Aislamientos de cepas fijadoras de nitrógeno y solubilizadoras de fósforo en un suelo alfisol venezolano*
Isolation of nitrogen-fixing and phosporus-solubilizing strains in alfisol soils of Venezuela
Learsy Padron1, Duilio Gilberto Torres Rodriguez1, Jorge Contreras Olmos1, Marisol López2 y Carlos Colmenares1
1 Departamento de Química y Suelos, Unidad de Investigación en Suelos y Nutrición Mineral de Plantas (UISNMP). Universidad Centroccidental Lisandro Alvarado (UCLA), Redoma de Agua Viva, Núcleo Tarabana, edificio La Colina. A. P. 3101. 005 841 45274869. (learsy_17@hotmail.com), (jcontreras@ucla.edu.ve), (ccolmenarez@ucla.edu.ve).§Autor para correspondencia: duiliotorres@ucla.edu.ve.
]]> 2 Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas. Centro Nacional de Investigaciones Agropecuarias (CENIAP), Sector el Limón Núcleo Universitario, edificio (1) INIA, Maracay-Aragua C. P. 2001, Venezuela. Tel. 005 841 27522563. (mlopez@inia.gob.ve)
* Recibido: agosto de 2011
Aceptado: febrero de 2012
Resumen
Para evaluar el potencial de los suelos del Valle Medio del Río Yaracuy para la producción de biofertilizantes, se aislaron cepas fijadoras de nitrógeno (FNVL) y solubilizadoras de fósforo (SF) en suelos sometidos a diferentes condiciones de manejos. Para ello muestra rizosferica en los usos caña de azúcar (Sacharum oficcinarum), maíz (Zea mayz L.), lechoza (Carica papaya), pasto (Brachiaria decumbens), además de un área bajo bosque natural, las muestras fueron tomadas en abril de 2010, las bacterias FNVL y SF fueron aisladas usando medio Ashby y Pikoskaya respectivamente, las principales propiedades químicas y físicas del suelo fueron evaluadas, para establecer su relación con el desarrollo de las cepas. Los resultados muestran que las FN se desarrollaron mejor en los usos pasto y caña de azúcar con 20 y 10 cepas respectivamente, lo que indica que las cepas FNVL se desarrollaron mejor en aquellos manejos con bajo contenido de materia orgánica o manejo intensivo, el mayor numero de bacterias SF se observaron en aquellos manejos con mayor contenido de fósforo (lechoza) con 13 colonias, o en usos con adecuadas condiciones físicas para el desarrollo microorganismos (bosque), con 10 colonias.
Palabras claves: biofertilizantes, fertilidad, sostenibilidad.
Abstract
]]> In order to evaluate the potential of soils in the Middle Valley of Yaracuy River in Venezuela for the production of biofertilizers, nitrogen fixed strains (FBN) and phosphorus-solubilizing strains (SF) were isolated in soils subjected to different management conditions. For this, rizhosferic samples in six different land uses were taken in April, 2010. Sugarcane (Sacharum officinarum), maize (Zea mayz L.), pawpaw (Carica papaya), grass (Brachiaria decumbens) and a forest area were sampled. Bacteria FNVL and SF were isolated using Ashby and Pikoskaya, respectively. Chemical and physical properties were evaluated in all soils to determine the relationship between them and the development of the strains. Results showed that Fn developed better in grass and sugarcane, with 20 and 10 strains respectively, indicating that FNVL strains developed better in uses with low amounts of organic matter or intensive management. The greatest number of SF bacteria was found in land uses with a higher amount of phosphorous (papaya), with 13 colonies, or in uses with adequate physical conditions for the growth of microorganisms (natural forest), with 10 colonies.Key words: biofertilizers, fertility, sustainability.
Introducción
En Venezuela se adelantan acciones institucionales e interdisciplinarias dirigidas a redimensionar y reorientar las prácticas de manejo convencionales basada en altos insumos, que incluye altas aplicaciones de fertilizantes inorgánicos en los principales agrosistemas del país. Manejo que ha ocasionado degradación en todos los componentes del sistema (Torres et al., 2006; López et al., 2008).
