Context
En el contexto de cambio climático y balance de carbono, faltan por acreditarse científicamente los efectos bioestimulantes específicos de los productos de microalgas en relación a
mejora de la eficiencia en la utilización de nutrientes y la resistencia a estrés abiótico, efectos que se verificarían en
el marco del proyecto GO MICROCLIMATT. Adicionalmente, se
explorarán los efectos sobre la salud del suelo y se evaluará la potenciación de la captación de carbono, tanto en planta
como en suelo, asociada a la de la productividad de los cultivos.
Poco se conoce acerca de los efectos que a nivel del metabolismo vegetal ejercen los bioestimulantes, así como sobre los correspondientes mecanismos de acción, conocimiento por otra parte esencial para la optimización del empleo de los actuales productos, así como para el desarrollo de nuevos derivados,
con mayor eficacia y especificidad.
Objectives
Development of an innovative biological technology based on microalgae and their derivatives and application to a sustainable intensification of agriculture associated with the mitigation of climate change and its effects.
The group will evaluate the physiological and transcriptomic effects of crops (tomato and wheat) treated with microalgae biostimulants under conditions of water stress and poor fertilization rates.
Objectives
Desarrollo de una tecnología biológica innovadora basada en microalgas y sus derivados y aplicación a una intensificación sostenible de la agricultura asociada a la mitigación del
cambio climático y sus efectos.
El grupo evaluará los efectos fisiológicos y transcriptómicos de los
cultivos (tomate y trigo) tratados con bioestimulantes de microalgas en condiciones de estrés hídrico y tasas deficientes de fertilización.
Activities
Cultivation of microalgae and processing of biomass and extracellular organic matter to obtain the proposed biostimulant solutions
Improved resistance to water stress and improved nutrient utilization efficiency in tomato and wheat crops treated with microalgae biostimulants
Characterization of phenotypic response and verification of effects in greenhouse
Improved resistance to water stress and improved nutrient use efficiency in tomato and wheat crops treated with biostimulants.
Increased incorporation of carbon in the plant biomass of crops linked to increased productivity
Improved soil quality, functionality and sustainability; positive effect on carbon sequestration
Activities
Cultivo de microalgas y procesamiento de la biomasa y la materia orgánica para obtener las soluciones bioestimulantes propuestas
Mejora de la resistencia al estrés hídrico y de la eficiencia de utilización de nutrientes en cultivos de tomate y trigo tratados con bioestimulantes
Caracterización de la respuesta fenotípica y verificación de los efectos en invernadero
Aumento de la incorporación de carbono en la biomasa vegetal de los cultivos vinculado a una mayor productividad
Mejora de la calidad, la funcionalidad y la sostenibilidad del suelo; efecto positivo en el secuestro de carbono
Additional information
El grupo operativo está formado por:
- AlgaEnergy, S.A. (entidad
representante)
- Universidad de Sevilla (Instituto
de Bioquímica Vegetal y
Fotosíntesis)
- IMIDRA (Instituto Madrileño de
Investigación y Desarrollo Rural,
Agrario y Alimentario)
- Consejo Superior de
Investigaciones Científicas
(Centro de Edafología y
Biología Aplicada del Segura)
- Asociación Agraria de Jóvenes
Agricultores (ASAJA)
Project details
- Main funding source
- Rural development 2014-2020 for Operational Groups
- Rural Development Programme
- 2014ES06RDNP001 España - Programa Nacional de Desarrollo Rural
Location
- Main geographical location
- Madrid
- Other geographical location
- Cádiz, Sevilla
EUR 560 725.00
Total budget
Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.
Resources
Audiovisual materials
7 Practice Abstracts
The study investigated how treatments with microalgae derivatives positively impact soil fertility, promoting its quality, functionality and sustainability. Progress:
1. Increased soil fertility: A significant increase in organic matter levels was observed, which contributed to the improvement of soil structure and its capacity to retain water.
2. Carbon sequestration: The treatments favored carbon sequestration in the soil, helping to mitigate the effects of climate change. The analyses showed that the treated soils stored more organic carbon, reducing their mineralization and increasing their stability.
