Colémbolos de suelos agrícolas en cultivos de alfalfa y de maíz adicionados con biosólidos en Aguascalientes, México
Collembolans from agricultural soils with alfalfa and corn crops amended with biosolids in Aguascalientes, México
Lizbeth Flores-Pardavé1, José G. Palacios-Vargas2, Gabriela Castaño-Meneses2, Leopoldo G. Q. Cutz-Pool2
1 Departamento de Biología, Centro de Ciencias Básicas, Universidad Autónoma de Aguascalientes. Avenida Universidad. 940 20100 Aguascalientes, Aguascalientes, México. (lfloresp@correo.uaa.mx). * Autor responsable.
]]> 2 Ecología y Sistemática de Microartrópodos, Departamento de Ecología y Recursos Naturales, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México, 04510 México, D.F.
Recibido: Junio, 2009.
Aprobado: Marzo, 2011.
Resumen
Gran parte de los estudios sobre los biosólidos se refieren a los efectos positivos de su aplicación en cultivos, pero hay poca información sobre la evaluación de su efecto en el componente biológico del subsistema edáfico. Por tanto, el objetivo del presente estudio fue evaluar su acción sobre los colémbolos en cultivos de alfalfa y maíz en el estado de Aguascalientes. Mediante trampas pitfall usadas en 2004 y 2005 se recolectaron ocho especies, de las que Ballistura schoetti, Entomobrya ca. triangularis y Seira purpurea fueron las más abundantes. La adición de materia orgánica presente en los biosólidos propició un gran desarrollo poblacional de B. schoetti en ambos cultivos. La precipitación fue la variable ambiental mejor relacionada con la abundancia de colémbolos, la diversidad de especies fue baja en todas las condiciones experimentales, y la composición de especies fue menor en el cultivo de maíz.
Palabras clave: Ballistura schoetti, Medicago sativa, Zea mays, fauna edáfica, materia orgánica, microartrópodos.
Abstract
]]> Many of the studies on biosolids refer to the positive effects of their application in crops, but there is little information on the evaluation of their effect on the biological component of the edaphic subsystem. Therefore, the objective of the present study was to evaluate their action on the collembolans in alfalfa and corn crops in the state of Aguascalientes. With pitfall traps used in 2004 and 2005, eight species were collected, of which Ballistura schoetti, Entomobrya ca. triangularis and Seira purpurea were the most abundant. The addition of organic matter present in the biosolids propitiated a great population development of B. schoetti in both crops. Precipitation was the environmental variable best related with the abundance of collembolans, species diversity was low in all of the experimental conditions, and the species composition was lower in the corn crop.Key words: Ballistura schoetti, Medicago sativa, Zea mays, edaphic fauna, organic matter, microarthropods.
Introducción
Los microartrópodos del suelo, entre los que destacan los colémbolos y los ácaros, son un grupo esencial en este sustrato por su abundancia e importancia ecológica, porque intervienen en la regulación de poblaciones fúngicas y bacterianas, así como en el reciclamiento de minerales ya que participan de manera importante en los procesos de descomposición de la materia orgánica, fragmentan residuos vegetales, producen heces fecales esféricas, crean bioporos, promueven la humificación y son componentes de numerosas cadenas tróficas. Son panfitófagos y predominantemente fungívoros, también se alimentan de algas y detritus y algunos son depredadores (Bilde et al.2000; Castaño-Meneses et al. 200; Lenoir et al. 2007).
Los biosólidos son un subproducto del tratamiento de las aguas residuales que contienen una gran cantidad de materia orgánica y minerales, y también elementos tóxicos como metales pesados y otros xenobióticos que en concentraciones altas pueden limitar su uso. Los biosólidos se usan como fertilizantes y restauradores de suelos degradados en muchos países (Girovich, 1996; Chambers et al, 2003).
Andrés (1999) señala un empobrecimiento de las poblaciones de microartrópodos al utilizar una dosis de 15 % de lodos residuales. Solamente en algunas especies hay efectos negativos, la intensidad del efecto está fuertemente correlacionada con la dosis y los oribátidos Scheloribates laevigatus, Epilohmannia c. cylindrica y el colémbolo Isotomina thermophila pueden servir como bioindicadores para evaluar el efecto de la aplicación de los lodos en el hábitat terrestre (Al-Assiuty et al. 2000).
