Insumos biológicos

Insumos biológicos são materiais usados para se alcançar maior eficiência no cultivo agrícola, trazendo resultados positivos no âmbito produtivo e ambiental. Como exemplo principal, temos as bactérias fixadoras de nitrogênio atmosférico, denominadas bactérias diazotróficas. Estas bactérias possuem papel importantíssimo na alta produção de soja no Brasil, através da inoculação com a oleaginosa, de forma que não seja necessária aplicação de adubo nitrogenado, reduzindo impactos ambientais e gastos financeiros. Outro exemplo é as associações micorrízicas que melhoram a captação, pela planta, de nutrientes como fósforo, zinco e água, além de proteger as plantas de efeitos tóxicos de metais pesados. Cada vez mais a ciência vem estudando novos organismos que futuramente devem contribuir para uma produção agrícola mais sustentável, barata e eficiente quanto à captação de nutrientes.

Já os biofertilizantes, geralmente líquidos e aplicados na folha, normalmente são usados na agricultura familiar, podendo também ser usados em substratos para produção de mudas. São obtidos de soluções aquosas como esterco bovino, torta de mamona ou fontes de micronutrientes (não deixe de visitar nossas seções sobre adubação orgânica). Alguns  biofertilizantes também possuem uma mistura de microrganismos, e devido a diversidade e população destas formas de vida, podem promover controle fitossanitário e promoção de crescimento, além do efeito fertilizante.

 

Fixação biológica de nitrogênio (FBN)

As plantas leguminosas podem ser autossuficientes em nitrogênio devido à capacidade de infecção das raízes por bactérias como Bradyrhizobium sp. e Azospirillum sp., formando uma estrutura denominada nódulo, onde a planta e bactéria sofrem modificações biológicas, formando uma associação onde ambas se favorecem mutuamente. A bactéria utiliza a fotossíntese da planta para fixar o nitrogênio atmosférico, que é transferido para fora do rizóbio e usado pela planta. Trata-se de uma ótima alternativa para reposição de reservas orgânicas de nitrogênio no solo, sendo amplamente utilizada no país, resultando em menores investimentos na produção da cultura sem diminuição de produtividade. Quanto às espécies, a coinoculação de Bradyrhizobium sp. e Azospirillum sp. juntas no sulco gera acréscimos na produção quando comparado à inoculação apenas com o Bradyrhizobium sp., pois a Azospirillum sp. auxilia também no crescimento de raízes e solubilização do fósforo.

 

Bradyrhizobium

O uso de Bradyrhizobium para fixar nitrogênio é atualmente uma tecnologia indispensável para a cultura da soja no Brasil. Estes organismos proporcionam eficiência o suficiente para evitar a necessidade de aplicação de nitrogênio mineral, mesmo em altos níveis de produtividade. Nesta associação, os processos se iniciam com a infecção da bactéria na planta, evoluindo até a fixação de N2 atmosférico. Estudos apontam que as regiões de alongamento e zonas de formação de pequenos pelos radiculares são as regiões preferenciais para a infecção e desenvolvimento da bactéria.
Na soja, os primeiros nódulos ocorrem com a infecção da raiz principal, tornando-se visíveis até o estádio V2. A partir disso, o crescimento e número de nódulos aumenta, atingindo o seu máximo em R2. No início do período reprodutivo ocorre um decréscimo de infecção e formação de nódulos, uma vez que, há uma competição de fotoassimilados que deixam de ser fonte de energia para os nódulos e começam a se acumular em órgãos reprodutivos. Nesse estágio, os nódulos começam a estagnar e reduzir seu crescimento.

Diversos produtores não fazem uso da inoculação com bactérias, pois a área já possui presença dessas pelos cultivos sucessivos de soja. Porém, conforme explicaremos abaixo, é rentável a aplicação anual dessas bactérias.

 

Coinoculação com Azospirillum

A Embrapa indica também o uso de uma segunda bactéria junto à Bradyrhizobium, em um processo de coinoculação. Essa bactéria é a Azospirillum brasiliense, que já era usada para o milho, arroz e trigo desde 2009.

Essa bactéria sintetiza hormônios que promovem o crescimento vegetal, principalmente do sistema radicular, favorecendo a nodulação da Bradyrhizobium e, consequentemente, a fixação biológica do nitrogênio, além de ampliar o sistema radicular, aumentando o volume de solo explorado.