Particularmente, en la cuenca media del río Yaracuy, estado Yaracuy, observándose que el uso de los recursos naturales por el sector agrícola en los últimos años ha traído como consecuencia una degradación de los suelos similar a lo ocurrido en la zona alta de la cuenca Mora et al. (2003) lo cual ha afectado los rendimientos de cultivos especialmente el cultivo maíz debido entre otras causas a los bajos niveles de materia orgánica en el suelo (Espinoza, 2004), por otro lado, el uso excesivo de fertilizantes ha predominado en esta área, así como el desarrollo de monocultivos como el maíz, caña de azúcar, tomate, cebolla y pimentón, que han dañado la calidad del suelo y disminuyendo la productividad agrícola en muchas zonas del valle.
Asimismo, Arrieche y Mora (2005), señalan que una de las limitaciones en la aplicación de los abonos orgánicos en el campo radica en la disponibilidad del insumo por parte de los productores. En este sentido, enmarcados en este nuevo modelo de desarrollo, han surgido alternativas basadas en el aprovechamiento de los recursos autóctonos y en el ciclaje de nutrientes como son el uso de abonos orgánicos: como estiércoles, compost, lodos residuales y biofertilizantes entre otros, por lo tanto, esta investigación tuvo como objetivo la selección y aislamiento de cepas nativas para la producción de biofertilizantes con la finalidad de brindar una alternativa a los productores a bajo costo, que garantice un mejoramiento del suelo y aporte nutrientes para el desarrollo de sus cultivos a fin de garantizar una producción agrícola sostenible.
Materiales y métodos
Descripción del área de estudio
]]> El estudio se realizó en la serie del Valle Medio de Yaracuy, ubicado en el Municipio Peña con coordenadas latitud 10° 02' 38" latitud norte y longitud oeste 69° 05' 20", con una altitud de 336 msnm, la zona se caracteriza por tener una temperatura máxima 31.3 y mínima de 21.71, humedad relativa 82.24%, con una precipitación mensual de 767.5 mm. Los suelos fueron tomados de la estación experimental del Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas (INIA) el cual está clasificado taxonómicamente como un Oxic Haplustals familia arcillosa fina con pH de 6.7, contenido de materia orgánica 1.6% y valores de fósforo y potasio de 3 y 120 mg kg respectivamente.Uso- maíz
Está ubicado en el INIA en las coordenadas UTM-SAM (N490247 E1110229), en este tipo de uso de tierra se le realizó un tipo de manejo intensivo, para lo cual se realizó para la preparación del suelo un pase de big-rome, incorporación de abono, también de ejecutó un plan de fertilización de 100-50-50. Luego se hizo un control de maleza con 1.3 kg ha-1 de atrazina y 70 kg ha-1 de ACCEN. Se utilizó 1 L de lannate y para el control de los bachacos ATILAN.
Uso- caña de azúcar
Ubicado en el INIA en las coordenadas UTM-SAM (N490097 E1100041), ésta unidad de producción se caracteriza por tener un manejo intensivo de la tierra con mecanización convencional, en la cual se realizan labores agronómicos como (deforestación, nivelación del terreno, dos subsolados en los primeros 60 cm de profundidad del suelo luego un arado hasta una profundidad de 30-40 cm, un rastreado), se realizó una aplicación de fertilizantes en los primeros meses del desarrollo del cultivo N-F-K (100-100-250) kg.
Uso- bosque natural
Ubicado en el INIA en las coordenadas UTM-SAM (N490405 E1 110494), este tipo de eso se mantiene en condiciones naturales, sin la realización de ningún manejo agronómico.
Uso- lechosa
Ubicado en el municipio Peña en las coordenadas UTM-SAM (N 495388 E1 110005, éste sistema de manejo contiene un plan de fertilización, el cual es: ½ kg de fertilizante fórmula 12/24/12 y 1 kg de estiércol por planta, su riego es por un sistema por goteo, se observó que las plantas presentaban virus se aplicó fungicidas y insecticidas para el manejo de lechosa.
Uso- pasto
]]> Sus coordenadas son UTM-SAM N 495649 E 1109051, este tipo de uso de tierra se encuentra en condiciones naturales, sin ningún manejo agrícola.Colecta de muestra de suelo para el aislamiento de cepas
El suelo colectado fue de la zona próxima a las raíces (rizosfera), con 50% de la proliferación del cultivo. Las muestras de los suelos se colocaron en unas bolsas libre de algún contaminante previamente identificadas con sus datos, luego se llevó al laboratorio para aislar los microorganismos (cepas) y hacer las evaluaciones correspondientes. En el laboratorio, la muestra de suelo se mezcló y se colocó a secar al aire sin llegar a la desecación extrema (Martínez-Viera et al., 2006).
