Control Ecológico de Malezas y Enfermedades del Suelo


Autor: Dr. Ricardo Hugo Lira-Saldivar1

Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA-CONACYT)

Saltillo, Coahuila, México.

Introducción

A inicios delo siglo XXI, la agricultura moderna sustentable o ecológica que representa “La Nueva Revolución Verde” está muy alejada de los sistemas naturales, ya que con la implementación de monocultivos a nivel intensivo y extensivo se han provocado varios problemas, principalmente la pérdida de la fertilidad natural de los suelos, y el incremento de la resistencia por microorganismos patogénicos, y plagas especializadas.

El uso excesivo de agroquímico sintéticos sin la adecuada asistencia técnica, en lugar de resolver los problemas, ha provocado graves daños a la productividad agrícola, a humanos y ecosistemas. Por eso es necesario usar opciones menos dañinas y amigables con el entorno, que utilicen la radiación solar, los metabolitos secundarios de las plantas, y que se aprovechen las defensas naturales de los organismos, para poder mejorar las técnicas tradicionales de manejo de los cultivos, tanto en campo abierto, como en condiciones de agricultura protegida.

El crecimiento de la población mundial y por consecuencia, el aumento en la demanda alimenticia, originó hace más de 50 años la “Revolución Verde” promovida por el Dr. Norman E. Borlaug, la cual tenía como única prioridad incrementar la producción de alimentos, basada en el uso intensivo de agua, fertilizantes y pesticidas sintéticos. Durante este período se pudo apreciar a nivel global un cambio extraordinario en la tecnología agropecuaria usada, e indudablemente un aumento en la producción de alimentos. Pero al mismo tiempo, también empezaron a aparecer los efectos negativos no previstos, ya que para poder aumentar la producción había que incrementar notablemente la aplicación de insumos agrícolas, especialmente de productos sintéticos.

Ese uso excesivo de materiales inorgánicos ha tenido un efecto adverso y contaminante en los sistemas agroecológicos, incluyendo suelos, agua de arroyos y ríos. También se ha provocado un aumento de insectos-plagas y enfermedades; por lo tanto, es apremiante implementar técnicas sustentables y amigables con el ambiente para el manejo racional de plagas y enfermedades, así como para mejorar la fertilidad natural del suelo (Lira-Saldivar et al., 2003a).

La solarización y biofumigación del suelo, representan opciones tecnológicas que han sido validadas en numerosas regiones del mundo para controlar malezas y patógenos del suelo, así como para mejorar la fertilidad del suelo de manera sustentable, y sin causar un impacto adverso en los agro ecosistemas. Por lo tanto, aquí de manera resumida se presentan los fundamentos y evidencias científicas reportadas por numerosos investigadores de todo el mundo, sobre las bondades de la solarización y biofumigación, como tecnologías de bajo o nulo impacto ambiental para ser implementadas en sistemas modernos de producción agrícola.

Antecedentes

La necesidad de incrementar la eficiencia en las medidas fitosanitarias empleadas actualmente en la producción agrícola ha originado el desarrollo de técnicas que permiten la utilización de fuentes primarias de energía. Estas fuentes como la energía solar, pueden ser utilizadas de manera práctica en ciertas latitudes y en condiciones climáticas adecuadas para impactar negativamente el ambiente óptimo de la población de hongos, malezas, nematodos, etc., y de este modo evitar y/o regular el aumento de su población (Lira-Saldivar et al., 2013).

Antes de que hubiera una disponibilidad general de plaguicidas a fines de la década de 1940, la desinfestación del suelo por medio del calor, el vapor o el agua caliente era una práctica usada desde hacía muchos años y bien conocida para controlar las plagas del suelo. La elevación de la temperatura del suelo hasta 60°C por medio de la inyección de vapor durante 30 minutos ha sido una recomendación común entre los métodos usados para el control de las plagas del suelo (Barakat, 2003).

La solarización del suelo es un término que se refiere a la desinfestación del suelo por medio del calor generado de la energía solar capturada o un proceso hidrotérmico que tiene lugar en el suelo húmedo el cual es cubierto por una película plástica y expuesto a la luz solar durante los meses más cálidos. Este proceso abarca un complejo de cambios físicos, químicos y biológicos del mismo, asociados con el calentamiento solar y tiene valor como una alternativa al uso de agroquímicos tradicionales que eventualmente serán retirados del uso agrícola (Lira-Saldivar et al., 2003).