En México hay pocos estudios sobre la composición específica de las comunidades de los colémbolos así como de su fisiología y ecología en suelos agrícolas, lo cual fue investigado por Cutz-Pool et al. (2007) en el estado de Hidalgo. Además es escasa la información acerca del efecto de los biosólidos sobre la fauna edáfica. Por tanto, el presente estudio se efectuó en suelos agrícolas de Aguascalientes, México, con el objetivo de conocer la composición específica, la función y la ecología de los colémbolos edáficos en alfalfa (Medicago sativa L.) y maíz (Zea mays), con y sin adición de biosólidos de la planta tratadora de aguas residuales de la ciudad de Aguascalientes.
Materiales y Métodos
]]> El presente estudio se realizó en el Rancho San José, a 9 km al sur de la ciudad de Aguascalientes, 21° 48' 21'' N, 102° 16' 07'' O, a una altitud de 1883 m; clima tipo semiárido semicálido (BS1hw) con lluvias en verano (García, 1988), la temperatura promedio anual es 18.2 °C y la precipitación promedio anual es 527 mm. Durante el período de estudio (2004-2005) la temperatura promedio anual fue 18 °C en 2004 y 19 °C en 2005, mientras que la precipitación total anual en 2004 fue 839 mm y 360 mm en 2005; la mayor precipitación ocurrió en junio en 2004 (293 mm) y agosto en 2005 (147 mm). El suelo es planosol eútrico, y la vegetación natural es matorral desértico y pastizal natural.Estudios en campo
Se establecieron ocho parcelas experimentales de 3000 m2, cuatro sembradas con alfalfa, dos adicionadas con biosólidos (200 t ha-1 peso húmedo, correspondiendo a 40 t en peso seco) y dos sin ellos; y cuatro sembradas con maíz, dos con biosólidos y dos sin ellos. La separación entre las parcelas de cada cultivo fue 100 m. La siembra se efectuó 28 d después de la adición de biosólidos: para la alfalfa se adicionó sólo una vez en la segunda semana de enero de 2004, y para el maíz, antes de la siembra, en la segunda semana de junio de 2004 y en la segunda semana de junio de 2005.
No se usaron plaguicidas ni fertilizantes (sólo los biosólidos) durante el estudio y sólo para el maíz se retiraron mecánicamente los restos del cultivo del año anterior antes de la siembra del segundo año.
Análisis de suelo
Se tomaron 16 muestras de 1 kg de suelo conformadas por cinco submuestras de 200 g cada una, de los 5 cm de la parte superior del suelo: ocho en el cultivo de alfalfa (cuatro en suelo sin y cuatro con biosólidos) y ocho en el de maíz (cuatro sin y cuatro con biosólidos). Las muestras se secaron a la sombra y a temperatura ambiente (20-25 °C). Las muestras secas se cribaron con una malla (1 mm apertura) y se efectuó el análisis físico y químico, y el análisis de xenobióticos. Las técnicas usadas para los análisis de fertilidad y salinidad fueron las señaladas por la Norma Oficial NOM-021-RECNAT-2000 (SEMARNAT, 2002). Para determinar metales totales se pesaron 2.5 g de suelo seco y calcinado y se añadió 3.0 mL de ácido nítrico, 0.5 mL de ácido perclórico y 25 mL de agua desionizada (Anónimo, 1982). Las muestras fueron digeridas 15 min a 15 libras de presión, filtradas y analizadas con un espectrofotómetro de absorción atómica Perkin Elmer AA Analyst 100.
Fauna de suelo
En las ocho parcelas experimentales se efectuaron muestreos bimensuales de febrero a diciembre de 2004 y 2005, en el cultivo de alfalfa. En el maíz, por ser un cultivo de temporal, se realizaron tres muestreos cada año durante julio, agosto y septiembre.
Se establecieron nueve puntos de muestreo en cada parcela, separados 10 m entre sí, formando una retícula en la parte central. En cada punto se colocó durante una semana una trampa pit-fall con 8.5 cm de diámetro y 10.5 cm de altura que contenía 50 mL de alcohol al 50 % (como fijador y conservador). Al final de la semana se recolectó la fauna atrapada para su identificación. Los artrópodos recolectados se colocaron en frascos con alcohol al 70 % y se llevaron al laboratorio (Bater, 1996). En el laboratorio los colémbolos fueron procesados y examinados con microscopio óptico y se identificaron usando las claves para identificación de colémbolos (Christiansen y Bellinger, 1981). Una vez identificados se realizó el conteo.
