La investigación sobre bioestimulantes está en pleno desarrollo y ha atraído una atención considerable. Se ha centrado en comprender los mecanismos funcionales de los bioestimulantes y su impacto en diversos indicadores de sostenibilidad. Sugiere que los bioestimulantes mejoran el rendimiento y la calidad de los cultivos, reducen la aplicación externa de fertilizantes, mejoran la eficiencia del uso del agua y mejoran la capacidad de los cultivos para tolerar el estrés abiótico. Dadas las crecientes externalidades negativas de la agricultura intensiva para los recursos naturales, la salud humana y el medio ambiente, y las predicciones de un clima cada vez más severo, es necesario centrarse más en la investigación básica y aplicada sobre bioestimulantes.
Introducción
La creciente dependencia de los agroquímicos y las aguas subterráneas para el riego ha comenzado a causar daños a los recursos hídricos subterráneos, la fertilidad del suelo, la agrobiodiversidad y el medio ambiente. Además, el uso excesivo e indiscriminado de agroquímicos ha provocado el deterioro de la calidad de los alimentos y piensos, afectando negativamente a la salud humana y animal. Además, los rendimientos decrecientes se han establecido para su uso adicional, lo que significa una desaceleración en el crecimiento de la productividad y un aumento en el costo de producción. Por ejemplo, el rendimiento de los cereales alimentarios en los países en desarrollo, que había aumentado a una tasa anual del 1.71 % durante 1981-2000, se ha desacelerado al 1.43 % durante 2001-2020 a pesar del uso creciente de fertilizantes, de 40 a 55 kg/ha (FAOSTAT). El cambio climático también se ha convertido en una amenaza importante para la sostenibilidad de la agricultura. Se estima que desde 1961, el cambio climático ha reducido el crecimiento de la productividad de la agricultura mundial en un 21 %, y el efecto ha sido más pronunciado en los países en desarrollo.
Por lo tanto, los sistemas de producción agroalimentaria se enfrentan a múltiples desafíos para producir más productos alimenticios y no alimenticios con el fin de mejorar la seguridad alimentaria y nutricional, así como preservar los recursos naturales, la biodiversidad y el medio ambiente ante las crecientes amenazas del cambio climático. Aliviar estos desafíos requiere un cambio de paradigma en las estrategias de producción. La evidencia sugiere que la integración de tecnologías modernas y prácticas agroecológicas tradicionales podría ser una opción viable para preservar la salud del suelo, ahorrar agua, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la resiliencia de los cultivos al estrés biótico y abiótico. Con base en una extensa revisión bibliográfica, se concluye que la combinación de tecnologías modernas y prácticas agrícolas tradicionales es una de las vías más eficientes para mejorar la sostenibilidad de la agricultura.
Se afirma que los bioestimulantes ofrecen varios beneficios: preservan la salud de los recursos naturales, gestionan el estrés biótico y abiótico, y reducen el costo de producción sin afectar negativamente el rendimiento de los cultivos. Los bioestimulantes no aportan nutrientes a las plantas ni controlan directamente las plagas y enfermedades; en cambio, estimulan los procesos naturales de las plantas y la microbiota del suelo. Por lo tanto, al desencadenar ajustes moleculares y modificaciones fisiológicas, bioquímicas y anatómicas en las plantas, mejoran su capacidad para resistir el estrés biótico y abiótico.
La definición de bioestimulantes, sin embargo, ha sido un tema de debate con respecto a qué considerar y qué no considerar como bioestimulantes. Inicialmente, los bioestimulantes se definieron centrándose en lo que no eran, distinguiéndolos de otros insumos agrícolas como fertilizantes, pesticidas y enmiendas del suelo. Más tarde, el enfoque se ha centrado en los aspectos funcionales, enfatizando su papel en la mejora del crecimiento de las plantas y el rendimiento de los cultivos. Aún así, el debate continúa. Por ejemplo, Azotobacter spp., Rhizobium spp. y Azospirilium spp. se clasifican como bioestimulantes microbianos de plantas en Europa, mientras que estos se clasifican como biofertilizantes en la India. La UE y la India han formalizado definiciones de bioestimulantes, mientras que otros países como los EE. UU., China, Brasil y México clasifican los bioestimulantes en categorías más amplias: enmiendas del suelo, reguladores del crecimiento de las plantas e insumos orgánicos. Sin embargo, la definición más aceptada de bioestimulantes es que “los bioestimulantes son sustancias o microorganismos o una combinación de ambos aplicados a plantas, semillas o rizosfera para estimular procesos fisiológicos en la planta, independientemente del contenido de nutrientes del producto, con el único objetivo de mejorar una o más de las siguientes características de la planta o la rizosfera vegetal: (i) eficiencia en el uso de nutrientes, o (ii) tolerancia al estrés abiótico, o (iii) características de rendimiento y calidad, o (iv) disponibilidad de nutrientes confinados en el suelo o la rizosfera”. Los bioestimulantes se derivan de fuentes naturales como extractos de plantas, algas marinas, cultivos microbianos, desechos orgánicos y subproductos, y sirven como alternativas respetuosas con el medio ambiente a los insumos sintéticos.