Colecta de muestra de suelo con fines de fertilidad
Se reunieron las submuestras por cada tipo de uso de tierra 1 kg de suelo a una profundidad de 0-20 cm en la zona más cercana a las raíces del cultivo, las muestras se colocaron en bolsas identificadas y fueron llevadas al laboratorio, luego se hicieron las muestra compuesta por cada tipo de uso de tierra, las variables evaluadas fueron: pH, conductividad eléctrica (CE), capacidad de intercambio catiónico (CIC), disponibilidad de macronutrientes (N, P, K), las mismas se determinaron siguiendo la metodología de análisis de suelo con fines de fertilización (Instituto de Edafología, 1993).
Colecta de muestra de suelo con fines físicos
Se colectaron muestras usando un barreno tipo Uhland para recoger muestra de suelo no disturba, tomando las muestras a dos profundidad de 0-10 cm y 0-20 cm, con el objetivo de identificar la unidad de suelos. Las variables físicas fueron: densidad aparente, macroporosidad, microporosidad, conductividad hidráulica saturada, según la metodología descrita por Pla (1983).
Aislamiento de cepas solubilizadora de fósforo (SF)
Se pesó 1 gr de suelo rizosférico, se suspendió en agua estéril y se realizó diluciones hasta 10-9, luego se extendió 0.1 mL en cajas petri conteniendo medio de cultivo Pikovskaya y se incubó durante 5 días, posteriormente se aislaron las colonias que formaron halo transparente-como indicador de capacidad de solubilizar fósforo. Estas cepas fueron utilizadas para preparar el biofertilizante (preinoculo).
Preparación del biofertilizante (preinoculo)
]]> El preinoculo se preparó a partir de las cepas FN y SF previamente aisladas en los medios Ashby y Pikovskaya respectivamente, sembradas en medios de cultivo 48 h antes de ser utilizadas. Se trabajó con una relación Vf/ Vm de 10:1.Donde: Vf= volumen del frasco y Vm= volumen del medio, siguiendo las recomendaciones sugeridas por (Martínez et al., 2006).
Pruebas de promoción de germinación de la planta
Se efectuó un recuento de las semillas germinadas en los tratamientos: testigo (sin inoculó), con cepa fijadoras de nitrógeno y con cepa solubilizadora de fósforo entre los 4 y los 10 días después de la siembra, así como del número de plantas en las que apareció la primera hoja verdadera (hoja bandera) antes de los 7 días y hasta los 10 días (Martínez et al., 2006).
Análisis de los resultados
Se realizó un análisis de varianza (ANAVAR) para determinar diferencias entre los tipos de uso las propiedades de suelo.
Resultados y discusión
Anticipadamenta a la discusión de los resultados se determinó la clase textural de los diferentes usos, debido a que la textura tiene efectos sobre el comportamiento del suelo, en el Cuadro 1, se presentan los valores de limo, arena y arcilla para los usos evaluados.
Caracterización física y química de los suelos bajo estudio
]]> Previó al aislamiento de las cepas se caracterizó física y químicamente el suelo, con el objeto de establecer las relaciones existentes entre la calidad del mismo y la presencia de los grupos de microorganismos evaluados en el Cuadro 2, se presentan los resultados obtenidos para las variables físicas de suelo.Los valores de densidad aparente (Cuadro 2), fueron significativamente superiores (p< 0.05) en los usos pastos, y maíz al compararse con los valores obtenidos en los usos lechosa, caña y bosque. Esto refleja un avanzado proceso de compactación, dado que Doran (2000) espera valores inferiores a 1.40 g cm3 en suelos de texturas Franco y Franco arcillosa, en este caso en todos los usos a excepción del bosque los valores están por encima del nivel crítico. Arshad et al. (1996) señalaron que valores por encima de 1.69 gr cm3 en esta clase texturales pueden afectar el desarrollo radical, estos problemas físicas pueden estar asociados al uso excesivo de maquinaria, en el caso de los usos bosque y lechosa el incremento de la materia orgánica, pudo reducir los valores de densidad aparente, producto del mejoramiento de las condiciones estructurales del suelo.