Análisis estadístico
]]> Se realizaron pruebas de t para conocer si existían diferencias en las características químicas de los suelos tratados y no tratados con biosólidos. Para evaluar el efecto de tipo de cultivo, fecha y tratamiento de biosólidos sobre la abundancia (número de ejemplares), la riqueza (número de especies) de colémbolos, la diversidad (índice de Shannon) y la dominancia de Simpson, se realizó un análisis múltiple de varianza. Asimismo, para conocer si existía relación entre abundancia de colémbolos y las diferentes variables climáticas se realizaron análisis de correlación con el software Minitab 15 (Minitab Inc., 2007).Los índices de diversidad de Shannon (H'), la equitatividad de Shannon (J'), la dominancia de Simpson (D) y la similaridad de Sörensen se calcularon utilizando el software incluido en Brower et al. (1997).
Resultados y Discusión
Las características del suelo de las parcelas experimentales se muestran en el Cuadro 1. Las adicionadas con biosólidos en ambos cultivos presentaron una cantidad mayor de materia orgánica durante el primer año, no así en el segundo. En el cultivo de alfalfa las concentraciones de fósforo intercambiable y de salinidad, evaluadas mediante la conductividad, fueron más altas que las del testigo durante los dos años [t=3.43 (p=0.04); t=7.63 (p=0.002)]. La salinidad fue significativamente mayor en el cultivo de alfalfa que en el de maíz [t=3.71 (p=0.006)]. El contenido de metales pesados fue bajo en todas las parcelas debido a que el contenido de metales de los biosólidos fue menor al de la Norma Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002 (Flores y Flores, 2005).
La adición de biosólidos al suelo causó un aumento en el contenido de materia orgánica y de salinidad, lo que fue comprobado en los análisis después de su aplicación. Los biosólidos usados, al provenir de aguas residuales domésticas, tuvieron un bajo contenido de metales pesados como se comprobó en los análisis del suelo (Cuadro 2). Los valores fueron menores en dos órdenes de magnitud a los reportados por Mendoza et al. (1996) en suelos del estado de Hidalgo, regados con aguas negras que contenían metales pesados; por tanto, no se observó un efecto negativo sobre los colémbolos atribuible a los metales pesados.
La abundancia de colémbolos en el cultivo de alfalfa adicionada con biosólidos estuvo conformada principalmente por B. schoetti (79 %) en el 2004, mientras que en el 2005 E. triangularis fue la especie que más contribuyó (71 %); sin biosólidos la contribución de las diferentes especies fue menos heterogénea (Cuadro 3). En el cultivo de maíz con adición de biosólidos se observaron las mismas especies dominantes que en el cultivo de alfalfa, mientras que sin ellos S. purpurea en el 2004 y E. triangularis en el 2005 mostraron la mayor abundancia (Cuadro 3). La riqueza específica fue baja: ocho especies en el cultivo de alfalfa y siete en el de maíz, Cutz-Pool et al. (2007) encontraron 19 y 29 especies en dos agroecosistemas mexicanos sembrados con alfalfa y maíz. El índice de diversidad de Shannon en el cultivo de alfalfa fue mayor que en el de maíz en ambas condiciones experimentales. Los valores de equitatividad en la alfalfa fueron similares, generalmente mayores que 0.6, y los de dominancia menores que 0.5, en tanto que para el maíz la equitatividad fue menor que en la alfalfa y la dominancia mayor, con valores superiores a 0.6 (Cuadro 3). La similaridad de especies entre ambos cultivos (Cuadros 4) fue alta en ambas condiciones experimentales (86 % y 77 %), mayor a la reportada (71 %) por Cutz-Pool et al. (2007). En el Cuadro 5 se presenta el análisis de varianza de estos atributos con los diferentes tratamientos en ambos cultivos.
Los resultados de los análisis de correlación entre la abundancia de colémbolos con la precipitación y temperatura se presentan en el Cuadro 6. Se observa que sólo la precipitación estuvo correlacionada con la densidad de colémbolos.
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La mayor cantidad de materia orgánica en el suelo favoreció el crecimiento de ciertas poblaciones de colémbolos, que tienen hábitos fungívoros, como lo mencionan Scheu y Folger (2004) y Sawahata (2006). La especie con una mayor densidad fue Ballistura schoetti, que es típica de hábitats con altos niveles de materia orgánica incluyendo suelos tratados con aguas residuales (www.stevehopkin.co.uk; 16 octubre 2008). Otras especies aquí recolectadas como Hypogastrura assimilis (Krasbauer), Proisotoma sp., Entomobrya ca. triangularis, se reportan como fungívoras y fueron las más conspicuas durante el estudio. Seira purpurea, otra especie abundante es epifítica y se alimenta de nemátodos y exuvias de ácaros (Castaño-Meneses et al. , 2004).
