actividad de las enzimas del sistema de defensa antioxidante) en los tejidos de la planta para una mejor evaluación de la respuesta de la planta al tratamiento bioestimulante en condiciones de estrés. Una mejor comprensión de la actividad bioestimulante y de los mecanismos de acción relacionados a nivel molecular puede lograrse mediante análisis metabolómicos, que permiten la caracterización del conjunto de metabolitos presentes en el tejido vegetal (Figura 2). La comparación entre los metabolitos presentes en el tejido vegetal de plantas tratadas con bioestimulante y los presentes en el tejido vegetal de plantas no tratadas permite identificar las vías metabólicas afectadas por el tratamiento con bioestimulante. Por ejemplo, Bonini et al. (2020) informaron que la inoculación con hongos micorrícicos(Rhizoglomus irregularis BEG72 y Funneliformis mosseae BEG234) y Trichoderma koningii TK7 aumentó en un 24% el rendimiento de frutos de pimiento de invernadero en comparación con el control no tratado; El análisis metabolómico de los tejidos foliares mostró que el aumento del rendimiento de frutos mediado por micorrizas estaba asociado a cambios en el equilibrio hormonal (auxinas, giberelinas y citoquininas) y en los metabolitos secundarios (carotenoides, saponinas y fenoles).

El análisis metabolómico del producto comestible también permite determinar si el bioestimulante provoca una mejora de la calidad nutricional del producto.  

El análisis económico es esencial para evaluar la conveniencia de aplicar un bioestimulante vegetal. Las aplicaciones de bioestimulantes pueden aumentar la rentabilidad de los agricultores al incrementar el rendimiento comercializable, mejorar las características de calidad del producto que afectan a su precio de venta o reducir el coste de producción debido a una menor necesidad de insumos (por ejemplo, fertilizantes). Estos efectos pueden producirse uno a uno o incluso conjuntamente.

Para evaluar la conveniencia de aplicar un bioestimulante vegetal, es necesario considerar el coste del bioestimulante en términos de uso (compra y distribución) y efecto (variación en el rendimiento cosechado y en los costes variables relacionados). Con los datos anteriores se calcula el margen bruto como diferencia entre el valor de la producción y los costes de materias primas, servicios y mano de obra. La diferencia entre el margen bruto con o sin aplicación de bioestimulante permite evaluar la conveniencia económica del uso de bioestimulantes vegetales. Coletta (2019) reportó varios estudios de caso donde las aplicaciones de bioestimulantes vegetales resultaron en aumentos significativos de los márgenes brutos especialmente para cultivos hortícolas de alto valor.

El uso de bioestimulantes en la agricultura puede conducir a una reducción del impacto medioambiental del proceso de producción al reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, expresadas convencionalmente como_CO2 equivalente (huella de carbono), así como el consumo de agua y el uso de la tierra asociados a una cantidad determinada de producto. La mejora de los indicadores de impacto ambiental asociada al uso de bioestimulantes puede derivarse de un aumento del rendimiento comercializable utilizando el mismo nivel de insumos (por ejemplo, agua de riego, fertilizantes, energía), de una reducción de los insumos para lograr el mismo rendimiento comercializable o de un aumento simultáneo del rendimiento comercializable y de la reducción de los insumos. La cuantificación de los beneficios medioambientales inducidos por la aplicación de bioestimulantes en los sistemas de cultivo puede obtenerse con la metodología del Análisis del Ciclo de Vida (ACV) aplicada a la fase de producción primaria "de la cuna a la puerta". Esta metodología fue utilizada por Rajabi et al. (2020) en dos estudios de caso en condiciones de invernadero. En el primer estudio de caso, la aplicación radicular de inóculo de hongos micorrícicos arbusculares en el cultivo de calabacín redujo las emisiones de gases de efecto invernadero en un 7,6%, expresado como_CO2 equivalente por tonelada de frutos, en comparación con el control no tratado, mientras que en el segundo estudio de caso las aplicaciones foliares de hidrolizado de proteínas de origen vegetal en el cultivo de espinacas redujeron significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero en un 13,5% kg de_CO2 equivalente por tonelada de hojas en comparación con el control no tratado. Estos resultados se atribuyeron al efecto positivo de las aplicaciones de bioestimulantes sobre el rendimiento del cultivo. La reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero asociada al producto tratado con bioestimulantes puede utilizarse para iniciativas de marketing ecológico destinadas a promover el consumo sostenible, lo que supone una ventaja competitiva para la empresa tanto en términos de ingresos como de reputación.

Conclusiones

Los bioestimulantes vegetales representan una buena oportunidad para aumentar el rendimiento de los cultivos, especialmente bajo estrés ambiental, mejorar la calidad de los productos y aumentar la eficiencia en el uso de los recursos. El uso de bioestimulantes vegetales está creciendo en todo el mundo y cada día aparecen nuevos bioestimulantes en el mercado. Sin embargo, la elección de los bioestimulantes que se van a aplicar suele hacerse empíricamente, sin un conocimiento profundo de las características y el rendimiento del producto. Este enfoque puede dar lugar a resultados variables que no siempre son óptimos, causando pérdidas económicas a los agricultores. Para maximizar los beneficios de las aplicaciones de bioestimulantes, es por tanto necesario utilizar un enfoque técnico-científico que incluya la definición de los objetivos que se persiguen con la aplicación de bioestimulantes considerando los factores que potencialmente limitan la productividad del cultivo en el lugar de cultivo, la identificación de los productos con mejor rendimiento en base a los resultados de ensayos agronómicos realizados en condiciones de cultivo similares, y la definición de estrategias de aplicación de bioestimulantes considerando las características del producto y las necesidades del cultivo. El seguimiento de los rasgos morfofisiológicos y productivos del cultivo puede ser útil para verificar la actividad bioestimulante en condiciones de campo, mientras que los análisis de laboratorio pueden poner de manifiesto los efectos bioestimulantes a nivel molecular y sobre la calidad nutricional del producto. Por último, la evaluación de la conveniencia de utilizar un bioestimulante debe tener en cuenta un análisis coste-beneficio asociado a la aplicación del bioestimulante y la cuantificación de cualquier beneficio derivado del uso del bioestimulante en términos de mitigación del impacto medioambiental del proceso de producción.