Con respecto a la porosidad total, los valores más altos fueron encontrados en el uso bosque, debido a que la incorporación de materia orgánica y el tiempo de descanso, mejoran la estructura del suelo y en consecuencia la porosidad, en comparación a aquellos uso donde el uso de maquinaria es intensivo, trae como consecuencia el deterioro de la estructura del suelo, tal como fue indicado para los usos maíz y caña, cuyos valores de porosidad fueron inferiores a 40%, Arias (2001) señalan que la labranza convencional destruye la estructura del suelo, producto de la remoción de los macroagregados.
Con relación a la macroporosidad, se observó que en los usos maíz y pasto, ocurrió una drástica reducción del contenido de macroporos, especialmente a la segunda profundidad de muestreo, estos resultados evidencian que la excesiva mecanización llevan a la formación de una capa compactada a la profundidad de 10-20 cm, Mora y Toro (2007) y De la Heras et al. (2003), señalan que la destrucción de los macroporos conlleva a una mayor proporción de microporos, lo cual dificulta el movimiento de agua, creando condiciones de déficit de oxigeno que afecta la actividad de los microorganismos. En ese sentido los valores de microporosidad, fueron significativamente menores (p< 0.05) en los usos bosque y caña al ser comparado con los valores reportados para los usos maíz, lechosa y pasto, mientras que los usos bosque y caña presentaron los valores más altos, debido tanto a problemas de deterioro estructural del suelo como a incrementos en los contenido de arcillas.
Una vez analizadas las variables físicas, en el Cuadro 3, se presentan los resultados paras las variables químicas evaluadas.
En el Cuadro 3 se observó que el incremento de la materia orgánica del suelo fue encontrado en los usos lechosa y bosque y que está estrechamente relacionado con la cantidad de residuos orgánicos incorporados al mismos, ya sea por los aporte en forma de estiércol o por la hojarasca que se incorpora progresivamente en el bosque. El incremento de materia organica, estuvo relacionado a un mayor contenido de nutrientes en el suelo, en el caso del P los valores de este fueron significativamente más altos en el uso lechosa (p< 0.05), producto de la fertilización orgánica, observándose que la mayor cantidad de bacterias SF en usos con altos contenidos de este Rodríguez et al. (2009), señalan que los incrementos en los contenidos de materia orgánica conllevan a una mayor actividad biológica, dado a que el mayor aporte de carbono orgánico, ayuda a la multiplicación de los microorganismos. Éstos resultados contradicen a lo reportados por López et al. (2008), quienes señalan que las cepas SF presentan mayor en suelo bajos niveles de este elemento. En el caso del K, el uso maíz fue el que presento los valores más altos de este nutriente en comparación a los uso lechosa y pasto y esto se debe fundamentalmente a las altas dosis que se aplican de este, no obstante en el uso maíz a pesar de presentar un mejor estado nutricional el desarrollo de los microorganismos fue menor, coincidiendo con lo reportado por Martínez et al. (2008), que señalan que bajo manejo convencional el desarrollo de los microorganismos es menor, debido fundamentalmente al deterioro físico del suelo.
Con respecto al pH este fue mayor en los usos bosque, lechosa, caña y pasto en comparación al uso maíz, posiblemente, los microorganismos que más se ven favorecido con los valores altos de pH sobre las bacterias SF, Torres y Lizarazo (2007). Con respecto a la conductividad eléctrica los valores fueron bajo en todos los usos, encontrándose por debajo de los niveles críticos, reportados por Florentino (1998) y Doran (2000), quienes señalan que suelos con valores menores a 0.98 dS/m son considerados no salinos, y no tienen efectos nocivos sobre cultivos o microorganismos, mientras que valores superiores a estos afectan el desarrollo, como lo menciona Torres et al. (2009).
