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Introducción
Prosopis laevigata (mezquite) es una leguminosa arbórea de relevancia ecológica y sociocultural en los ecosistemas áridos y semiáridos de México. Además de su uso maderable y dendroenergético (Carrillo-Parra et al. 2011), el mezquite se ha aprovechado para diversos propósitos; por ejemplo, como planta medicinal, forraje y para alimentación humana (Díaz-Batalla et al. 2018, García-Monjaras et al. 2021). A nivel ecológico, el mezquite tiene importancia en la provisión de servicios ecosistémicos, como captura de carbono (Patiño-Flores et al. 2019), control de erosión del suelo (Vásquez-Méndez et al. 2010) y formación de islas de recursos y biodiversidad (Monroy-Ata et al. 2007). Por lo tanto, es una especie idónea para restaurar y conservar suelos degradados de ecosistemas semiáridos (Rodríguez-Sauceda et al. 2014) e, incluso, se ha utilizado en la remediación de suelos debido a su potencial bioacumulador de metales pesados (Muro-González et al. 2020).
El aprovechamiento para la industria del carbón vegetal y otros productos maderables, así como los cambios de uso de suelo, han ocasionado la reducción y fragmentación de las poblaciones naturales de mezquite (Molina-Guerra et al. 2019). Al mismo tiempo, los esfuerzos de reforestación de estos ecosistemas no han sido exitosos (Mata-Balderas et al. 2022). Una de las causas más frecuentes del fracaso de los programas de reforestación es el uso de plantas de vivero con baja calidad morfológica y fisiológica (Prieto-Ruíz et al. 2016). Por lo tanto, los protocolos actuales de propagación y cultivo en vivero aun requieren ajustes para producir plantas con características morfo-fisiológicas ideales y que además promuevan un uso eficiente de recursos (Basave-Villalobos et al. 2024).
En los viveros forestales, frecuentemente se emplean esquemas de producción en los que se aplican fertilizantes inorgánicos de forma indiscriminada, sin considerar los requerimientos nutricionales de la especie de interés (Asif et al. 2018). De esta manera, el uso poco eficiente de los fertilizantes en los viveros genera lixiviados químicos en exceso que, eventualmente, se convierten en fuentes de contaminación del suelo y cuerpos de agua (Juntunen et al. 2002). Por lo tanto, existe la necesidad de implementar esquemas de fertilización eficientes, incluyendo productos que minimicen el impacto ambiental, sin demeritar el crecimiento de las plantas.
Los fertilizantes orgánicos o biofertilizantes pueden usarse en sustitución parcial o como suplemento de los sintéticos en diversos cultivos (Tang et al. 2022). Sin embargo, su aplicación en la producción de especies arbóreas en vivero ha sido escasamente abordada. Uno de los fertilizantes orgánicos más populares es el humus de lombriz o vermicompost, al cual le atribuyen varios beneficios, como fuente de nutrición de entrega lenta para las plantas, mejora la actividad microbiana y otras características físicas del suelo o sustrato (Gutiérrez-Miceli et al. 2017, Moridi et al. 2021, Koskey et al. 2023). En algunas especies arbóreas, estudios previos han encontrado efectos positivos de la aplicación del humus de lombriz sobre el crecimiento de las plantas (Shourije et al. 2014, Xue et al. 2022); aunque, poco se conoce sobre las dosis óptimas que deben aplicarse en mezquite.