Experimentos pioneros con la solarización del suelo en el Cáucaso; reportan un control efectivo de organismos patogénicos del suelo capturando energía solar bajo parcelas frías sujetas a la luz solar directa antes de la siembra, por períodos suficientes para elevar hasta 40-60°C la temperatura de la capa superior del suelo (hasta una profundidad de 10 cm); así se logró obtener el control de la pudrición negra de las raíces de las plántulas de tabaco causada por el hongo Thielaviopsis basicola (Pullman, 1981).

Además de desinfectar el suelo, la solarización reduce o elimina la necesidad de fumigantes. La solarización no deja ningún residuo tóxico, aumenta los niveles de elementos minerales disponibles en los suelos (Lira-Saldivar et al., 2003b)); materia orgánica soluble y aumenta la diversidad microbiana. Cambia la microflora del suelo a favor de los organismos benéficos, conserva el agua, y puede servir como acolchado durante el ciclo de crecimiento cuando la película de plástico es colocada en bandas (Mauromicale et al., 2010).

Cuando se comenzaron a usar las coberturas de plástico el polietileno (PE) fue considerado ideal para el calentamiento solar en razón de que es básicamente transparente a la radiación solar (280-2500 nm) extendiéndose hasta el extremo infrarrojo, pero menos transparente a la radiación terrestre (5000-35000 nm) reduciendo el escape de calor del suelo. El PE es un derivado petroquímico y su costo está directamente relacionado con su espesor. Las películas de PE han sido usadas con buenos resultados en la solarización del suelo.

La eficacia de la solarización del suelo depende de la dosis termal producida por la radiación solar, la temperatura y el tiempo de exposición, así como la sensibilidad térmica de los organismos, y de las características químicas, físicas, y biológicas del suelo, incluyendo el contenido de agua (Pinkerton et al., 2002). Sin embargo, la solarización no controla todos los patógenos del suelo. En áreas con clima templado la solarización se puede utilizar conjuntamente con otros métodos de control biológico para proporcionar un efecto mortal o subletal (Barros et al., 2004), sustituyendo eficazmente al peligroso fumigante bromuro de metilo (BM).

Se sabe que la solarización afecta no sólo patógenos presentes en el suelo, sino también muchos otros organismos y factores abióticos que afectan indirectamente el desarrollo y el crecimiento de las plantas (Lira-Saldivar et al., 2003b). Además, los efectos de la solarización en la producción y la economía agrícola se pueden influenciar por muchos factores, haciendo la validación en campo un paso imprescindible antes de formular una recomendación con respecto a la solarización del suelo.

Principios de la Solarización de Suelos

El principal objetivo de ésta técnica biofísica es disminuir el banco de semillas de malezas existente en el suelo, así como reducir o controlar nemátodos, hongos, bacterias e insectos fitopatógenos; lo anterior con la finalidad de evitar o minimizar el efecto adverso de las plagas del suelo, así como incrementar los rendimientos y la calidad de los productos cosechados con un bajo impacto ambiental (Lira-Saldivar et al., 2004). Además, los propósitos de esta técnica de desinfección de suelos son los de aprovechar la energía solar para incrementar la temperatura del suelo.

De acuerdo con lo señalado por Mauromicale et al. (2005), la cubierta del suelo con PE es hasta el momento el método más apropiado para hacer esto creando lo que se ha denominado “efecto invernadero” (Figura 1). El concepto “solarización de suelos” significa calentar el suelo que previamente se ha humedecido y que ha sido cubierto con un acolchado plástico. En la actualidad el acolchado más comúnmente usado para éste propósito es PE transparente.

 
Solarización

Figura 1. La solarización se basa en el “efecto invernadero”, ya que la radiación solar penetra fácilmente la película de plástico transparente o de otro color, pero la radiación de una longitud onda más larga emitida por el suelo, no puede pasar a través del acolchado creando en su interior el calentamiento del suelo y su efecto letal en el banco de semillas y los microorganismos fitopatógenos.

 

Durante la solarización la radiación solar recibida penetra a través de la película plástica y es absorbida por el suelo, la mayor parte de esta radiación posteriormente es convertida en calor. Dado que todos los objetos por encima del cero absoluto emiten calor, tanto la cantidad como la calidad de la energía radiante emitida por el suelo dependen de la temperatura del mismo. Por lo tanto, la radiación solar puede fácilmente penetrar la cobertura de PE pero la radiación emitida por el suelo (normalmente a una longitud de onda más larga) no puede pasar a través de esa cobertura. Consecuentemente, la mayor parte de esa radiación será retenida debajo de la película de PE. Durante este proceso la temperatura del suelo podría elevarse a niveles letales para muchos de los organismos del suelo, incluyendo patógenos de las plantas y malezas (Lira-Saldivar et al., 2005).

