Un estudio que aparece en Nature Communications basado en experimentos de campo y de invernadero de la Universidad de Kansas muestra cómo un aumento en el rendimiento agrícola proviene de la plantación de cultivos diversos en lugar de una sola especie de planta: los patógenos del suelo dañinos para las plantas tienen más dificultades para prosperar.
«Se observa comúnmente que diversas comunidades de plantas pueden ser más productivas y estables con el tiempo», dijo el autor correspondiente James Bever, científico principal del Kansas Biological Survey & Center for Ecoological Research y Profesor Distinguido de Ecología y Biología Evolutiva de la Fundación en KU. «Las tierras de pastoreo con numerosas especies pueden mostrar una mayor productividad. Pero la razón de esto ha sido un poco misteriosa».
Si bien la rotación de cultivos y otras prácticas agrícolas y de jardinería han reflejado los beneficios de una combinación de plantas, la nueva investigación apunta a un mecanismo importante que sustenta la observación: la cantidad de microorganismos en el suelo que se alimentan de plantas.
«Las diversas comunidades agrícolas tienen el potencial de mantener a raya a los patógenos, lo que se traduce en mayores rendimientos», afirmó Bever. «Lo que mostramos es que un factor importante es la especialización de los patógenos, particularmente aquellos específicos de diferentes especies de plantas. Estos patógenos suprimen los rendimientos en comunidades de baja diversidad. Una ventaja significativa de la diversidad de los pastizales es que los patógenos consumen menos biomasa, «Permitiendo más biomasa para otros usos, como el ganado. El mismo proceso es crucial para la producción agrícola «.
Los nuevos datos se desarrollaron en la Universidad de Kansas utilizando experimentos de campo en la Estación de Campo KU, junto con ensayos de invernadero y modelos de retroalimentación usando computadoras. Este proyecto fue apoyado por grandes subvenciones de colaboración para KU de la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Agricultura de EE. UU.
«Realizamos un experimento manipulando el número de plantas en una parcela y variando los niveles de precipitación; teníamos desde una hasta seis especies en una parcela», dijo Bever.
«Luego, evaluamos la composición del microbioma de patógenos del suelo. Lo que encontramos es que la variación en la composición de patógenos en monocultivos predijo significativamente el rendimiento cuando se combinaron. Cuando hay distintas comunidades de patógenos, mezclarlas conduce a una mayor liberación de patógenos de «Tus vecinos. El peor escenario es cuando un cultivo vecino tiene los mismos patógenos. En ese caso, estás experimentando una doble densidad: los patógenos de tu cultivo y los de tu cultivo vecino».
En KU, los colaboradores de Bever incluyeron a la especialista asociada Peggy Schultz, así como a Haley Burrill y Laura Podzikowski, quienes obtuvieron doctorados en KU y ahora son investigadores postdoctorales en la Universidad de Oregon y KU, respectivamente. El autor principal, Guangzhou Wang, trabajó en KU como investigador postdoctoral y ahora está afiliado a la Universidad Agrícola de China en Beijing, donde trabajó en la investigación con los coautores Fusuo Zhang y Junling Zhang. A ellos se unió el coautor Maarten Eppinga de la Universidad de Zurich, Suiza.
Según Bever, la investigación va en contra de la práctica agrícola industrial de plantar un solo cultivo alimentario en muchos acres de tierra, a menudo denominada «monocultivo».
«En cuanto a las prácticas de monocultivo, la filosofía de promover la diversidad vegetal parece contradecir las prácticas predominantes», afirmó.
«El monocultivo (plantar grandes áreas con un solo cultivo) está impulsado por razones tecnológicas más que biológicas. Los aspectos prácticos de la siembra y la cosecha han motivado este enfoque. La agricultura y las prácticas tradicionales de los nativos americanos en los trópicos implican policultivos con múltiples especies».
«En China, hay un movimiento hacia la producción de policultivos mecanizados, desafiando el modelo de monocultivo predominante en los Estados Unidos. Es esencial ver el monocultivo como un modelo de costo-beneficio con mayores insumos y explorar métodos alternativos como la rotación de cultivos para controlar los patógenos a lo largo del tiempo».
Bever dijo que mezclar plantas en varias parcelas sería beneficioso para los jardineros domésticos y otras personas que cultivan plantas.
«Cuando se trabaja en el jardín, no se depende de la plantación y la cosecha mecánicas», dijo. «Definitivamente es una ventaja para usted mezclar sus cultivos, plantarlos en mezclas heterogéneas en la parcela. Por conveniencia, podríamos plantar hileras alternas de diferentes cultivos. Esto controlará mejor los patógenos que si solo tuviera muchas hileras. del mismo cultivo, uno al lado del otro.’
«Si tuvieras cuatro parcelas en tu patio trasero que fueran discretas, no querrías poner todos los tomates en una y todas las calabazas en otra, y una tercera con hierbas; querrías mezclarlas. Reducirás los patógenos al hacer eso. Es lo que muestran nuestros datos».
Finalmente, Bever dijo que los hallazgos de su equipo que muestran que la biodiversidad prohíbe el crecimiento de patógenos no son tan claros fuera del reino vegetal. De hecho, la idea es polémica en sistemas animales como la enfermedad de Lyme.
«Nuestro claro resultado en el mundo vegetal contrasta con la complejidad de esta literatura en el mundo animal», afirmó. «En el contexto de la reciente atención a los patógenos, como ocurre con la COVID, el estudio de los patógenos en ecología ha sido controvertido. Se ha debatido el impacto de la diversidad en los impactos de los patógenos, ya sea que aumente o disminuya».
«Nuestros hallazgos para las plantas indican que la mayor preocupación es la reducción de la propagación de patógenos con una mayor diversidad, en lugar de un aumento. En nuestro estudio, se examinaron los patógenos, incluidos los que habitan en el suelo. Se observaron patrones similares con los patógenos foliares, como se detalla en «Un artículo de próxima aparición. La controversia surge de las diferencias entre cómo los patógenos afectan el reino animal y las plantas».
Más información: Guangzhou Wang et al, La dilución de patógenos especializados genera beneficios de productividad a partir de la diversidad en mezclas de plantas, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-44253-4