Plantas coinoculadas com Azospirillum e Bradyrhizobium possuem nodulação mais precoce e abundante, com um ganho médio de produtividade de 16%, sendo praticamente o dobro da inoculação feita apenas com Bradyrhizobium. Este aumento é resultado de vários benefícios nas raízes da soja, como maior número de ramificações, maior comprimento e densidade, maior incidência de pelos radiculares, implicando em maior absorção de águas e nutrientes, além de maior área superficial para a nodulação e fixação biológica de nitrogênio.

Ainda que a coinoculação seja rentável, apenas 25% das áreas cultivadas com soja no Brasil fazem uso das duas bactérias juntas. Além disso, os produtores que realizam a coinoculação, muitas vezes, não fazem uso de boas práticas recomendadas para realizar a coinoculação.

 

Quando e como inocular Bradyrhizobium e Azospirillum

A inoculação é essencial em áreas de primeiro ano de cultivo da soja, ou em áreas onde a leguminosa não é cultivada há um longo tempo, pois, as bactérias fixadoras de nitrogênio estarão ausentes ou em baixa população nessas áreas.

Ainda que se trate de áreas que já sejam frequentemente cultivadas com a soja, a inoculação é vantajosa a cada safra, feita via sementes ou aplicada no sulco de semeadura. Estudos apontam que ainda que a área tradicionalmente seja usada para o cultivo de soja, o ganho anual com a inoculação de Bradyrhizobium é de 8% em média, sendo um valor significante, acima do custo do inoculante.

A inoculação via sulco de semeadura apresenta algumas vantagens, como o menor manuseio das sementes já tratadas, maior agilidade na semeadura e evita problemas de incompatibilidade pelo uso conjunto de produtos químicos e inoculantes. Porém, possui um maior custo inicial para adaptar a semeadora, além da necessidade de transportar água para aplicação. Algumas outras modalidades de aplicação podem ser realizadas conforme a realidade de cada produtor, desde que, priorizando a sobrevivência das bactérias inoculadas.

Outro fator é o uso de micronutrientes. Elementos como cobalto e molibdênio (CoMo) favorecem  o desenvolvimento das bactérias, sendo essenciais para a fixação biológica de nitrogênio, podendo ser aplicados via sementes ou aplicação foliar entre V3 e V5. Caso a inoculação seja via semente, a dose mínima a ser aplicada deve ser de 2-3 g/ha de cobalto e 12-25 g/ha de molibdênio.

Ao aplicar esses inoculantes, deve ser respeitada a dosagem adequada, a depender da condição e modalidade de uso. Para Bradyrhizobium, em áreas de cultivo tradicional, usar no mínimo 1 dose/ha de inoculante via sementes ou 2,5 a 3 doses/ha via sulco de semeadura. Para Azospirillum, em coinoculação, usar somente 1 dose/ha via sementes, ou 2 doses em sulco de semeadura, ou ainda, o que constar no rótulo do produto. Em áreas de primeiro ano de cultivo, a dose do inoculante deve ser aumentada.

Deve-se evitar o uso de inoculante turfoso diretamente na caixa da semeadora. Buscando uma inoculação mais eficiente, deve-se preparar solução açucarada a 10%, e usar 200 a 300 ml/kg de sementes para umedecer e dar aderência. Posteriormente, é adicionado o inoculante turfoso, misturando bem e deixando as sementes secarem na sombra antes de colocar na semeadora.

Se forem utilizados produtos químicos no tratamento de sementes, o inoculante deve ser aplicado na última operação antes da semeadura, sem misturar o inoculante com os químicos durante a aplicação.

 

Azospirillum

Azospirillum são bactérias que, além de fixarem nitrogênio atmosférico, promovem o crescimento vegetal, estimulando o crescimento e desenvolvimento, através de mecanismos diretos e/ou indiretos. De forma direta, atuam na síntese de fitohormônios vegetais, que promovem o desenvolvimento da planta, favorecendo a exploração do solo e absorção de água e nutrientes (e consequentemente aumentando a resistência a estresses bióticos e abióticos), e também atuam induzindo a resistência sistêmica da planta. 
Existem diversos estudos comprovando a eficiência da interação de Azospirillum e plantas gramíneas ou forrageiras, evidenciando a capacidade de produção de fitohormônios que induzem o crescimento radicular, melhorando a absorção de água e nutrientes pelas plantas. Muitas vezes é utilizada junto com a Bradyrhizobium, melhorando a eficiência da fixação de nitrogênio, conforme você pode ler no tópico acima.