3. Soil sustainability: The biological activity of the soil was improved, increasing microbial biodiversity, which is key to the resilience and regeneration of degraded soils.
4. Experimental evaluation: Tests confirmed that soils treated with microalgae derivatives not only favored plant development, but also maintained a more balanced and sustainable soil functionality.
Practical recommendations:
1. Use of biostimulants to improve fertility: Apply biostimulants derived from microalgae in strategic crops and in soils with low levels of organic matter to increase soil fertility and functionality.
2. Integration of sustainable practices: Complement treatments with techniques such as crop rotation, use of plant covers and minimum tillage to maximize carbon retention and soil quality.
3. Agricultural training: Provide practical training on the benefits of biostimulants on soil fertility.
Se investigó cómo los tratamientos con derivados de microalgas impactan positivamente en la fertilidad edáfica, promoviendo su calidad, funcionalidad y sostenibilidad. Avances:
1. Incremento de la fertilidad del suelo: Se observó un incremento significativo en los niveles de materia orgánica, lo que contribuyó a la mejora de la estructura del suelo y su capacidad para retener agua.
2. Secuestro de carbono: Los tratamientos favorecieron el secuestro de carbono en el suelo, ayudando a mitigar los efectos del cambio climático. Los análisis demostraron que los suelos tratados almacenaron más carbono orgánico, reduciendo su mineralización y aumentando su estabilidad.
3. Sostenibilidad del suelo: Se mejoró la actividad biológica del suelo, aumentando la biodiversidad microbiana, que es clave para la resiliencia y regeneración de suelos degradados.
4. Evaluación experimental: Ensayos confirmaron que los suelos tratados con derivados de microalgas no solo favorecieron el desarrollo vegetal, sino que también mantuvieron una funcionalidad edáfica más equilibrada y sostenible.
Recomendaciones prácticas:
1. Uso de bioestimulantes para mejorar la fertilidad: Aplicar bioestimulantes derivados de microalgas en cultivos estratégicos y en suelos con bajos niveles de materia orgánica para incrementar la fertilidad y funcionalidad del suelo.
2. Integración de prácticas sostenibles: Complementar los tratamientos con técnicas como la rotación de cultivos, uso de coberturas vegetales y la labranza mínima para maximizar la retención de carbono y la calidad del suelo.
3. Capacitación agrícola: Proveer formación práctica sobre los beneficios de los bioestimulantes en la fertilidad edáfica.
It was demonstrated how the use of biostimulants derived from microalgae favors the incorporation of organic carbon in soils, improving their physical, chemical and biological properties. The main advances included:
1. Field and greenhouse studies: A significant increase was recorded in the capacity of treated soils to retain carbon, reducing the loss of organic matter through mineralization.
2. Improvements observed in the soil: Increase in organic matter, improving the structure and water retention of the soil. Reduction of erosion and improvement in the capacity of soils to store essential nutrients. Increase in the biological activity of the soil, favoring microbial balance and fertility.
3. Integrated analysis: The global carbon balance in the soil-plant system showed that the use of biostimulants not only benefits plant productivity, but also transforms the soil into an efficient carbon sink.
Practical recommendations:
1. Application of biostimulants: Incorporate biostimulants into sustainable agricultural management systems to increase soil organic matter and its capacity to fix carbon. Carry out applications on vulnerable or low fertility soils.
2. Soil management: Promote practices that reduce soil compaction and erosion, such as the use of cover crops and minimum tillage techniques, complemented with biostimulants.
3. Training and dissemination: Disseminate the benefits of using these products, highlighting their contribution to sustainability.
4. Impact monitoring: Establish monitoring systems to assess changes in soil quality and organic carbon.
Se demostró cómo el uso de bioestimulantes derivados de microalgas favorece la incorporación de carbono orgánico en los suelos, mejorando sus propiedades físicas, químicas y biológicas. Los avances principales incluyeron:
1. Estudios en campo e invernadero: Se registró un incremento significativo en la capacidad de los suelos tratados para retener carbono, reduciendo la pérdida de materia orgánica por mineralización.