El término solarización tiene varios significados, en el sentido estricto de la palabra, la solarización se refiere a un cambio químico en el vidrio causado por radiación solar o la radiación ultravioleta (UV), la cual causa una reacción fotoquímica que resulta en una disminución en la transmisión UV en adición a un notable cambio en el color. En fisiología vegetal la solarización se refiere al daño causado a los sistemas fotosintéticos debido a una exposición prolongada del follaje o dosel de la planta por la radiación solar muy intensa.

De los muchos términos usados desde 1976, por ejemplo: calentamiento solar del suelo, acolchado con películas de PE, pasteurización solar y desinfección solar, se ha preferido el término solarización de suelos, el cual fue introducido por la Sociedad Americana de Fitopatología debido a que es ampliamente aceptado y conciso. Adicionalmente la solarización implica un proceso activo de calentamiento solar del suelo, en lugar del usual calentamiento solar pasivo de un suelo expuesto a los rayos del sol (Ibarra-Jiménez et al, 2012).

Futuras tecnologías podrán proveer más adelante diferentes materiales para acolchar u otras herramientas para capturar la energía solar para la protección de los cultivos. El uso de material plástico aplicado por aspersión, en lugar de acolchados plásticos pudiera revolucionar la solarización del suelo, resultados alentadores en este sentido han sido reportados en California. Recientemente en Brasil se desarrolló un colector solar muy eficiente para la desinfección de pequeños volúmenes de substrato para la producción de plántulas. Un día de tratamiento, comparado con los 20 o 40 días necesarios en una solarización convencional, fue suficiente para controlar Sclerotium rolfsii, Sclerotinia sclerotiorum, Fusarium solani, F. phaseoli y Pyhtium aphanidermatum (Katan, 1981).

Control de Malezas Anuales y Perennes

Un amplio espectro de semillas y plantas de malezas anuales y perennes son controladas por la solarización. Diversos investigadores han encontrado que la sensibilidad de las malezas es variable y depende de la estructura de su semilla o estado y profundidad de crecimiento. Mientras que algunas especies de malezas son muy sensibles a la solarización del suelo (mesófitas), otras especies de plantas son tolerantes, o bien, moderadamente resistentes (termofílicas) a las altas temperaturas del suelo; por lo tanto, requieren condiciones óptimas para su control con la solarización; esto implica tener una buena humedad del suelo durante la solarización; que el acolchado plástico transparente o de color esté bien colocado y pegado al suelo, y que siempre haya una alta radiación solar.

Las malezas anuales de invierno parecen ser específicamente sensibles a la solarización; el control de este tipo de malezas es frecuentemente evidente en parcelas no solarizadas, en comparación con el suelo de tratamientos donde sí ha sido solarizado (Figura 2A). La solarización de suelos es especialmente eficaz para controlar malezas en cultivos sembrados en otoño como cebollas, ajo, zanahoria, brócoli y otras brasicaceas. 

El trébol dulce blanco (Melilothus alba) es una de las pocas malezas anuales de invierno que es poco controlada con solarización. Aún y cuando las malezas anuales de verano son menos sensibles que las anuales de invierno, la mayoría de las anuales son relativamente fáciles de controlar con la solarización. En cambio la maleza de invierno conocida como verdolaga (Portulaca oleracea) es fácilmente controlada (Figura 2B) con las altas temperaturas del suelo alcanzadas con la solarización (Lira-Saldivar et al., 2003a).

 
Biosolarización

Figura 2. (A) Crecimiento de malezas en un suelo sin solarizar (izquierda) y camas de siembra sin malezas (derecha) en suelo solarizado durante ocho semanas. (B) La maleza de invierno conocida como verdolaga (Portulaca oleracea), muy común en suelos agrícolas es fácilmente controlada con la solarización.

 

La solarización del suelo es un método preventivo para eliminar las malezas y reducir así su emergencia. Los suelos cultivables poseen mayores cantidades de semillas que los menos cultivados; mientras más disturbado esté el suelo por las actividades agrícolas, mayor será la susceptibilidad a las especies invasoras. Todas las semillas están habilitadas para permanecer vivas en el suelo durante muchos años o temporadas largas.

Las semillas de malezas más resistentes requieren para su control una humedad óptima, un ajuste perfecto del plástico sobre la superficie del suelo y una alta radiación por más de 40 días (Lira-Saldivar et al., 2013). En muchos sistemas agrícolas de todo el mundo la competencia de las malezas es uno de los principales factores que reducen el rendimiento de los cultivos y las ganancias de los agricultores. En los países en desarrollo, los herbicidas difícilmente están accesibles a un bajo precio, por lo tanto, los agricultores deben emplear métodos alternativos para el manejo de las malezas.