 

Bacillus

Bactérias Bacillus subtilis e seus metabólitos podem proporcionar melhorias na nodulação e rendimento na soja no campo. Esta mesma estirpe também produz antibióticos e fitohormônios. Estas bactérias, através da produção de antibióticos, como a iturina por exemplo, podem suprimir as doenças causadas por fungos e bactérias, através de vários modos de ação como por exemplo antagonismo, além de proteger contra insetos herbívoros quando residentes dentro do interior das plantas (Azevedo et al., 2000). Uma característica do gênero Bacillus spp. é a grande versatilidade de mecanismos de ação para driblar as defesas dos fitopatógenos (Lanna Filho et al., 2010). Geralmente essas bactérias agem por antibiose (com grande espectro de ação), parasitismo e competição. Além disso, suas estruturas de sobrevivência são bastante resistentes às agressões do meio, podendo permanecer viável por milhões de anos (Cano et al., 1995), sendo assim muito importante para a sobrevivência dessas bactérias.

Outros estudos já mostraram a produção dos fitohormônios AIA e AIB em resposta aos exsudatos de raiz de soja. Efeitos positivos desta bactéria também foram testemunhados na emergência de plantas de arroz, soja e algodão. Já na fase adulta, apenas o milho apresentou incremento de produção de matéria seca.

Quanto aos nutrientes, estudos já concluíram que a inoculação de sementes com a bactéria Bacillus podem aumentar o teor de fósforo disponível no solo, bem como pode proporcionar aumento no teor de nutriente nas folhas de algodão e milho, possivelmente por aumento da atividade da enzima fosfatase. Sobre o nitrogênio, estudos encontraram aumento significativo do nutriente em folhas de milho inoculado com esta bactéria, bem como em gramíneas forrageiras tropicais (Braquiárias e Panicum maximum), onde ocorreu maior fixação de N.

Assim, além do efeito contra pragas e doenças, a Bacillus subtilis promove o crescimento da planta através da maior fixação de nitrogênio, solubilização de nutrientes, síntese de fitohormôniso e melhoria das condições do solo, além de aumentar a sensibilidade do sistema radicular, facilitando a percepção e absorção de nutrientes por parte das raízes (Manjula & Podile, 2005). Esta rápida promoção de crescimento pode acelerar a germinação das sementes, conforme estudo realizado por Manjula & Podile (2005) com sementes de feijão guandu, o qual resultou em aumento da emergência e peso seco das mudas de 29 a 33%.

Um outro efeito positivo dessas bactérias é a biorremediação de substâncias contaminantes. A Bacillus subtilis possui potencial para biorremediar ambientes contaminados com hidrocarbonetos como óleo de máquinas, petróleo, óleo de soja, querosene, gasolina, diesel e n-hexadecano (França et al., 2011).

Existem diversos produtos comerciais a base de Bacillus subtilis registrados para culturas como algodão, milho, soja, tomate, amendoim, hortaliças, grãos etc.

 

Pseudomonas

Pseudomonas são rizobactérias (de solo) que possuem efeito de controle biológico e promoção de crescimento em plantas. Essas bactérias usam substâncias provenientes das plantas, disponibilizando, em troca, metabólitos como auxinas, giberelinas e citocininas, que atuam na promoção de crescimento e controle biológico.

Quanto ao controle biológico, as Pseudomonas colonizam órgãos de plantas, como raízes e tubérculos, aproveitando exsudatos radiculares, e produzindo diversos metabólitos secundários, como antibióticos e alcaloides, que são tóxicos a nematoides, fungos e bactérias causadores de doenças. Outras substâncias também podem ser produzidas por algumas espécies de Pseudomonas como por exemplo sideróforos, que quelatizam o ferro.

As Pseudomonas também podem ser utilizadas na preservação do meio ambiente e biorremediação de solos contaminados, pois possuem a capacidade de degradar compostos poluentes (Bundy et al., 2004).