Tendencias en la investigación sobre bioestimulantes
Entre enero de 2010 y febrero de 2024, 2571 artículos de investigación contenían la palabra clave «bioestimulante» en títulos o resúmenes, o sus autores fueron publicados en 448 revistas y libros indexados en la base de datos de la Colección Principal de Web of Science. Se ha observado un crecimiento sustancial en las publicaciones sobre bioestimulantes (Fig. 1). Este crecimiento ha sido bastante significativo a partir de 2017. Esto indica el creciente interés en la investigación sobre bioestimulantes, posiblemente impulsado por la necesidad de buscar alternativas a los agroquímicos, que son perjudiciales para los recursos naturales, la biodiversidad, el medio ambiente y la salud humana.
Además, el aumento de la literatura sobre bioestimulantes coincidió con los objetivos de desarrollo sostenible. Por ejemplo, los bioestimulantes mejoran la productividad y la resiliencia de los cultivos, impulsando el rendimiento agrícola y garantizando la seguridad alimentaria. Asimismo, fomentan la agricultura sostenible al reducir la dependencia de agroquímicos, lo que se traduce en una mayor eficiencia de los recursos y la protección del medio ambiente. Su uso aumenta la eficiencia de la absorción de nutrientes, reduciendo las necesidades energéticas para la producción de fertilizantes. Los bioestimulantes también contribuyen a la captura de carbono, contribuyendo a la mitigación del cambio climático y promoviendo la salud del suelo y la biodiversidad. Además, podrían reducir la contaminación del agua y preservar su calidad al minimizar la escorrentía química.
Enfoque temático de la investigación sobre bioestimulantes
Se realizó un análisis de palabras clave de coocurrencia para determinar el enfoque de investigación de los bioestimulantes. La Figura 2 muestra la distribución de palabras clave por tipo de bioestimulante. El extracto de algas ha atraído una atención significativa, seguido de las sustancias húmicas, los bioestimulantes microbianos vegetales o las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR), los aminoácidos, el hidrolizado proteico, el extracto vegetal y el quitosano. Se ha informado que los bioestimulantes de algas pardas y rojas mejoran la eficacia de los microbios beneficiosos, la absorción de nutrientes y la tolerancia a las tensiones abióticas en las plantas. Los ácidos húmicos y fúlvicos desempeñan un papel crucial en el enriquecimiento del carbono orgánico del suelo y la mitigación de las tensiones ambientales mediante la modulación de las características fisicobioquímicas tanto del suelo como de las plantas. Los hidrolizados proteicos y los aminoácidos mejoran las respuestas de defensa de las plantas en condiciones de estrés y contribuyen a mejorar el rendimiento de los cultivos. Los bioestimulantes microbianos, en particular las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR), desempeñan un papel importante en la movilización y solubilización de micronutrientes y macronutrientes en la rizosfera del suelo.
Las palabras clave se clasificaron en diferentes grupos para comprender mejor el enfoque de la investigación (Tabla 1). En cuanto a los productos básicos, la investigación sobre bioestimulantes se ha centrado en varios cultivos, como cereales, legumbres, oleaginosas y hortícolas. Por tema, el enfoque principal se ha centrado en comprender el papel de los bioestimulantes en el aumento de los servicios ecosistémicos y su impacto en el rendimiento de los cultivos, las características de calidad, la absorción de nutrientes, la eficiencia en el uso del agua, la salud del suelo y la regulación climática. La mitigación del estrés por sequía surgió como el aspecto más significativo del manejo del estrés abiótico mediante bioestimulantes. A esto le siguieron el manejo de la salinidad, el estrés hídrico y el estrés oxidativo. Los mecanismos importantes estudiados incluyen los antioxidantes, la fotosíntesis, la expresión génica y la regulación de fitohormonas.