Otra alternativa de fertilización orgánica es el uso de rizobacterias promotoras del crecimiento, las cuales están vinculadas con la producción de fitohormonas (Castro et al. 2007) y otros mecanismos como la absorción de agua y nutrientes o la fijación de nitrógeno (Fibach-Paldi et al. 2012, Cassán et al. 2020). Algunos estudios señalan que las plantas que son inoculadas con estas bacterias tienen mayor probabilidad de establecerse en el sitio de plantación (Aguirre-Medina et al. 2014) e, incluso, acelerar la recuperación de indicadores de salud del suelo (Bashan et al. 2012). Estudios en especies del género Prosopis, inoculación con rizobacterias, como Rizhobium o Azospirillum, muestran efectos positivos en el crecimiento aéreo y radical (Villegas-Espinoza et al. 2010, Quiñones-Gutiérrez et al. 2013, González et al. 2018) y variables fisiológicas relacionadas con el estado hídrico de las plantas (Domínguez-Núñez et al. 2012), por lo que esta práctica podría incorporarse en los protocolos de cultivo de mezquite en vivero. A pesar de que existen investigaciones que evalúan el efecto de rizobacterias promotoras de crecimiento, o de fertilizantes orgánicos, pocos estudios han abordado la combinación de ambos en plantas de P. laevigata. En este sentido, el objetivo fue evaluar efecto de la inoculación con A. brasilense, en combinación con diferentes dosis la fertilización de humus de lombriz, sobre el crecimiento de plantas P. laevigata en la etapa de vivero. Se partió de la hipótesis de que la inoculación con A. brasilense y la fertilización de humus de lombriz potenciaría el crecimiento de plantas P. laevigata en la etapa de vivero.
Materiales y métodos
El estudio se realizó en el vivero forestal de la Facultad de Ciencias Forestales de la Universidad Autónoma de Nuevo León, ubicado el municipio de Linares, Nuevo León (Noreste de México; 24° 47.4’ LN, 99° 32.3’ LO; a 380 msnm). Las semillas utilizadas en el experimento fueron recolectadas en áreas del ejido “El Diez” (24° 51.97’ LN, 99° 27.38’ LO; con 298 msnm), ubicado en el municipio de Linares, Nuevo León, durante el mes de junio del 2022. Éstas se obtuvieron de vainas maduras de individuos adultos de P. laevigata con características dominantes en cuanto a crecimiento, vigor y sanidad. Antes de la siembra, se aplicó un tratamiento pregerminativo a las semillas, que consistió en romper físicamente la testa utilizando un molino manual para nixtamal.
La siembra se realizó el día 26 de septiembre del 2022 en bolsas de polietileno negro de 10 x 23 cm (650 cm3 de volumen), con sustrato compuesto por tierra negra de monte. Dentro de cada bolsa fueron colocadas dos semillas. Las bolsas se distribuyeron en seis platabandas del vivero (200 en cada una), cubiertas por malla sombra con una transmisividad del 50%. Durante el periodo de emergencia se les aplicó riego dos veces por semana (lunes y viernes). Una vez completada la emergencia de las plántulas, se hizo una depuración de la emergencia; dejando sólo una plántula por bolsa en aquellas que germinaron ambas semillas, o haciendo una reposición en donde no se presentó la germinación.
Tratamientos de fertilización y diseño experimental
Se estableció un experimento factorial 3×2 resultante de combinar la fertilización con humus de lombriz en tres niveles: 1) 0 (control), 2) 60 y 3) 120 mL L-1; y dos niveles de aplicación de biofertilizante con inoculo de Azospirillum brasilense (Azofer® Plus, BioFáfrica Siglo XXI SA de CV, México): 1) sin aplicación y 2) con aplicación. La enmienda húmica se aplicó con el riego cada 15 días a partir de la octava semana después de siembra, previo a la reanudación del crecimiento de primavera. Por otra parte, la inoculación con A. brasilense se hizo en un solo evento al inicio de la fertilización, en la octava semana. El inoculante se preparó en una concentración de 1.9 g L-1 y se aplicaron 100 mL de la solución por maceta. La combinación de ambos factores dio un total de seis tratamientos, los cuales se subdividieron en cuatro repeticiones con 50 plántulas cada una y organizadas bajo un diseño completamente al azar.