As espécies mais estudadas para a promoção de crescimento e biocontrole são a Pseudomonas fluorescens e Pseudomonas putida. Estudos com P. putida evidenciaram inibição de crescimento de diversas bactérias causadoras de doença em meio de cultura.

 

Pseudomonas no milho

O milho pode ser infectado por diversos fungos que causam fusarium, infectando as raízes, causando apodrecimento e murchamento das plantas. A inoculação da cultura com Pseudomonas foi capaz de reduzir a ação do fungo, conforme estudos, além de aumentar a área foliar, peso seco da parte aérea e sementes, e aumentar o teor de fósforo e potássio nos grãos.

 

Inoculante com bactéria diazotrófica

O inoculante para leguminosas contém as bactérias diazotróficas mencionadas anteriormente em um veículo, sendo a turfa ou óleo mineral em plantios de larga escala. Para se produzir inoculante é feito o desenvolvimento da bactéria em um meio de cultura puro, e depois realiza-se a mistura à turfa (previamente neutralizada com calcário e esterilizada por radiação gama). O inoculante deve ser guardado de preferência na geladeira ou em locais frescos e protegidos do sol até o uso. Há também a possibilidade de aplicar o produto comercial na forma líquida no sulco de semeadura, aumentando a eficiência da operação de semeadura e a viabilidade dos micro-organismos. O custo inferior neste caso se aplica em operações com menores taxas de aplicação, pois o aumento no volume de calda eleva os custos da operação.

 

Inoculação das sementes

A inoculação consiste em colocar uma população de bactérias diazotróficas junto à semente, resultando na nodulação e simbiose. Algumas espécies de leguminosas com sementes duras, especialmente as forrageiras e algumas arbóreas, necessitam de escarificação, devendo assim ser consultada a bibliografia específica para cada cultura.

A quantidade de inoculante a ser utilizada deve ser aquela recomendada no rótulo do produto ou seguindo as orientações do fabricante. Ao misturar o inoculante com as sementes, deve-se deixar secar em lugar sombreado e fresco por no máximo 24 horas antes do plantio. 

O processo mais adequado de inoculação é a peletização, pois melhora a sobrevivência da bactéria e protege a plântula e a bactéria da acidez do solo e adubos. O processo consiste em inocular as sementes usando um adesivo sem constituintes tóxicos e não ácidos, recobrindo posteriormente as sementes com uma camada de calcário misturado com micronutrientes que melhoram o processo de nodulação. O adesivo é misturado ao inoculante até formar uma pasta homogênea, para então ser misturado às sementes e depois adicionar o calcário e possivelmente micronutrientes. Indica-se plantar as sementes logo após inoculação, porém, dependendo das condições de armazenamento, podem ser armazenadas por até uma semana antes do plantio.

As causas mais comuns do insucesso no preparo de revestimento são:

• Revestimento fofo (excesso de calcário ou de fosfato de rocha, ou mistura mal feita);
• Sementes emplastradas, com partes visíveis, ocorre por excesso de adesivo. Deve-se adicionar mais calcário ou fosfato de rocha;
• Formação de aglomerados de sementes que pode ser causado por excesso de adesivo ou adição parcelada de calcário. Geralmente ocorre com sementes pequenas.

Já na inoculação, as causas mais prováveis de insucesso são:

• Inoculante de qualidade ruim, não específico ou armazenado / transportado em condições inadequadas;
• Semente não foi manejada corretamente (exposta ao sol ou calor, ou não foi imediatamente coberta com solo ao serem semeadas);
• Solo com nitrogênio mineral suficiente;
• Toxicidade de manganês ou alumínio, prejudicando a simbiose. Deve-se realizar a calagem do solo neste caso;
• Plantio das sementes em solo seco;
• Deficiência de fósforo, cálcio ou molibdênio.

Em condições adversas, é aconselhável usar até quatro vezes mais inoculante do que a dose recomendada. Vale lembrar que o custo da inoculação ainda é muito menor quando comparado à adubação nitrogenada.