La abundancia de colémbolos estuvo determinada por el contenido de materia orgánica y la precipitación, factores ecológicos que influyen en la densidad poblacional de la mayoría de especies de colémbolos (Palacios-Vargas, 2000; Lindberg et al., 2002). En este estudio se observó que la materia orgánica, gran parte de ella proveniente de los biosólidos, disminuyó con el tiempo y se desarrollaban las poblaciones de colémbolos. Culik et al. (2002) señalan que la adición de estiércol como fertilizante aumentó la densidad de la mayoría de las poblaciones de los colémbolos en los agroecosistemas tropicales estudiados.
La riqueza de especies (S) fue muy baja y sólo se encontraron ocho, mientras que en estudios realizados en otros agroecosistemas se han obtenido valores mayores: Culik et al. (2002) encontraron 27 especies en un agroecosistema tropical que recibió fertilización orgánica, Guillén et al. (2006) 22 especies para un cafetal en Costa Rica, Mendoza et al. (1999) 30 especies en cultivo de maíz en Chiapas, y Cutz-Pool et al. (2007) 19 y 29 especies en dos agroecosistemas en el estado de Hidalgo. El tipo de suelo, el tipo de clima, el manejo del cultivo y el tipo de muestreo pueden ser la causa de estas diferencias.
Los índices de diversidad 1.35-1.77 en alfalfa y 0.49-0.91 en maíz fueron bajos, lo cual se observa frecuentemente en agroecosistemas con monocultivos: Culik et al. (2002) obtuvieron valores entre 1.28 y 2.14, Guillén et al (2006) 1.65 y Cutz-Pool et al. (2007)1.85 y 2.02. Los valores de equitatividad de la alfalfa, 0.61-0.70, fueron parecidos a los encontrados por Mendoza et al. (1999) 0.62-0.80, Guillén et al. (2006) 0.53 y Cutz-Pool et al. (2007) 0.55 y 0.69. En el maíz, la equitatividad fue menor (0.34-0.51). Los valores de los índices de dominancia de 0.38-0.48 en la alfalfa y de 0.64-0.83 en el maíz, indican predominio de una o dos especies, lo cual contrasta con los resultados de Cutz-Pool et al. (2007) quienes reportan valores de 0.26 y 0.18 que reflejan una abundancia más homogénea en las especies recolectadas.
La composición de especies de colémbolos en ambos cultivos fue muy parecida, 86 % de similaridad con adición de biosólidos y 77 % cuando no se adicionaron.
Los análisis de varianza indican que la abundancia de colémbolos no cambió significativamente con la adición de biosólidos en los cultivos, lo cual se debió principalmente a la gran heterogeneidad de las abundancias de las diferentes especies. La riqueza y el índice de diversidad de Shannon en los cultivos de alfalfa y maíz fueron diferentes significativamente (Cuadros 3 y 4), ya que en los valores del maíz son aproximadamente la mitad de los obtenidos en la alfalfa. En cambio, el tratamiento con biosólidos no causó diferencias significativas en ambos cultivos. La dominancia mostró diferencia significativa en los diferentes cultivos, pero no con la adición de biosólidos.
El análisis de correlación confirmó que la precipitación fue la variable ambiental que influyó significativamente en la abundancia de los colémbolos en las dos condiciones experimentales para ambos cultivos. Este hecho ha sido señalado por los autores ya referidos, en el sentido que la humedad es un factor limitante para el crecimiento de la mayoría de las especies de este grupo biológico.
]]> Conclusiones
Se encontraron ocho especies de colémbolos edáficos; Ballistura schoetti, Entomobrya ca. triangularis y Seira purpurea fueron las más abundantes. La adición de materia orgánica presente en los biosólidos propició un gran desarrollo poblacional de Ballistura schoetti en ambos cultivos.
La precipitación fue la variable ambiental mejor relacionada con la abundancia de colémbolos, mientras que la diversidad de especies fue baja en todas las condiciones experimentales y la riqueza de especies fue menor en el cultivo de maíz.
La composición química de los biosólidos no representa una fuente de contaminación para los suelos, ya que su contenido de metales pesados es muy bajo. Por el contrario, la materia orgánica y los elementos minerales sirven de fertilizante para los cultivos y como alimento para ciertas poblaciones de microartrópodos, entre ellos los colémbolos.
Literatura Citada
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