Evaluación de variables morfológicas
Al inicio de la fertilización, 24 plantas por tratamiento (seis por repetición) fueron seleccionadas para monitorear el crecimiento en altura y diámetro hasta el final del periodo de cultivo cumpliendo nueve meses de edad (270 días después de siembra). Las plantas se midieron cada 21 días, desde el 26 de febrero hasta el 30 de junio del 2023. Las alturas se midieron con un flexómetro (Truper® Expert, Truper, México) y los diámetros, al ras del sustrato, se evaluaron mediante el uso de un calibrador digital (Mitutoyo® Digimatic CD-4” AX, Kawasaki, Japón). Al finalizar el cultivo (30 de junio del 2023), se seleccionaron 12 plantas por tratamiento (tres por repetición) para evaluar la biomasa de las plantas. La determinación de biomasa se realizó después de haber lavado cuidadosamente la raíz, separando cada planta en parte aérea y raíz, con secado a 65 °C por 72 horas en una estufa de aire forzado (FE-133. Felisa, México). Después de secadas, las plantas se separaron en hojas, tallo y raíz y se determinó el peso en gramos de cada tejido con una balanza analítica (Ohaus® Adventurer, Ohaus, México).
Análisis estadístico
El efecto de la aplicación de humus y la inoculación con A. brasilense, sobre las variables de altura y diámetro, durante el período de cultivo, se evaluó a través de un ANOVA de medidas repetidas. Este análisis se realizó mediante el ajuste de un modelo de efectos mixtos con el paquete ‘lme4’ del software R (Bates et al. 2015) en el que se incluyó el tiempo (días después de siembra, DDS) y los factores de estudio como efectos fijos y la planta como efecto aleatorio. Por otra parte, las variables de biomasa (hojas, tallo y raíz) se analizaron mediante un ANOVA de dos vías. Para cada variable se comprobaron los supuestos de normalidad con la prueba de Shapiro Wilk y homogeneidad de varianzas, con la prueba Levene, usando los paquetes ‘car’ (Fox y Weisberg 2011) y ‘stats’ (R Core Team 2022), respectivamente. Los datos de las variables altura y biomasa del tallo no presentaron una distribución normal, lo cual se ajustó mediante la transformación a logaritmo natural. Cuando el efecto fue significativo, se realizó una comparación múltiple de medias mediante la prueba de Tukey (α = 0.05) con el paquete ‘emmeans’ de R (Lenth et al. 2019).
Resultados
Se encontró un efecto significativo de la dosis de humus en el crecimiento en altura y diámetro de las plantas; aunque, las diferencias fueron evidentes hasta los 189 días después de siembra (interacción significativa DDS×humus, p < 0.001). En general, las plantas fertilizadas con dosis media de humus (60 mL L-1) mostraron mejor crecimiento en altura (Figura 1A), seguidas de aquellas con dosis alta (120 mL L-1) y, en menor medida, las que no fueron fertilizadas (0 mL L-1). Por otra parte, en la variable diámetro, la adición de humus en ambas dosis mejoró significativamente el crecimiento desde los 160 días después de siembra (Figura 1B).
Figura 1 Crecimiento en altura (A) y diámetro (B) en plantas de mezquite (Prosopis laevigata) sometidas a diferentes dosis de aplicación de enmiendas húmicas. Los puntos representan valores promedio e intervalos de confianza al 95% (n = 48). Las diferencias entre tratamientos pueden inferirse si los intervalos de confianza no se superponen.
Por otra parte, se encontró menor crecimiento, tanto en altura y diámetro, en plantas que se inocularon con A. brasilense durante los cuatro meses evaluados. En altura, las diferencias entre las plantas inoculadas y no inoculadas ocurrieron a partir del día 168 después de siembra (interacción significativa DDS×inoculante, p < 0.001; Figura 2A). Por el contrario, las diferencias en diámetro fueron significativas en todo el periodo de evaluación (p < 0.001, Figura 2B).