Ao realizarmos a inoculação, alguns cuidados podem aumentar o sucesso deste processo, como não usar produtos vencidos, espalhar bem e rapidamente as sementes após a inoculação, não expor as sementes inoculadas ao sol ou altas temperaturas, cobrir as sementes com solo logo após o plantio e não realizar o plantio em solo seco. Alguns agrotóxicos apresentam maior ou menor toxicidade, prejudicando a bactéria que irá fazer a nodulação e, quando a aplicação destes produtos é inevitável, uma boa solução é inocular sementes não viáveis ou outras partículas de tamanho e peso semelhantes, plantando juntamente com as sementes viáveis tratadas com o produto tóxico. É importante entender que quanto mais insumos adicionados à semente, menor a viabilidade das bactérias, logo alerta-se aos produtores de grandes culturas para o uso racional. Pode-se também usar inoculante líquido ou granular aplicado ao solo no sulco de plantio. 

 

Fungos micorrízicos arbusculares (FMA)

Clique aqui para ler mais sobre as micorrizas.

A maioria das espécies de plantas possuem uma simbiose mutualística, conhecida como micorriza, estando associada a determinados fungos de solo. Trata-se de um processo mutuamente benéfico, onde a planta alimenta o fungo com produtos da fotossíntese, e o fungo fornece à planta nutrientes minerais. O fungo possui estruturas chamadas de hifas, que captam elementos minerais no solo de maneira mais eficiente que as raízes, principalmente os de baixa mobilidade, e transfere-os para a raiz da planta, onde serão absorvidos. Além disso, estas hifas frequentemente interconectam o sistema radicular de plantas vizinhas. Na planta, os arbúsculos são as estruturas formadas através da interação entre as hifas desses fungos e as células do córtex radicular, sendo estas as estruturas fundamentais para a simbiose micorrízica.

O fósforo é um nutriente presente em baixas concentrações no solo, e pouco móvel em solos intemperizados, observando-se neste caso a importância dos FMA’s para a sobrevivência de diversas espécies vegetais. A absorção e transporte de fósforo inorgânico pelas raízes é maior do que a sua taxa de difusão no solo, resultando em uma zona com ausência deste elemento no ambiente da rizosférico. Apesar dos FMA’s absorverem nitrogênio em níveis superiores aos de fósforo, este efeito é dispensável pois o sistema radicular da planta é capaz de absorvê-lo, visto que o N tem grande mobilidade no solo.

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Anderson Wolf Machado - Engenheiro Agrônomo

Referências:

Araujo, Fabio Fernando de. Inoculação de sementes com Bacillus subtilis, formulado com farinha de ostras e desenvolvimento de milho, soja e algodão. Ciência e Agrotecnologia [online]. 2008, v. 32, n. 2, pp. 456-462.

ARAUJO, F. F.; HENNING, A.; HUNGRIA, M. Phytohormones and antibiotics produced by Bacillus subtilis and their effects on seed pathogenic fungi and on soybean root development. World Journal of Microbiology & Biotechnology, Dordrecht, v. 21, p. 1639-1645, 2005.

ARAUJO, F. F.; HUNGRIA, M. Nodulação e rendimento de soja co-infectada com Bacillus subtilis e Bradyrhizobium japonicum/B. elkanii. Pesquisa agropecuária brasileira, Brasília, v. 34, p. 1633-1643, 1999.

AZEVEDO, J. L.; MACCHERONI JÚNIOR, W.; PEREIRA, J. O.; ARAÚJO, W. L. Endophytic microorganisms: a review on insect control and recent advances on tropical plants. Eletronic Journal of Biotecnology, 3: p.40-62, 2000.

BASHAN, Y.; BASHAN, L. E.; PRABHU, S. R.; HERNANDEZ, J. B. Advances in plant growth-promoting bacterial inoculant technology: formulations and pratical perspectives (1998-2013). Plant and Soil, v. 378, p. 1-33. 2014.

BODEY, R. M. Methods for quantification of nitrogen fixation associated with sugarcane and rice: contributions and prospects for improvement. Plant and Soil, Crawley, v. 174, p. 195-209, 1987.

BUNDY, J.G.; PATON, G.I.; CAMPBELLA, C.D. 2004. Combined microbial community level and single species biosensor responses to monitor recovery of oil polluted soil. Soil Biology and Biochemistry 36:1149–1159.