2. Mejoras observadas en el suelo: Incremento en la materia orgánica, mejorando la estructura y la retención de agua del suelo. Reducción de la erosión y mejora en la capacidad de los suelos para almacenar nutrientes esenciales. Aumento de la actividad biológica del suelo, favoreciendo el equilibrio microbiano y la fertilidad.
3. Análisis integrados:El balance global del carbono en el sistema suelo-planta mostró que el uso de bioestimulantes no solo beneficia la productividad vegetal, sino que también transforma el suelo en un sumidero eficiente de carbono.
Recomendaciones prácticas:
1. Aplicación de bioestimulantes: Incorporar los bioestimulantes en sistemas de manejo agrícola sostenible para aumentar la materia orgánica del suelo y su capacidad para fijar carbono. Realizar aplicaciones en suelos vulnerables o con baja fertilidad.
2. Manejo del suelo: Promover prácticas que reduzcan la compactación y la erosión del suelo, como el uso de cultivos de cobertura y técnicas de labranza mínima, complementadas con bioestimulantes.
3. Capacitación y difusión: Divulgar los beneficios del uso de estos productos, destacando su contribución a la sostenibilidad.
4. Monitoreo del impacto: Establecer sistemas de seguimiento para evaluar los cambios en la calidad del suelo y el carbono orgánico.
The way in which biostimulants derived from microalgae promote the incorporation of carbon into plant biomass was evaluated, which is directly related to an increase in the productivity of crops such as tomato and wheat. The main advances were:
1. Experimental studies: In the field and in the greenhouse, crops treated with biostimulants were monitored, measuring the photosynthetic rate and the carbon content accumulated in the plants. The treated crops showed a significant increase in plant biomass, including roots, stems and leaves.
2. Impact on productivity: A higher yield was observed in terms of weight and quality of the harvested product, evidencing the effectiveness of the treatment in increasing the capacity of plants to capture and use atmospheric carbon.
3. Multidisciplinary collaboration: Technicians and scientists analyzed the carbon balance in the soil-plant system, verifying that the increase in plant biomass also contributed to the improvement of soil quality and its capacity to retain carbon.
Practical recommendations:
1. Implementation in crops: Use biostimulants at key stages of crop development (germination and vegetative growth) to maximize carbon uptake and increase biomass.
2. Promotion of sustainable practices: Integrate biostimulants as part of a sustainable agricultural strategy that combines increased productivity with mitigation of environmental impact, reducing the use of chemical fertilizers.
3. Continuous monitoring: Constantly monitor the carbon balance in treated crops, assessing both the effects on biomass and soil fertility.
Se evaluó cómo los bioestimulantes derivados de microalgas favorecen la incorporación de carbono en la biomasa vegetal, lo cual se relaciona directamente con un aumento en la productividad de cultivos como tomate y trigo. Los principales avances fueron:
1. Estudios experimentales: En campo e invernadero, se monitorearon cultivos tratados con bioestimulantes, midiendo la tasa fotosintética y el contenido de carbono acumulado en las plantas. Los cultivos tratados mostraron un incremento significativo en la biomasa vegetal, incluyendo raíces, tallos y hojas.
2. Impacto en la productividad: Se constató un mayor rendimiento en términos de peso y calidad del producto cosechado, evidenciando la eficacia del tratamiento en aumentar la capacidad de las plantas para captar y utilizar carbono atmosférico.
3. Colaboración multidisciplinar: Técnicos y científicos analizaron el balance de carbono en el sistema suelo-planta, verificando que el aumento en la biomasa vegetal también contribuyó a la mejora de la calidad del suelo y su capacidad para retener carbono.
Recomendaciones prácticas:
1. Implementación en cultivos: Utilizar bioestimulantes en etapas clave del desarrollo de los cultivos (germinación y crecimiento vegetativo) para maximizar la incorporación de carbono y el aumento de la biomasa.