Figura 2 Crecimiento en altura (A) y diámetro (B) en plantas de mezquite (Prosopis laevigata) inoculadas con Azospirillum brasilense en comparación con plantas no inoculadas. Los puntos representan valores promedio e intervalos de confianza al 95% (n = 36). Las diferencias entre tratamientos pueden inferirse si los intervalos de confianza no se superponen.
En la última medición, al final del estudio, se encontró una interacción significativa humus×inoculante en la altura de la planta (p = 0.023), pero no así en diámetro. Dicha interacción indicó que el efecto de la inoculación fue significativo sólo en la dosis alta de humus. Es decir, en la dosis de 120 mL L-1 de humus, las plantas inoculadas con A. brasilense tuvieron menor altura que las no inoculadas. Por el contrario, en los niveles bajos de humus, las diferencias entre inocular y no inocular no fueron significativas (Figura 3).
Figura 3 Promedios de altura de plantas de mezquite (Prosopis laevigata) a los 270 días después de siembra, como efecto combinado de la aplicación de humus líquido de lombriz e inoculación con Azospirillum brasilense. Los puntos representan valores promedio e intervalos de confianza al 95% (n = 24). Las diferencias entre tratamientos pueden inferirse si los intervalos de confianza no se superponen.
El análisis de varianza mostró un efecto significativo de la aplicación de humus sobre la producción de biomasa, en todos sus componentes (hoja, tallo y raíz). En todos los tejidos, se encontró un aumento significativo en la producción de biomasa con la dosis de 60 mL L-1 de humus, en comparación con las plantas sin fertilizar. Por el contrario, la fertilización con dosis alta (120 mL L-1) generó valores intermedios, sin diferencias con las plantas sin fertilización, particularmente en biomasa en hoja y raíz (Tabla 1). Por otro lado, no se encontró un efecto significativo de la inoculación con A. brasilense en la producción de biomasa, con respecto al tratamiento sin inoculación (Tabla 1).
Tabla 1 Valores promedio, error estándar y significancia estadística de las variables de producción de biomasa en plantas de mezquite (Prosopis laevigata) fertilizadas con diferentes dosis de enmiendas húmicas e inoculadas con Azospirillum brasilense.
| Dosis de humus (H) | Azospirillum (A) | ANOVA (Valores p) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Variable | 0 | 60 | 120 | Sin | Con | H | A | H×A |
| BSH | 0.16 ± 0.06b | 0.47 ± 0.11a | 0.22 ± 0.04ab | 0.35 ± 0.09a | 0.21 ± 0.05a | 0.021 | 0.137 | 0.713 |
| BST | 0.11 ± 0.02b | 0.69 ± 0.20a | 0.44 ± 0.06a | 0.49 ± 0.12a | 0.34 ± 0.11a | <0.001 | 0.125 | 0.511 |
| BSR | 0.84 ± 0.15b | 1.36 ± 0.16a | 0.89 ± 0.11ab | 1.10 ± 0.15a | 1.00 ± 0.11a | 0.043 | 0.690 | 0.578 |
BSH = Biomasa de hoja; BST = Biomasa de tallo; BSR = Biomasa de raíz. Para cada variable, las medias con letras distintas indican diferencias entre tratamientos.
Discusión
En la presente investigación se evaluó el crecimiento de plantas de P. laevigata en respuesta a la fertilización con humus de lombriz en combinación con la inoculación con A. brasilense en la etapa de vivero. En primera instancia, los resultados confirmaron que la fertilización con humus líquido mejora el crecimiento de las plantas. Esto coincide con estudios previos en especies de Prosopis que han demostrado efectos positivos de la fertilización con humus líquido de lombriz (Shourije et al. 2014); aunque, en otros casos, no se ha encontrado un efecto significativo (González et al. 2018). En nuestro estudio, el efecto positivo de la fertilización con humus se encontró particularmente con la dosis media (60 mL L-1), mientras que con dosis altas (120 mL L-1) el efecto fue mínimo o nulo, para la mayoría de las variables, con respecto al tratamiento control sin fertilización.