CANBOLAT, M.; BILEN, S.; ÇAKMAKÇI, R.; SAHIN, F.; AYDI, A. Effect of plant growth-promoting bacteria and soil compaction on barley seeding growth, nutrient uptake, soil properties and rhizosphere microflora. Biology and Fertility of Soils, Berlin, v. 42, n. 3, p. 350-357, 2006.

CANO, R.J.; BORUCKI, M.K. Revival and Identification of Bacterial Spores in 25- to 40-Million-Year-Old Dominican Amber. Science, v.268, p. 1060-1064, 1995. 

CASSINI, S. T. A.; FRANCO, M. C. Fixação biológica de nitrogênio: microbiologia, fatores ambientais e genéticos. In: VIEIRA, C.; PAULA JÚNIOR, J.; BORÉM, A. (Ed.). Viçosa: UFV, p. 143-170. 2006. 

DOORNBOS, R. F.; VAN LOON, L. C.; BAKKER, P. A. H. M. Impact of root exudates and plant defense signaling on bacterial communities in the rhizosphere. A review. Agronomy for Sustainable Development, v. 32, p. 227-243. 2012.

EMBRAPA et al. MANUAL DE CALAGEM E ADUBAÇÃO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO. 1. ed. Brasília, DF: Editora Universidade Rural, 2013.

EMPRESA BRASILEIRA DE PESQUISA AGROPECUÁRIA (Londrina, PR). CIRCULAR TÉCNICA 166. Coinoculação da soja com Bradyrhizobium e Azospirillum na safra 2019/2020 no Paraná, [S. l.], Novembro 2020.

FACHINELLI, Ricardo. INFLUÊNCIA DA INOCULAÇÃO COM Bradyrhizobium E Azospirillum NA CULTURA DA SOJA. Orientador: Prof. Dr. GESSÍ CECCON. 2018. Dissertação de Mestrado (Mestre em Agronomia.) - Faculdade de Ciências Agrárias, Universidade Federal da Grande Dourados, Dourados, Mato Grosso do Sul, 2018.

FARGEIX, C.; GINDRO, K.; WIDMER, F. Soybean (Glycine maxL.) and bacteroid glyoxylate cycle activities during nodular senescence. Journal Plant Physiology, v.161, p.183–190, 2004.

FRANÇA, Ítalo Waldimiro Lima de; APOLONIO, Juliana Alves Mineiro; BEZERRA, Diana Pereira; OLIVEIRA, Darlane Wellen Freitas de; MELO, Vânia Maria Maciel; GONÇALVES, Luciana Rocha Barros. Estudo da aplicabilidade do biossurfactante produzido por bacillus subtilis LAMI005 em biorremediacao in situ. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM PETRÓLEO E GÁS, 06º., 09 a 13 out. 2011, Florianópolis, Santa Catarina, Brasil. Anais[…] Florianópolis, Santa Catarina, 2011.

LANNA FILHO, R., MONTEIRO FERRO, H. & CANUTO DE PINHO, R. S. Controle biológico mediado por Bacillus subtilis. Revista Trópica – Ciências Agrárias e Biológicas 4: 2, p. 12, 2010. 

LAZZARETI, E.; BETTIOL, W. Tratamento de sementes de arroz, trigo, feijão e soja com um produto formulado a base de células e de metabólitos de Bacillus subtilis Scientia Agricola, Piracicaba, v. 54, p. 89-96, 1997.

MANJULA,  K.;  PODILE,  A.R..  Increase  in  seedling  emergence  and  dry  weight  of pigeon pea  in the  field  with  chitin-supplemented  formulations  of Bacillus  subtilis  AF  1. World  Journal  of Microbiology & Biotechnology, v.21, p.1057–1062, 2005.

NAIK, P.R.; RAMAN, G.; NARAYANAN, K.B.; SAKTHIVEL, N. Assessment of genetic and functional diversity of phosphate solubilizing fluorescent pseudomonads isolated from rhizospheric soil. BMC Microbiology 2008, 8:230.

RODRIGUEZ, H.; FRAGA, R. Phosphate solubilizing bacteria and their role in plant growth promotion. Biotechnology advances, Ontario, v. 17, p. 319-339, 1999.

SINGH, R. K.; MALIK, N.; SINGH, S. Impact of rhizobial inoculation and nitrogen utilization in plant rowth promotion of maize (Zea mays L.). Bioscience Journal, v. 5, p.8-14. 2013.