Colecta de los microorganismos

La colecta de microorganismos se realizó en trampas de arroz colocadas al azar (diez frascos/sitio) durante siete días. En cada trampa, se colocó un frasco con 80 g de arroz, precocido y esterilizado. Una vez preparadas, se ubicaron en el suelo de tal manera que la boca del frasco quedara a ras de suelo, por último estas fueron cubiertas con hojarasca para conservar la humedad dentro de la trampa hasta el momento de ser retiradas. Las trampas fueron colocadas en cuatro zonas diferentes de la Ciudad de México donde se encontraban arboles de colorín (Erythrina poeppigiana): zoológico Los Coyotes, ubicado al sur de la ciudad en el ejido de San Francisco Culhuacán delegación Coyoacán; Centro de Investigaciones Biológicas y Acuícolas (CIBAC) a 300 m del embarcadero de Cuemanco; Centro de compostaje Axolotl: Periférico Sur s/n Parque Ecológico Xochimilco Delegación Xochimilco y en el bosque de Amecameca, al oriente del Estado de México.

Preparación de caldos microbianos

Se preparó la solución microbiana con una mezcla de 10 L de agua destilada, 189.17 g de soya texturizada molida, 208.33 g de yogurt, 33.33 g de arroz invadido por microorganismos nativos de las trampas, con una población mayoritariamente compuesta de hongos de los géneros Aspergillus, Trichoderma, Penicilium, determinados por observación de la morfología de las colonias que crecieron en las trampas, y 208.33 g de melaza. Se preparó el caldo microbiano con macerado de hojas deshidratadas de colorín que se molieron hasta obtener un polvo fino, se pesaron 150 g de las hojas en polvo y se vertieron en un bote con caldo microbiano, se almacenó a 4 °C hasta su uso. Para el control se preparó un caldo solo con las mismas cantidades de soya, yogurt y melaza sin inóculo.

Experimento de invernadero

En el Centro de Investigaciones Biológicas y Acuícolas (CIBAC) de la Universidad Autónoma Metropolitana a 300 m del embarcadero de Cuemanco en el sur de la Ciudad de México, se implementó un experimento con un diseño completamente al azar con ocho tratamientos con cinco repeticiones cada uno, distribuyéndose de la siguiente manera: T0 (suelo testigo); T1 (suelo + hojas de colorín (HC); T2 (suelo + HC + caldo sin microbios); T3 (suelo + caldo con macerado + HC); T4 (suelo + HC + caldo con microbios parque Coyotes); T5 (suelo + HC + caldo con microbios Amecameca); T6 (suelo + HC + caldo con microbios compostero CIBAC); T7 (suelo + HC + caldo con microbios Axolot). Cada unidad experimental se constituyó con una maceta de un litro de capacidad. Se cortaron hojas de colorín de una superficie de un cm². El sustrato para las macetas fue 40 kg de suelo de la unidad experimental “Las Ánimas” en la zona de Tulyehualco, Ciudad de México; de una capa comprendida entre 10-20 cm de profundidad, se homogenizó con una tolva mezcladora, se dejó secar al sol durante una semana y por último se dejó en un lugar sombreado durante un mes, para estabilizar la actividad microbiana del suelo.

Para cada unidad experimental con tratamiento, se colocó un círculo de periódico en la base de la maceta, se vertió 1 kg de suelo y 26 g de cuadros de hoja de colorín, previamente homogenizado (8 g de materia seca), se asperjó una dilución microbiana (195 mL de agua destilada y 5mL de caldo microbiano). Antes de usar el caldo microbiano se agitó vigorosamente. Se sembraron tres semillas de maíz por maceta, el suelo de todos los tratamientos fue mantenido a capacidad de campo con riegos de agua destilada cada tercer día. El experimento fue conducido bajo invernadero durante 60 días.

Cada tercer día se monitorearon las plantas, se registró la altura de la planta de mayor crecimiento. Al final del experimento se cortaron las plantas y se midió área foliar (AF), biomasa fresca (BF), biomasa seca (BS) de la planta mayor. La producción de CO₂ emitida del suelo de la maceta como indicador de actividad microbiana, se midió con un analizador de gas infrarrojo PP SYSTEMS modelo EGM-4, la cámara de análisis se colocó sobre la superficie de cada maceta a las 48 h de haberse sembrado las plantas y antes de que hubiera germinación.