| Los cultivos | Servicios de ecosistema | Estrés abiótico | Mecanismo de acción |
| Tomate (251) | Crecimiento de las plantas (566) | Sequía (117) | Actividad antioxidante (115) |
| Trigo (114) | Rendimiento (371) | Salinidad (70) | Fotosíntesis (54) |
| Maíz (113) Arroz (48) | Rasgos de calidad (244) | Agua (32) | Expresión genética (41) |
| Fruta (81) Soja (53) | Eficiencia en el uso de nutrientes y agua (162) | Oxidativo (19) | Regulación de las fitohormonas (24) |
| Patata (52) | Salud del suelo (15) | Temperatura (10) | |
| Fresa (36) | Secuestro de C (12) | ||
| Legumbres (20) |
Además, analizamos si ha habido un cambio en el enfoque de la investigación sobre bioestimulantes. Entre 2015 y 2020, la investigación se centró en reguladores promotores del crecimiento vegetal (PGPR), técnicas de biorremediación, prácticas de bioestimulación y aplicaciones de bioestimulantes. Sin embargo, después de 2020, el enfoque se centró en las actividades antioxidantes, las microalgas, el estrés abiótico y la eficacia.
La literatura se ha centrado en diversas áreas de investigación, incluyendo el papel de los bioestimulantes en la mejora de la resistencia y la tolerancia al estrés abiótico para lograr la sostenibilidad y mejorar la calidad nutricional de los alimentos. Además, se están realizando investigaciones para explorar el uso de diversos bioestimulantes de origen vegetal, como algas, algas marinas y microalgas, y sus efectos en el crecimiento y el rendimiento de los cultivos. La investigación también se ha centrado en comprender cómo los bioestimulantes mejoran la resiliencia y la tolerancia de las plantas al estrés abiótico y biótico.
Impacto de los bioestimulantes
Características de rendimiento y calidad de los cultivos
El aumento de rendimiento, impulsado por el efecto derrame que confiere resistencia a estreses bióticos y abióticos, es la principal ventaja de aplicar bioestimulantes. Se desprende de un meta-análisis, se reportaron rendimientos 15-17% más altos de diferentes cultivos debido a la aplicación de diferentes bioestimulantes (Tabla 2). Se ha reportado que las aplicaciones foliares de extracto de algas marinas (Kappaphycus alvarezii) y Gracilaria edulis, respectivamente, resultan en un 18.54% y 26.04% más de rendimiento de maíz. Alguien también reportó que la aplicación de bioestimulantes, aminoácidos y extracto de levadura bajo condiciones de estrés hídrico mejoró el rendimiento del maíz fuera de temporada en 8.5% y 20.0%, respectivamente. En las regiones áridas y semiáridas, la aplicación de extracto de algas marinas, ácido húmico y fúlvico, quitosano y PGPR podría mejorar el rendimiento de los cultivos de campo en 8.5% y 11.4% bajo condiciones de estrés hídrico moderado y severo, respectivamente. Else informó que la aplicación de extractos de algas (concentración del 15%) aumentó los rendimientos netos del maíz del 7.7 al 16.5%.