2. Fomento de prácticas sostenibles: Integrar los bioestimulantes como parte de una estrategia agrícola sostenible que combine el aumento de la productividad con la mitigación del impacto ambiental, reduciendo el uso de fertilizantes químicos.
3. Monitoreo continuo: Realizar un seguimiento constante del balance de carbono en los cultivos tratados, evaluando tanto los efectos en la biomasa como en la fertilidad del suelo.
The result was addressed by combining transcriptomic studies with practical greenhouse and field trials to evaluate the effects of biostimulants derived from microalgae. The main advances were:
1. Transcriptomic characterization: A transcriptomic analysis was performed on crops treated with biostimulants, identifying key genes related to: Response to water stress, such as regulation of water retention and improvement of antioxidant mechanisms. Efficiency in the use of nutrients, increasing the absorption and transport of essential elements.
2. Greenhouse trials (water stress): Under controlled conditions of water deficit, treated crops showed: Greater stability in phenological development. Increase in plant biomass and physiological improvements, such as greater photosynthetic efficiency and water retention.
3. Field trials (use of nutrients): Biostimulants allowed reducing the need for chemical fertilizers without compromising productivity.
Practical recommendations:
1. Strategic application of biostimulants: Use biostimulants as a complementary tool to increase crop resilience in areas affected by water stress or with limited fertilization.
2. Reduction of chemical inputs: Adjust the amount of chemical fertilizers based on the results obtained in the experimental plots, optimizing the use of resources and reducing costs.
3. Transcriptomic-based implementation: Incorporate bioinformatics and transcriptomic tools to customize recommendations according to the type of crop and local conditions.
Se abordó el resultado combinando estudios transcriptómicos con ensayos prácticos en invernadero y campo para evaluar los efectos de los bioestimulantes derivados de microalgas. Los avances principales fueron:
1. Caracterización transcriptómica: Se realizó un análisis transcriptómico en cultivos tratados con bioestimulantes, identificando genes clave relacionados con: Respuesta al estrés hídrico, como la regulación de la retención de agua y la mejora de mecanismos antioxidantes. Eficiencia en el uso de nutrientes, aumentando la absorción y transporte de elementos esenciales.
2. Ensayos en invernadero (estrés hídrico): En condiciones controladas de déficit hídrico, los cultivos tratados mostraron: Mayor estabilidad en el desarrollo fenológico. Incremento en la biomasa vegetal y mejoras fisiológicas, como mayor eficiencia fotosintética y retención hídrica.
3. Ensayos en campo (uso de nutrientes): Los bioestimulantes permitieron reducir la necesidad de fertilizantes químicos sin comprometer la productividad.
Recomendaciones prácticas:
1. Aplicación estratégica de bioestimulantes: Utilizar los bioestimulantes como una herramienta complementaria para incrementar la resiliencia de cultivos en zonas afectadas por estrés hídrico o con fertilización limitada.
2. Reducción de insumos químicos: Ajustar la cantidad de fertilizantes químicos en función de los resultados obtenidos en las parcelas experimentales, optimizando el uso de recursos y reduciendo costos.
3. Implementación basada en transcriptómica:Incorporar herramientas bioinformáticas y transcriptómicas para personalizar las recomendaciones según el tipo de cultivo y las condiciones locales.
The effects of microalgae biostimulants on water stress resistance and nutrient use efficiency in tomato and wheat crops were evaluated. The main advances were:
1. Greenhouse trials (water stress): Crops treated with biostimulants showed greater tolerance to water deficit, evidenced by better water retention, greater physiological stability, and less impact on phenological development.
2. Field trials (nutrient efficiency): Treated crops needed less chemical fertilizers to maintain yields similar to or higher than controls.
3. Physiological and phenotypic characterization: Improvements were recorded in plant biomass, root development, and photosynthetic rate, confirming the effectiveness of biostimulants under environmental stress conditions.
Practical recommendations:
1. Integration into agricultural strategies: Implement biostimulants as a complement in crop management programs, especially in areas with a high incidence of water stress or nutrient limitations. Use application rates and timing based on protocols tested during trials.