Análisis estadístico

Los datos de las variables de respuesta fueron analizados para cada una de las fechas de medición, utilizando ANDEVA en un diseño completamente al azar de ocho tratamientos con cinco repeticiones. Los datos de respiración fueron analizados de la misma manera y cuando se detectaron diferencias significativas se aplicó la prueba Tukey de comparación de medias P= 0.05.

Bioensayo con plántulas de maíz

Altura

Los parámetros de crecimiento de las plantas de maíz fueron homogéneos desde la germinación, y a partir de los cinco días desde la siembra se observaron diferencias significativas (P < 0.05) entre los tratamientos. Los resultados obtenidos con el uso de hojas del colorín (E. americana) se tomaron en cinco puntos de medición (I, II, III, IV, V) de las 26 mediciones que se realizaron, tales puntos muestran mayor claridad la diferencia significativa que existía entre tratamientos (Figura 1).

Figura 1 Altura de plantas de maíz de los diferentes tratamientos identificando los puntos (I, II, III, IV, V) que se tomaron para realizar pruebas estadísticas, ANDEVA y Tukey. 

En la medición realizada a partir del quinto día después de la emergencia de las plántulas de maíz (Punto I), únicamente el tratamiento T6 mostró un crecimiento significativamente menor a los demás que resultaron estadísticamente similares entre sí. A los 15 días (Punto II) después de la emergencia de las plántulas, T3 y T6 tuvieron una altura menor que los demás tratamientos. Estos resultados concuerdan con experimentos de invernadero donde se observó un mayor crecimiento de plantas de maíz como resultado del arropado con residuos de poda del follaje de especies utilizadas como sombra en cafetales (Muñoz, 2002¹; ^{Munguía et al., 2004}; Osorio 2004²). Y también se alinean con los obtenidos en un experimento con residuos de cuatro especies agroforestales etíopes ^{Teklay et al. (2007)}, quienes propusieron formas de manejo de residuos con el mejoramiento de la actividad microbiológica. Sin embargo, las diferencias entre todos los tratamientos fueron observadas en un periodo muy corto, indicando que el flujo de nutrientes fue igualado sin adiciones artificiales de poblaciones microbianas durante los últimos días del experimento como resultado de un proceso de homeostasis, en el cual las poblaciones microbianas tienden a alcanzar un equilibrio entre ellas tanto en su número, como en el aprovechamiento de los nutrientes disponibles, regresando al estado inicial del experimento, tal como lo plantea ^{Alvarenga et al. (2013)}. Por otra parte no se observaron diferencias en crecimiento en ese periodo entre las plántulas abonadas solo con hojas (T1) y las que fueron inoculadas, señalando la falta de efectividad de dicha inoculación en ese periodo experimental. En el experimento reportado se observaron morfológicamente los géneros Aspergillus, Trichoderma, Penicilium, que son hongos del suelo con actividad degradadora de materiales lignocelulócicos. En un experimento similar ^{Payán et al. (2013)} detectaron los géneros Aspergillus, Trichoderma, Verticilium, Metarizzum y Gliocadium así como 6 cepas de bacterias de tinción gram+, que no pudieron ser identificados. De acuerdo a ^{Fischersworring (2001)} se puede esperar un incremento en la descomposición por la acción del consorcio microbiano total sin necesidad de una identificación mas específica. Más aún, en algunos casos en la medición a los 15 días de la emergencia de las plántulas el tratamiento sin inoculo tuvo crecimiento significativamente mayor que los tratamientos T3 y T6 que si fueron inoculados.

En la medición de 38, 49 y 63 días (Puntos III, IV y V) después de la emergencia, solamente el testigo T0 fue significativamente menor que todos los demás, este efecto de los inóculos microbianos se le atribuye a los residuos de E. americana que produjeron una alta actividad microbiana, medida indirectamente a través de la producción de CO₂, en consecuencia de la incorporación de materiales de fácil descomposición que no provocan una acumulación “envejecida” de materia orgánica. De acuerdo a ^{Munguía et al. (2004)} la disponibilidad de N en parcelas con cobertura vegetal de E. americana fue mayor que el suelo desnudo debido a la acumulación a largo plazo de la MOS y N orgánico, concluyendo así que los residuos añadidos recientemente contribuyen sólo en una pequeña proporción al N mineral absorbido por las plántulas de maíz, basándose en las altas tasas de descomposición de los residuos de E. americana (Figura 2).

Figura 2 Altura de plantas de maíz de los diferentes tratamientos en los puntos I, II, III, IV, V. Columnas con letras iguales no son significativamente diferentes. 