La solarización del suelo es un método preventivo para eliminar las malezas y reducir así su emergencia. Los suelos cultivables poseen mayores cantidades de semillas que los menos cultivados; mientras más disturbado esté el suelo por las actividades agrícolas, mayor será la susceptibilidad a las especies invasoras. Todas las semillas están habilitadas para permanecer vivas en el suelo durante muchos años o temporadas largas.

Semillas de malezas como zacate bermuda (Cynodon dactylon), zacate Johnson (Sorghum halepense) y la enredadera (Convolvulus arvensis) son bien controladas con la solarización. Los rizomas de los zacates bermuda y Johnson pueden ser controlados por la solarización si no están enterrados muy profundo. La solarización por sí misma no es efectiva para el control de rizomas de la enredadera (Convolvulus arvensis). El Coquillo (Cyperus esculentus) solo es controlado parcialmente por la solarización del suelo (Figura 3). El coquillo púrpura (Cyperus rotundus) no es significativamente afectado; por el contrario, en algunas ocasiones una pobre solarización ha promovido el crecimiento del coquillo púrpura, ya que esta especie es termotolerante (Lira-Saldivar et al., 2003a).

El período de manejo más crítico en relación con el desarrollo de un cultivo agrícola, es durante el desarrollo inicial de las plantas; ya que en este período es necesario mantenerlas completamente libres de malezas para evitar reducciones en la formación de biomasa, así como en su crecimiento. Una práctica relativamente poco estudiada para eliminar malezas es la solarización con polietileno negro, el cual que impide la emergencia de la mayoría de las especies al proveer una barrera física opaca que reduce significativamente el paso de la radiación solar; esto permite generar temperaturas altas que disminuyen la germinación y brotación de malezas (Sahile et al., 2005).

Esta técnica es aceptada por la IFOAM para controlar la presencia de malezas y algunos patógenos en cultivos orgánicos. Por lo tanto, el PE negro usado comúnmente como acolchado, también ayuda a controlar pasivamente la vegetación y de esta manera reduce la necesidad del empleo de otros métodos, además, conserva la humedad del suelo y mejora la eficiencia en el uso del agua de riego (Ibarra-Jiménez et al., 2012).

Biofumigación

Figura 3. La maleza conocida como coquillo (Cyperus esculentus) puede perforar la película de polietileno transparente usada para solarizar, ya que esta maleza tolera altas temperaturas.

La Solarización Como Alternativa Ecológica

La solarización como alternativa al uso del bromuro de metilo y otras opciones no químicas y químicas ha sido considerado como una manera ecológica y sustentable de desinfectar y proteger los cultivos agrícolas, debido a que el BM ha sido el producto químico que tradicionalmente se ha utilizado comercialmente para la desinfección de suelos en la agricultura intensiva debido a sus propiedades como gas fumigante de alta eficacia y rápida actuación en el control de enfermedades de origen edáfico y otras, mostrando un amplio espectro de efectividad frente a los patógenos.

Sin embargo, el BM no se retiene en su totalidad en el suelo, sino que entre el 50 al 95% pasa en forma de emisiones gaseosas a la estratosfera, donde se liberan átomos de bromo que reaccionan con el ozono y otras moléculas estables que contienen cloro, dando lugar a una reacción en cadena que contribuye a la disminución de la capa de ozono (Figura 4), incrementando la emisión de los rayos ultravioleta. Además, una de las principales desventajas del BM radica en su muy alta toxicidad, reduciendo la biodiversidad del suelo y provocando problemas de fitotoxicidad y contaminación ambiental (Johnson y Mullinx, 2007).

Conclusiones

Frente a los retos del siglo XXI y las oportunidades que presenta “La nueva Revolución Verde”, para mejorar el manejo de los cultivos agrícolas de una manera más amigable con el ambiente, el control de malezas y microorganismos fitopatógenos, la solarización de suelos con acolchado plástico transparente y la biofumigación mediante la incorporación de materia orgánica de diversas especies, y en especial de las basicáceas que liberan isotiocianatos de azufre, logran eliminar una gran cantidad de la carga patogénica, resultan ser prácticas adecuadas y prometedoras para el Control Ecológico de Malezas y Enfermedades del Suelo. Por otro lado, La rentabilidad de la solarización es otro de los factores a tener en cuenta, cuando se trata de producción agrícola con fines comerciales. Entre las oportunidades que brinda esta práctica se encuentran: La solarización permite poner solución al problema de plagas y malezas de forma natural, sin la disposición de recursos económicos en herbicidas.