| Bioestimulantes y sus fuentes | Tipo de aplicacion | Cultivo | Beneficios | País |
| Rendimiento de los cultivos | ||||
| Extracto de algas (Kappaphycus alvarezii) | Foliar al 15% y 12.5% de concentración | haba de soja (de secano) | Rendimiento↑ en un 57% y un 46% | India |
| Foliar a concentración del 10% | Maíz | Rendimiento↑ en un 26% | India | |
| Foliar a una concentración del 2.5 al 15 % | Arroz | Rendimiento↑ entre un 7% y un 29% | India | |
| Extracto de algas (Gracilaria edulis) | Foliar a concentración del 10% | Maíz | Rendimiento↑ en un 19% | India |
| Foliar a una concentración del 2.5 al 15 % | Arroz | Rendimiento↑ entre un 6% y un 28% | India | |
| Extracto de algas (Primo) | Foliar a 250 ml por 500 l/ha | Patata | Rendimiento↑ en un 25% | Pakistan |
| Extracto de algas (Kelpak SL) | Doble aplicación foliar al 1% de concentración | Frijoles haba de soja | Rendimiento↑ en un 25% Rendimiento↑ en un 36% | Polonia |
| Extracto de algas | Foliar a 4.0 g/L | Fresa Frutilla | Rendimiento↑ en un 0.45% | Italia |
| Foliar a 2 ml/L | judías verdes | Rendimiento↑ entre un 16% y un 20% | India | |
| Ácidos húmicos | Foliar a 2 ml/L | judías verdes | Rendimiento↑ entre un 11% y un 25% | India |
| Fertirrigación a 0.5L/ha | Tomate | Rendimiento↑ entre un 4% y un 13% | India | |
| Foliar a 6 g/L | Avena | Rendimiento↑ en un 138% | Irak | |
| Foliar a 1.0 g/L | Fresa Frutilla | Rendimiento↑ en un 6.41% | Italia | |
| Ácidos húmicos (derivados de plantas y carbón) | Aplicación al suelo a 50 mg/kg | Trigo | Rendimiento ↑ en un 21% y un 18%, respectivamente | Pakistan |
| Hidrolizado de proteína | Foliar a 3.0 g/L | Fresa Frutilla | Rendimiento↑ en un 13.43% | Italia |
| hidrolizado de microalgas | Foliar a 4.0 g/L | Fresa Frutilla | Rendimiento↑ en un 9.31% | Italia |
| Aminoácidos y extracto de levadura | – | Maíz (fuera de temporada) | Rendimiento↑ en 3.46 q/ha | Brazil |
| Aminoácidos | Foliar al 0.25% y 50% | Melocotón | Rendimiento↑ en un 2% y un 4% | India |
| Foliar a 3.0 g/L | Fresa Frutilla | Rendimiento↓ en un 12.36% | Italia | |
| Chitosan | Foliar a 10 ml/L | Fresa Frutilla | Rendimiento↑ en un 17.86% | Italia |
| Silicona | Foliar a 0.3 ml/L | Fresa Frutilla | Rendimiento↑ en un 15.11% | Italia |
| Titanit | Foliar a 0.4 dm3/decir ah | Trigo | Rendimiento↑ en un 6% | Eslovaquia |
| Foliar a 0.6 dm3/ha | Trébol rojo | Rendimiento↑ en un 31% | Polonia | |
| Doble foliar a concentración del 0.13 % | haba de soja | Rendimiento↑ en un 33% | ||
| Frijol común | Rendimiento↑ en un 33% | |||
| PGPR | Inoculación de semillas | Girasol | Rendimiento↑ en un 72% en condiciones salinas | India |
| Extracto de la planta | Foliar a 30 kg de raíces por 300L/ha | haba de soja | Rendimiento↑ en un 40% | Polonia |
| Calidad de producto | ||||
| Extracto de algas | Foliar al 5% | Maíz | Contenido de K, Mn, Zn y proteínas ↑ en 2%, 17%, 0.7% y 46% | India |
| Foliar a concentración del 15% | haba de soja | El contenido de N, P, K y S en el grano de soja aumentó en un 36%, 61%, 49% y 93% | India | |
| Foliar a 250 ml por 500 L/ha | Patata | TSS en la patata ↑ en un 28% | Pakistan | |
| foliar a 4.0 g/L | Fresa Frutilla | TSS y TA ↑ en 9.33% y 6.91% | Italia | |
| Extracto de algas (Kelpak SL) | Doble foliar a concentración del 1% | Frijoles comunes haba de soja | Aumento de las actividades antioxidantes, proteínas, polifenoles, flavonoides y contenido de antocianinas de las semillas. | Polonia |
| Titanit | Doble foliar a concentración del 0.13 % | haba de soja Frijoles comunes | ||
| Ácidos húmicos | Foliar a 6 g/L | Avena | El contenido de N, P y K y proteínas aumenta en un 36%, 80%, 84% y 36% | Irak |
| Foliar a 1.0 g/L | Fresa Frutilla | TSS y TA ↑ en 9.33% y 2.30% | Italia | |
| Fertirrigación a 0.5L/ha | Tomate | TSS ↑ en un 0.5% y un 2% | India | |
| Aminoácidos | Foliar a 3.0 g/L | Fresa Frutilla | TSS y TA ↑ en 23.05% y 11.85% | Italia |
| Extracto de la planta | Foliar a 30 kg de raíces por 300L/ha | haba de soja | Aumento del contenido de proteínas y aminoácidos de las semillas. | Polonia |
| Extracto de planta-Lemna minor L | cebado de semillas | Maíz | Mejorar los contenidos de P, K, Ca y Na | Italia |
Diversos estudios también han reportado mejoras en la calidad nutricional de los cultivos gracias al uso de bioestimulantes. Por ejemplo, se descubrió que la aplicación foliar de extracto de algas (Kappaphycus alvarezii) podía aumentar la concentración de N, P, K y S en granos de soja en un 36 %, 61 %, 49 % y 93 %, respectivamente. Asimismo, se ha comprobado que la aplicación de otros bioestimulantes en diferentes cultivos mejora su contenido nutricional.