2. Irrigation and fertilization optimization: Reduce the use of chemical fertilizers by combining biostimulants with efficient irrigation practices, maximizing sustainability and reducing costs. Apply treatments at critical phases, such as the onset of water stress or periods of high nutritional demand.
3. Monitoring and customization: Monitor crop response to adjust applications based on specific soil and climate conditions.
Se evaluaron los efectos de los bioestimulantes de microalgas en la resistencia al estrés hídrico y la eficiencia en el uso de nutrientes en cultivos de tomate y trigo. Los principales avances fueron:
1. Ensayos en invernadero (estrés hídrico): Cultivos tratados con bioestimulantes mostraron una mayor tolerancia al déficit hídrico, evidenciada por una mejor retención de agua, mayor estabilidad fisiológica y menor impacto en el desarrollo fenológico.
2. Ensayos en campo (eficiencia de nutrientes): Los cultivos tratados necesitaron menos fertilizantes químicos para mantener rendimientos similares o superiores a los controles.
3. Caracterización fisiológica y fenotípica: Se registraron mejoras en la biomasa vegetal, desarrollo de raíces, y tasa fotosintética, lo que confirma la efectividad de los bioestimulantes en condiciones de estrés ambiental.
Recomendaciones prácticas:
1. Integración en estrategias agrícolas: Implementar los bioestimulantes como complemento en programas de manejo de cultivos, especialmente en zonas con alta incidencia de estrés hídrico o limitaciones de nutrientes. Usar dosis y momentos de aplicación basados en los protocolos probados durante los ensayos.
2. Optimización del riego y fertilización: Reducir el uso de fertilizantes químicos al combinar bioestimulantes con prácticas de riego eficiente, maximizando la sostenibilidad y reduciendo costos. Aplicar los tratamientos en fases críticas, como el inicio del estrés hídrico o periodos de alta demanda nutricional.
3. Monitoreo y personalización: Monitorear la respuesta de los cultivos para ajustar las aplicaciones según las condiciones específicas del terreno y del clima.
A new biostimulant preparation derived from microalgae was developed and characterized. The main advances included:
1. Biochemical characterization: The preparation was analyzed to identify the active compounds, such as amino acids, phytohormones, antioxidants and polysaccharides, responsible for its biostimulant effects. Quality and stability tests were performed to ensure the effectiveness of the product under real agricultural conditions.
2. Greenhouse demonstration: Preliminary trials were carried out under controlled greenhouse conditions using tomato and wheat crops. The trials confirmed improvements in: Resistance to water stress. Increased crop growth and development. Efficiency in nutrient uptake.
Practical recommendations:
1. Strategic use of the biostimulant: Apply the preparation to crops during critical stages of development (germination, flowering, etc.) to maximize its benefits. Adapt the doses and frequency of application according to the specific needs of each crop and the environmental conditions.
2. Field validation: Expand trials under real conditions to corroborate the results obtained in greenhouses and adjust agronomic recommendations.
3. Technical training: Provide farmers and technicians with training on the mode of action of the biostimulant, its benefits and how to integrate it into sustainable agricultural systems.
4. Continuous monitoring: Incorporate monitoring tools to evaluate the effects in real time, which will allow adjustments and improvements in product management.
Se desarrolló y caracterizó un nuevo preparado bioestimulante derivado de microalgas. Los principales avances incluyeron:
1. Caracterización bioquímica: El preparado fue analizado para identificar los compuestos activos, como aminoácidos, fitohormonas, antioxidantes y polisacáridos, responsables de sus efectos bioestimulantes. Se realizaron pruebas de calidad y estabilidad para garantizar la efectividad del producto en condiciones agrícolas reales.
2. Demostración en invernadero: Se llevaron a cabo ensayos preliminares en condiciones controladas de invernadero utilizando cultivos de tomate y trigo. Los ensayos confirmaron mejoras en: Resistencia al estrés hídrico. Incremento en el crecimiento y desarrollo de los cultivos. Eficiencia en la captación de nutrientes.