Es ideal para el mercado orgánico. Por ello, su práctica permite ampliar el mercado. Incrementa la fertilidad y tiempo de productividad de los suelos. De esta manera, afecta positivamente la calidad de los productos y su valor; además estimula el crecimiento de las plantas y por tanto reduce el tiempo de producción y cosecha.

1El autor de este artículo -Dr. Ricardo Hugo Lira Saldivar-, Ingeniero agrónomo con Doctorado en Ciencias en Ecología por la Universidad de California, Davis, impartirá las conferencias “Control Ecológico de Malezas y Enfermedades del Suelo” y “Uso de Biofertilizantes en la Agricultura Ecológica” en el primer Congreso Nacional de Agricultura Orgánica Aplicada, a realizarse en la Casa del Agrónomo, Ciudad de México los días 05 y 06 de agosto del 2017.

Agricultura y Calentamiento global

Figura 4. La destrucción de la capa de ozono en la Antártida ha causado un gran daño, formando el “agujero en la capa de ozono”. Este agujero alcanzó los 25 millones de km2 una superficie equivalente a la que existe en los países de Canadá, Estados Unidos, México y Centroamérica. (http://it.geocities.com/allfonsit/ozone/

ozone_hole.jpg).

Cita correcta de este artículo

Lira, S. R. H. 2017. Control Ecológico de Malezas y Enfermedades del Suelo. Serie Agricultura Orgánica Núm. 15. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 9 p.

Literatura citada

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  • Johnson, W.C., Mullinix, B.G. 2007. Yellow nutsedge (Cyperus esculentus) control with metham-sodium in transplanted cantaloupe (Cucumis melo). Crop Prot., 26: 867-871.
  • Katan, J. 1981. Solar heating (solarization) of soil for control of soilborne pests. Ann. Rev. Phytopatol., 19: 211-223.
  • Lira-Saldivar, R.H. Cruz-Blasí, J; Hernández-Castillo, F.D.; Díaz-Jiménez, F.; Flores-Olivas, A, and Gallegos-Morales, G. 2003a. Soil solarization and Larrea tridentata extract as a biocontrol agent on root damage and epidemiology of pepper plant. PHYTON. International Journal of Experimental Botany, 2003: 59-64.
  • Lira-Saldivar, R.H., Salas-Hernandez, M.A.; y Coronado, A. 2003b. Efecto de la solarización de suelos e incorporación de estiércol caprino en el control de malezas y rendimiento de melón (Cucumis melo L.). AGROCHIMICA. International Journal Plant Chemistry, Soil Science and Fertilization, 47:276-293.
  • Lira-Saldivar, R.H.; M.A. Salas; J. Cruz; A. Coronado; F.D. Hernández-Castillo; E. Guerrero; G. Gallegos. 2004. Solarization and goat manure on weeds management and melon yield. PHYTON. International Journal of Experimental Botany, 2004: 205-211.
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  • Lira-Saldivar, R.H., Lira-Valdes, N. y Hernández-Suárez, M. 2013. SOLARIZACIÓN Y BIOFUMIGACIÓN. Control Ecológico de Malezas y Enfermedades del Suelo. Editorial Académica Española. ISBN 978-3-659-06563-7. 145 páginas.
  • Ibarra-Jiménez, L., Lira-Saldivar, R.H., Cárdenas-Flores, A., Valdez-Aguilar, L.A. 2012. Soil solarization enhances growth and yield in dry beans. Acta Agriculturae Scandinavica Section B – Soil and Plant Science, 78: 345-350.
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  • Pullman, G.S. 1981. Soil solarization: Effects of Verticillium wilt of cotton and soilborne populations of Verticillium dahliae, Pythium spp., Rhizoctonia solani and Thielaviosis basicola. Phytopathology, 71: 954-961.
  • Pinkerton, J.N., Ivors, K., Reeser, P., Bristow, P.R., Windom, G.E. 2002. The use of soil solarization for the management of soilborne plant pathogens in strawberry and red raspberry production. Plant Disease, 86: 645-651.
  • Sahile, G., Abebe G., Al-Tawaha, A.R. 2005. Effect of soil solarization on orobanche soil seed bank and tomato yield in central rift valley of Ethiopia. World J. Agricultural Sciences, 1: 143-147.
Congreso Nacional de Agricultura Orgánica Aplicada

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