Los bioestimulantes incrementan el crecimiento y el rendimiento de los cultivos modificando las respuestas fisiológicas y bioquímicas de las plantas, como el aumento del desarrollo de raíces y brotes, la mejora del contenido de carbono orgánico y la estimulación del intercambio catiónico, el metabolismo del nitrógeno, la actividad microbiana, la actividad antioxidante y la capacidad de retención de agua. Además, los bioestimulantes como el extracto de algas contienen fitohormonas como auxina, citoquinina, kinetina, zeatina, giberelinas, glicina betaína y cloruro de colina, que mejoran el crecimiento y la tolerancia de los cultivos en condiciones de estrés ambiental al acelerar la movilización de fotosintatos de las hojas al tallo y aumentar los pigmentos fotosintéticos.
Además, los bioestimulantes pueden modificar el metabolismo primario y secundario de las plantas, lo que favorece la síntesis y acumulación de micronutrientes y moléculas antioxidantes. Los bioestimulantes, en particular el extracto de algas, contienen nutrientes minerales marinos únicos, compuestos bioactivos y nutrientes orgánicos moleculares. De igual manera, las algas marinas contienen mayores concentraciones de oligoelementos, ultra-oligoelementos y polisacáridos en comparación con las plantas terrestres. Por lo tanto, los bioestimulantes son vitales para mejorar la seguridad nutricional, a la vez que reducen el uso de agroquímicos y minimizan las externalidades ambientales adversas.
Eficiencia en el uso de nutrientes (EUN)
Varios estudios han demostrado que los bioestimulantes reducen los insumos sintéticos y las huellas ambientales, a la vez que benefician a los cultivos. Se ha informado que la aplicación de bioestimulantes causa una mejora en la eficiencia del uso de nutrientes (Tabla 3) y, por lo tanto, una reducción en el uso de fertilizantes y sus costos asociados. Por ejemplo, la aplicación de aminoácidos mejoró la EUN en un 28% en trigo, los hidrolizados de proteínas en un 12.9% en espinaca y el extracto de algas en un 16% en colza y trigo. Se informa que la aplicación foliar de extracto de algas (Kappaphycus alvarezii) aumentó la absorción de N, P y K en maíz en un 31%, 38% y 28%, respectivamente. Del mismo modo, Gracilaria edulis (extracto de algas) aumentó su absorción en un 23%, 41% y 26%, respectivamente.
| Bioestimulantes y sus fuentes | Tipo de aplicacion | Cultivo | Beneficios | País |
| Algas + Aminoácidos | Foliar a 1L/ha | Trigo | Contenido de N en la planta ↑ en 28.9% | Francia |
| Extracto de algas (Kelpak) | Foliar a 2 dm3/ Ja | colza | Acumulación de N en la planta ↑ en un 16% | Polonia |
| Extracto de algas (Kappaphycus alvarezii) | Foliar a concentración del 10% | Maíz | La absorción de N, P y K aumenta un 31%, un 38% y un 28% | India |
| Extracto de algas (Kappaphycus alvarezii) | Foliar a concentración del 5% | Caña de azúcar | El secuestro de C ↑ en un 2.4%; Ahorro de agua de 21 m3/ tonelada de producción de caña de azúcar | India |
| Maíz | Secuestro de C ↑ en un 13% | India | ||
| Extracto de algas (Gracilaria edulis) | Foliar al 10% | Maíz | La absorción de N, P y K aumenta un 3%, un 41% y un 26% | India |
| Foliar a concentración del 5% | Maíz | Secuestro de C ↑ en un 5% | India | |
| Extracto de planta-Moringa | cebado de semillas | petunia | Reducción de los efectos adversos del déficit hídrico | Italia |
| hidrolizados de proteínas | Foliar a 4 ml/L | Espinacas | El contenido de P, Mg y Ca en la planta aumentó en un 12.9%, 10.3% y 12.8%. | Italia |
| Ácidos húmicos | Tierra a 100 g/m2 | Timo vulgar | La absorción de N, P y K aumenta en un 218%, 435% y 228% | Irán |