Área foliar y biomasa

Al evaluar el área foliar a los 63 días después de la germinación de las semillas, se encontró que las plantas cultivadas en las macetas inoculadas con caldos nutritivos microbianos de colorín (T4) y de estiércol CIBAC (T6), mostraron un incremento en la magnitud de dicha variable, respecto a los tratamientos T2, T3, y T7, incluyendo el tratamiento control T0 y fueron estadísticamente iguales a los tratamientos T1 y T5 (Figura 3). Las diferencias significativas (P< 0.05) en alturas de planta, solo se observaron entre algunos tratamientos microbianos 15 días después de la emergencia, y el tratamiento sin microbios no se diferenció de los tratados, lo que indica que si los nutrientes de los residuos de poda se conservaron en la biomasa microbiana, no se dio una mayor liberación de nutrientes por lo menos en los 63 días de duración del experimento. Este resultado pudo deberse a la falta de un inoculo adecuado o a la falta de actividad del mismo ya que ^{Patel et al. (2010)} encontraron que la productividad de arroz (Oryza sativa) en la India se mejoró debido a un aumento en biomasa microbiana del suelo concomitantemente con una mayor liberación de nutrientes 50 días después de la aplicación de un abono verde, manteniendo un flujo anual de N a través de la biomasa microbiana de 30-45 kg ha^-1 año^-1.

Figura 3 Área foliar de plántulas de maíz con siete tratamientos microbianos después de 63 días de la primera aplicación de inóculos. Valores con las mismas letras no son significativamente diferentes. 

La biomasa (peso seco de follaje, tallo y raíces) al final del experimento solo mostró diferencias significativas (P < 0.05) entre los tratamientos y el control T0, y fueron estadísticamente similares entre ellos (Figura 4).

Figura 4 Producción de biomasa. Letras iguales corresponden a valores que no sonsignificativamente diferentes. 

Producción de CO₂ del suelo

Las mediciones de CO₂ y la segunda y tercera medición de la altura junto con la medición final de área foliar fueron las variables más sensibles a las diferencias entre tratamientos. Particularmente la de CO₂ antes de la emergencia permitió ver que aquellos tratamientos con mayor actividad microbiana (reflejada por las emisiones) mostraron menores tasas de crecimiento. (T3 Figura 2 y Figura 5). Por el contrario los tratamientos sin aplicaciones microbianas y solo adición de hojas (T1 Figura 2 y Figura 5) mostraron tendencia a tasas superiores o al menos similares a las que si tenían aplicaciones. Lo cual apoyaría la hipótesis de que ocurrió una inmovilización de nutrientes al menos en las primeras dos semanas del experimento que impidió un mayor crecimiento de plántulas. La sensibilidad de la medición de CO₂ a la adición de inóculos microbianos es congruente con lo observado por ^{Payán et al. (2013)}, en un experimento en que se midió el CO₂ después de la aspersión de microorganismos descomponedores a fracciones aisladas de la materia orgánica del suelo.

Figura 5 Producción de CO₂. Letras iguales indican que no hay diferencias significativas entrelos valores correspondientes. 

Por otra parte a los tres días de sembradas las semillas y previo a la emergencia de las plántulas los tratamientos T3 y T2 mostraron una producción de CO₂ superior a los tratamientos T6 y T1 y al testigo, todos los demás tratamientos no mostraron diferencias (Figura 5). Es de notar que el tratamiento de mayor respiración fue el que se detectó como el de menor crecimiento en el punto II de la medición de altura. A pesar de que mayor respiración, indicaría que hay mayor descomposición de la MO y disponibilidad de nutrientes para la planta, entonces indirectamente debió favorecerse el mayor crecimiento de la planta . Sin embargo los datos indican que los nutrientes fueron tal vez inmovilizados en la biomasa microbiana o perdidos por volatilización. La sincronía entre la mayor actividad microbiana expresada en producción de CO₂ con los mayores flujos naturales de liberación de nutrientes que ocurren en residuos de fácil degradación como los de colorín pudieron haber enmascarado la actividad de las mezclas microbianas, pues pueden haber sido llevadas a cabo muy cerca del flujo natural de liberación de nutrientes. Por otro lado podrían utilizarse residuos más resistentes a la descomposición para obtener resultados más efectivos.

Las mediciones realizadas también proveen una indicación sensitiva de la respuesta de la actividad microbiana a variaciones de temperatura y humedad, los efectos de humedecimiento-secado, la aplicación de agroquímicos o elementos metálicos, la exudación de sustancias supresoras y el manejo del medio, o como en nuestro caso la adición de materiales ricos en C y N (^{García et al., 2003}; Peña, 2004³).