A pesar de los beneficios ampliamente conocidos de las enmiendas húmicas, algunos estudios han mostrado efectos inhibidores del crecimiento cuando las se aplican en altas concentraciones (Lim et al. 2015). Estos efectos negativos están principalmente relacionados al aumento de las concentraciones de sales y el pH (Gutiérrez-Miceli et al. 2011). Si bien, las plantas de P. laevigata suelen ser tolerantes a la salinidad, altas concentraciones de sales en el sustrato (>5 dS m-1) provocan una reducción en las tasas crecimiento en su etapa juvenil (Ríos-Gómez et al. 2010). Por lo tanto, en la práctica, es recomendable tener en cuenta estas limitaciones al momento de definir la dosis óptima de las enmiendas.
Por otra parte, contrario a lo esperado, se encontró que la inoculación con la bacteria Azospirillum brasilense no mejoró el crecimiento de las plantas de mezquite. Incluso, en combinación con la dosis alta de humus, la inoculación indujo una reducción significativa de crecimiento en altura. Estos resultados se contraponen a estudios en especies de Prosopis, los cuales muestran efectos positivos de la inoculación con A. brasilense sobre el crecimiento de las plantas (Leyva y Bashan 2008, Domínguez-Núñez et al. 2012, González et al. 2018). Aunque hay evidencia sólida que Azospirillum es un colonizador general de la rizosfera y, a su vez, promotor del crecimiento de las plantas en diversas especies vegetales, también es posible que algunas especies o cepas de Azospirillum muestren afinidad especie-específica (Pereg et al. 2016). Por lo tanto, en el presente estudio, es probable que no se haya establecido la asociación simbiótica debido a una falta de afinidad entre A. brasilense y P. laevigata. En otras especies arbóreas, estudios previos también han encontrado efectos nulos o negativos de la inoculación con A. brasilense sobre el desarrollo inicial de las plantas (Fernandes dos Santos et al. 2018, Cardoso-Felix et al. 2021).
Además de su capacidad de fijar N atmosférico, Azospirillum es un género de bacterias que pueden producir diferentes fitohormonas, incluyendo auxinas, citosinas y giberelinas (Cassán et al. 2020), las cuales estimulan el crecimiento de las plantas. No obstante, si bien, dichas hormonas estimulan el crecimiento de las plantas, en altas concentraciones pueden inhibirlo. Lo anterior se ha demostrado en cultivos agrícolas, donde la inoculación con A. brasilense en altas concentraciones inhibe el crecimiento de la raíz, atribuible a una abundancia elevada de fitohormonas, especialmente ácido indolacético (IAA) (Fukami et al. 2016, Dobbelaere et al. 2002). Por lo tanto, en el presente estudio, probablemente la dosis de inoculante empleada fue suficientemente alta para provocar menor crecimiento de las plantas, comparado con aquellas no inoculadas; lo cual podría ser objeto de análisis en futuras investigaciones.
Finalmente, la diferencia en los resultados entre el humus y A. brasilense señalan la necesidad de realizar investigaciones enfocadas en comprender mejor las interacciones especificas entre las plantas con distintos tipos biofertilizantes. Este estudio, aunque limitado a las condiciones y a una especie particular, contribuye a la creciente base de conocimientos sobre prácticas sostenibles y la optimización de técnicas de cultivo en vivero.
Conclusiones
La fertilización con humus líquido de lombriz en tiene un efecto positivo en el crecimiento de las plantas de mezquite en etapa de vivero, principalmente cuando se aplica en una dosis media (60 mL L-1). Por otra parte, en contra de la hipótesis planteada, la inoculación con A. brasilense no demostró ser benéfica en ninguna de las variables evaluadas, especialmente cuando se aplicó en combinación con una dosis alta de humus (120 mL L-1).