| Ácidos húmicos | Foliar a 40 mg/L | Mangostán | La absorción de N, P y K aumenta en un 37%, 10% y 9% | Brazil |
| Ácidos húmicos (derivado de plantas) | Aplicación al suelo a 50 mg/kg | Trigo | La absorción de P, K y Fe aumenta en un 38%, 6% y 17% | Pakistan |
| Ácidos húmicos (derivado del carbón) | Aplicación al suelo a 50 mg/kg | Trigo | La absorción de P, K y Fe aumenta en un 42%, 80% y 4% | Pakistan |
| Ácidos húmicos | Suelo a 10 mg/kg | Arroz | Capacidad de retención de agua ↑ en un 10% | India |
| Secuestro de C ↑ en un 10% | ||||
| PGPR (Rhizobium spp.) | Tratamiento de semillas | Garbanzo | La absorción de N y P aumenta un 10% y un 9% | India |
| PGPR (Rhizobium Spp. + PSB) | Inoculación del suelo | Greengram | La absorción de N, P y K aumenta un 17%, un 21% y un 23% WUE ↑ en un 10%, | India |
| PGPR (Rhizobium + Bacilo + Pseudomonas) | Semillas a 200 g/10 kg de semillas | judías verdes | La absorción de N, P y K aumenta un 6%, un 8% y un 8% | India |
Asimismo, se ha descubierto que el ácido húmico aumenta la absorción de nutrientes en Thymus vulgaris y trigo al reducir el pH del suelo. También se ha descubierto que mejora la eficiencia del uso de nutrientes, la aireación del suelo y la disponibilidad de agua, reduce la erosión del suelo y mejora la solubilidad de los nutrientes.
Estudios también han reportado que la aplicación de PGPR aumenta la EUN al mejorar la absorción, la fijación y la movilización de nutrientes en condiciones de estrés abiótico y, en última instancia, el rendimiento de los cultivos. Por ejemplo, la inoculación de semillas de frijol verde con PGPR aumentó la absorción de N, P y K en un 17%, 21% y 23%, respectivamente (Tabla 3).
También está bien establecido que el crecimiento y desarrollo de las raíces son factores críticos para la absorción de nutrientes por las plantas, y numerosos estudios han demostrado que la aplicación de bioestimulantes potencia dicho crecimiento y desarrollo, permitiendo una mejor exploración del suelo y una mayor absorción de nutrientes. Estudios previos indicaron que la aplicación de bioestimulantes alteraba la comunidad microbiana del suelo y aumentaba las actividades enzimáticas, esenciales para intensificar los procesos de humificación y el secuestro de carbono. Además, los bioestimulantes mejoran la disponibilidad, absorción y translocación de nutrientes en el suelo al potenciar la actividad de la H + -ATPasa, incrementar la extrusión de H + de las raíces y disminuir el pH de la superficie radicular.
6 Otros servicios ecosistémicos
Los bioestimulantes mejoran la actividad microbiana del suelo, optimizando su estructura, la captura de carbono y la resistencia a las tensiones ambientales. Se ha demostrado que la aplicación de Kappaphycus alvarezii (extracto de algas) en la caña de azúcar reduce las emisiones de gases de efecto invernadero en al menos 260 kg (CO₂ eq .) y el requerimiento de agua en 21 m³ / tonelada de caña producida, además de aumentar la captura de carbono en un 2.4 % (Tabla 3). Asimismo, se ha observado que la aplicación de sustancias húmicas (10 mg/kg) en el arroz mejora significativamente la captura de carbono y la capacidad de retención de agua en un 13 % y un 10 %, respectivamente.
Además, los bioestimulantes, al reducir el uso de agroquímicos, reducen la contaminación del suelo y el agua, así como la contaminación ambiental. Por ejemplo, se informó que la aplicación de extracto de algas marinas podría reducir la ecotoxicidad marina y terrestre (equivalentes de 1,4-diclorobenceno) en un 3 % y un 8 %, respectivamente.