Recomendaciones prácticas:
1. Uso estratégico del bioestimulante: Aplicar el preparado en cultivos durante las etapas críticas de desarrollo (germinación, floración, etc.) para maximizar sus beneficios. Adaptar las dosis y frecuencia de aplicación según las necesidades específicas de cada cultivo y las condiciones ambientales.
2. Validación en campo: Ampliar los ensayos en condiciones reales para corroborar los resultados obtenidos en invernadero y ajustar las recomendaciones agronómicas.
3. Capacitación técnica: Proporcionar a agricultores y técnicos formación sobre el modo de acción del bioestimulante, sus beneficios y cómo integrarlo en sistemas agrícolas sostenibles.
4. Monitoreo continuo: Incorporar herramientas de monitoreo para evaluar los efectos en tiempo real, lo que permitirá ajustes y mejoras en el manejo del producto.
"An innovative process was developed to cultivate microalgae and extract highly efficient biostimulant compounds. This process included:
- Microalgae cultivation: Use of CO₂ captured from industrial effluents as a carbon source, promoting a circular economy model. Development of optimized protocols for laboratory cultivation and scaling in pilot and industrial facilities, using advanced photobioreactors.
- Biomass processing: Production of stabilized biomass through processes such as freeze-drying and freezing. Obtaining biostimulant derivatives through enzymatic hydrolysis and fractionation of extracellular organic matter (EOM), which includes amino acids, polysaccharides and antioxidants. The resulting products were tested in field trials, demonstrating their ability to increase crop productivity and improve resistance to adverse conditions.
Practical recommendations:
- Application in agriculture: Microalgae-derived biostimulants can be used as key inputs to improve crop resilience to water stress and reduce fertilizer use. chemicals. It is crucial to apply these products at the appropriate stages of cultivation, following the recommended doses to optimize results.
- Promotion of the circular economy: Replicate the production model using industrial CO₂ emissions to feed microalgae crops, reducing the carbon footprint and creating sustainable agricultural products."
Se desarrolló un proceso innovador para cultivar microalgas y extraer compuestos bioestimulantes de alta eficiencia. Este proceso incluyó:
- Cultivo de microalgas: Uso de CO₂ capturado de efluentes industriales como fuente de carbono, promoviendo un modelo de economía circular. Desarrollo de protocolos optimizados para cultivos en laboratorio y escalado en instalaciones piloto e industriales, utilizando fotobiorreactores avanzados.
- Procesado de biomasa: Producción de biomasa estabilizada mediante procesos como liofilización y congelación. Obtención de derivados bioestimulantes mediante hidrólisis enzimática y fraccionamiento de la materia orgánica extracelular (MOE), que incluye aminoácidos, polisacáridos y antioxidantes. Los productos resultantes se probaron en ensayos de campo, demostrando su capacidad para aumentar la productividad de cultivos y mejorar la resistencia a condiciones adversas.
Recomendaciones prácticas:
- Aplicación en agricultura: Los bioestimulantes derivados de microalgas pueden utilizarse como insumos clave para mejorar la resiliencia de cultivos frente al estrés hídrico y reducir el uso de fertilizantes químicos. Es crucial aplicar estos productos en las etapas adecuadas del cultivo, siguiendo las dosis recomendadas para optimizar resultados.
- Promoción de la economía circular: Replicar el modelo de producción utilizando emisiones de CO₂ industriales para alimentar cultivos de microalgas, reduciendo la huella de carbono y creando productos agrícolas sostenibles.
Contacts
Project coordinator
-
AlgaEnergy, S.A.
Project coordinator
Project partners
-
ASOCIACIÓN AGRARIA DE JÓVENES AGRICULTORES
Project partner
-
CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTÍFICAS
Project partner
-
INSTITUTO MADRILEÑO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO RURAL AGRARIO Y ALIMENTARIO
Project partner
-
UNIVERSIDAD DE SEVILLA
Project partner