Respuesta al estrés abiótico
Los bioestimulantes inducen resistencia o tolerancia en las plantas al estrés abiótico. Estudios han demostrado que actúan como amortiguadores contra la sequía en trigo, maíz, tomate, espinaca y cultivos hortícolas. Los extractos de algas marinas mejoran la eficiencia del uso del agua y el rendimiento de los cultivos en condiciones de sequía.
Además, se ha informado que el ácido húmico confiere tolerancia al estrés térmico en tomates y papaya. Se ha descubierto que el extracto de algas marinas compensa el efecto de la deficiencia de nutrientes en condiciones de baja temperatura. Asimismo, otros estudios han demostrado que los bioestimulantes superan eficazmente la escasez de precipitaciones y las temperaturas extremas. El estrés salino es otro desafío importante en la agricultura, especialmente en regiones áridas, semiáridas y costeras. La aplicación foliar de bioestimulantes (ácido húmico, glicina-betaína y quitosano) reduce los efectos adversos de la salinidad en varios cultivos, como el trigo, el maíz y la cebada.
Los bioestimulantes aumentan significativamente la fotosíntesis, mantienen el contenido relativo de agua, reducen la fuga de electrolitos y la peroxidación lipídica, aumentan el contenido de prolina, reducen las especies reactivas de oxígeno (ROS) y mejoran la actividad de las enzimas antioxidantes, lo que ayuda a las plantas a afrontar los efectos nocivos del estrés abiótico. Además, los bioestimulantes producen proteínas de choque térmico, fenoles, aminoácidos y ácidos orgánicos, deshidrinas y ACC-desaminasa, que son vitales para inducir estrés abiótico. Se ha descubierto que un bioestimulante a base de ácido húmico redujo los niveles de ácido abscísico y glutatión, al tiempo que aumentó el ácido salicílico y la ascorbato peroxidasa y la superóxido dismutasa, mejoró la absorción de hierro (Fe + ), fósforo (P) y potasio, y reguló positivamente el factor de transcripción sensible al estrés térmico (SlHsfA1a) y el transportador de potasio de alta afinidad durante el estrés térmico; estos cambios ayudaron a mitigar el daño causado por el estrés térmico. También se ha observado que el uso de ácido húmico y extracto de algas marinas regula positivamente los genes que responden a la sequía, aumentando la fotosíntesis, el contenido relativo de agua y la conductancia estomática bajo estrés hídrico. Asimismo, se ha descubierto que los bioestimulantes microbianos Bacillus subtilis y Bacillus pumilus modulan las vías metabólicas del ascorbato, aldarato, glioxilato y dicarboxilato, así como la vía de interconversión de pentosas y glucuronato del cultivo de algodón para aumentar la tolerancia al estrés salino.
Distribución espacial de la investigación sobre bioestimulantes
La Figura 3 muestra los diez países más activos en la investigación de bioestimulantes. Italia lidera el ranking, con el 15 % del total de publicaciones, seguida de Polonia (8 %), España (7 %), Brasil (7 %), China (6 %) e India (5 %).
Se realizó un análisis de redes de coautoría para determinar las iniciativas de investigación colaborativa entre países, estableciendo un umbral mínimo de 10 documentos por país (Fig. 4). Surgen cinco clústeres distintos. Italia presenta la mayor solidez de vínculos (212) y mantiene una estrecha interconexión con España, Brasil, Canadá y México, como se muestra (clúster rojo). Polonia domina el segundo clúster, con la colaboración de Alemania e Irlanda. Estados Unidos presenta la mayor solidez de vínculos en el tercer clúster y parece tener conexiones notables entre China e India, y Egipto y Corea del Sur. En el cuarto clúster, aparecen colaboraciones entre Bangladés, Vietnam, Japón y Tailandia, y en el quinto, entre la República Checa, Portugal y Grecia.
Estos hallazgos indican que los países europeos están liderando el avance del conocimiento sobre bioestimulantes. Brasil, China, India, Egipto y Pakistán también se han centrado cada vez más en la investigación sobre bioestimulantes.
El aumento de la evidencia científica en la Unión Europea (UE) condujo a la formulación del primer marco regulatorio bajo el Reglamento de Fertilizantes de la UE 2019/1009 para armonizar la producción y regular el mercado de bioestimulantes. El reglamento definió los bioestimulantes y proporcionó estándares y especificaciones para la seguridad del producto, como límites en contaminantes de metales pesados y patógenos. Además, se proporcionaron pautas de etiquetado de productos para garantizar la calidad y la seguridad para las personas, los animales y el medio ambiente. De manera similar, el Gobierno de la India notificó las regulaciones de bioestimulantes a través del boletín oficial, la Orden de Enmienda de Fertilizantes (Inorgánicos, Orgánicos o Mixtos) (Control) de 2021 y 2024 para regular los bioestimulantes. En la India, los fabricantes o importadores de bioestimulantes deben proporcionar un conjunto de información al Comité Central de Bioestimulantes (CBC) sobre química (fuente, propiedades químicas y físicas de los ingredientes activos, métodos analíticos, vida útil), ensayos de bioeficacia, así como informes de análisis de toxicidad y metales pesados para especificar el producto como bioestimulante. Además, es obligatorio presentar una declaración jurada que acredite que el producto no es tóxico y es seguro para su uso. Asimismo, el Gobierno de la India ha proporcionado las especificaciones para bioestimulantes, a saber, ácidos húmicos y fúlvicos, extractos de algas marinas, extractos botánicos y bioestimulantes mixtos.
En Estados Unidos, los bioestimulantes no se reconocen como una categoría de producto diferenciada. La Ley de Bioestimulantes Vegetales se propuso para crear una definición federal y un marco regulatorio claro para los bioestimulantes, pero aún no ha sido aprobada. Sin embargo, Estados Unidos regula los bioestimulantes según sus afirmaciones: si los productos afirman proteger las plantas, están regulados por la Agencia de Protección Ambiental (EPA), y si afirman promover el crecimiento vegetal, están regulados por los departamentos de agricultura estatales. De igual manera, Brasil clasificó los bioestimulantes bajo la Ley 6.894/1980 como inoculantes, que contienen microorganismos que promueven el desarrollo vegetal, o estimulantes/biofertilizantes, que incluyen ingredientes activos que mejoran el crecimiento vegetal directa o indirectamente. Por lo tanto, la definición, el proceso de registro y los estándares de seguridad varían según el país, lo que dificulta que las industrias de bioestimulantes se desenvuelvan en el panorama regulatorio internacional.
Las regulaciones relacionadas con la bioeficacia, el límite de tolerancia, la toxicidad, la seguridad y las especificaciones del producto subrayan el papel de la investigación científica en el desarrollo del uso eficaz y la regulación de los bioestimulantes. Por lo tanto, se requieren esfuerzos conjuntos entre países, investigadores, legisladores, actores de la industria y agricultores para lograr un desarrollo eficaz y seguro, minimizar los obstáculos para el cumplimiento normativo, mejorar la eficacia y generalizar la adopción de bioestimulantes.
Conclusiones y consecuencias
La investigación sobre bioestimulantes aún se encuentra en sus primeras etapas. Sin embargo, las tendencias emergentes sugieren que estos tienen un potencial considerable para (i) mejorar la salud del suelo y el agua, tanto cualitativa como cuantitativamente; (ii) mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes, lo que se traduce en un menor uso de fertilizantes; (iii) mejorar la tolerancia de los cultivos al estrés abiótico y biótico; y (iv) optimizar los servicios ecosistémicos, preservando al mismo tiempo el rendimiento de los cultivos y la calidad del producto. Cabe destacar que el mercado mundial de alimentos orgánicos y seguros ha experimentado una rápida expansión.
Algunas implicaciones importantes de este análisis bibliométrico son las siguientes.
En primer lugar, se requiere más investigación básica para comprender los mecanismos de funcionamiento de los bioestimulantes.
En segundo lugar, a nivel de investigación aplicada, es necesario generar evidencia sobre los impactos de los bioestimulantes en diversas facetas de la agricultura para demostrar su potencial para conservar los recursos naturales y mejorar la resiliencia de la agricultura ante el estrés biótico y abiótico. Cabe destacar que el mercado de bioestimulantes se encuentra en sus primeras etapas y presenta una gran desorganización. Dicha investigación contribuirá a la creación de un mercado para los bioestimulantes.
Dora Agri es una empresa líder enfocada en la investigación y promoción de bioestimulantes y biofertilizantes naturales y orgánicos para la agricultura y la horticultura sustentables.
Los productos bioestimulantes Dora están diseñados a base de ingredientes activos naturales para brindar apoyo a las plantas cuando necesitan respuestas fisiológicas específicas. Los bioestimulantes se desarrollan mediante una intensa investigación e innovación, con el objetivo de maximizar la vitalidad, el rendimiento y la calidad de los cultivos.