Aislamiento de cepas FNVL y SF
En los Cuadro 4, se observa un mayor crecimiento de las colonias FNVL en comparación a las SF, dado que las FNVL se desarrollan en mayor cantidad y mayor velocidad, además que las SF son afectadas por la baja disponibilidad de este elemento en suelo. El mayor desarrollo de bacterias FNVL, se observó en los usos caña y pasto. Esto se a que el tiempo de descanso mejor sustancialmente las condiciones físicas del suelo, lo que permitió un mejor desarrollo de las mismas; asimismo, la no aplicación de agroquímicos contribuyo a un mejor desarrollo de los microorganismos, Sivila y Angulo (2006), expresan que la actividad de los microorganismos del suelo es el parámetro que mejor está relacionado con el descanso del mismo. En el caso del uso los menores valores de bacterias FNVL, pueden atribuirse a la excesiva mecanización que creó condiciones adversas para el desarrollo de los microorganismos como: anaerobiosis, compactación del suelo y ausencia de cobertura vegetal. Jaramillo et al. (2004), refieren que éstas condiciones, reducen labiodiversidad y la actividad de los microorganismos.
En el uso caña a pesar de ser un manejo convencional, el número de cepas FNVL fueron superiores en comparación a los usos bajo manejo orgánico, Ghering et al. (2005) y Peña-Venegas (2004), señalan que en sistemas agrícolas convencionales, con poco ciclaje de nutrientes y en ausencia de fuentes externas de nitrógeno, la fijación simbiótica se ve potenciada, incrementándose los microorganismos capaces de fijar el mismo.
]]> Contradictoriamente en los usos bosque y lechosa, a pesar de los altos valores de materia orgánica, presentaron poblaciones baja de FNVL, Mantilla et al. (2009), señalan que valores altos de nitrógeno pueden afectar el establecimiento de estas bacterias y estimular la presencia de otras poblaciones microbianas, estos autores encontraron una menor abundancia de bacterias aerobias y microaerofilas con potencial para fijar nitrógeno en un bosque con altos niveles de materia orgánica.En cuanto al aislamiento de las cepas solubilizadoras de fósforo se tomaron también cinco cepas. Las cuales fueron identificadas de esta manera SF187, SF188, SF189, SF190.1 y SF191.
Con respecto a las bacterias SF, el mayor número de colonias fue reportado en el uso lechosa, con 20 colonias, esto debido a la fertilización orgánica, lo cual incrementa los niveles de P, promoviendo el desarrollo de estas cepas, estos resultados coinciden con los reportados por Torres et al. (2009) quienes encontraron que la aplicación de materia orgánica favoreció el desarrollo de los microorganismos, especialmente los SF. En el uso bosque el número de bacterias SF, también fue importante, esto debido tanto a los altos niveles de materia orgánica, como a unas adecuadas condiciones físicas del suelo, lo cual favorece el desarrollo de los microorganismos. Torres et al. (2009), consideran que la fertilización orgánica y el tiempo de descanso son factores claves que contribuyen a incrementar el desarrollo de los microorganismos. En relación al uso maíz, los resultados encontrados fueron los esperados, dado que la excesiva mecanización y el uso excesivo de agroquímicos, desmejoraron la calidad del suelo, afectando el desarrollo de los microorganismo. Ferreras et al. (2007) y López et al. (2008), señalan que el manejo inadecuado de las tierras han conducido al deterioro de la estructura del suelo y la reducción de los contenidos de materia orgánica, afectando de esta manera el desarrollo de los organismos benéficos del suelo (Cuadro 5).
Pruebas de bioestimulación
En el Cuadro 6, se presentan los resultados obtenidos en la prueba de bioestimulación, los mismos muestran que el mayor crecimiento radicular se observaron en las cápsulas con semillas de maíz (Zea maiz L.) inoculados con las cepas FNVL 187 y NVL 190 con valores estadísticamente superiores (p< 0.05) al resto de los tratamientos aplicados, mientras que cuando se evaluaron las cepas en el cultivo de caraota Phaseolus vulgaris L., las cepas más eficientes fueron la FNVL 187 y la FNVL 191 respectivamente, estos resultados obedecen a que las bacterias expresan su eficiencia de inoculación en este cultivo, mientras que el resto de la cepas no, Landis (2000) y Peña y Reyez (2007), estudiaron que los niveles altos de nitrógeno promueven una rápida división y elongación celular, demostrándose así la importancia de la aplicación de estas cepas para estimular el crecimiento de las plántulas.
Estos resultados coinciden con los reportados por López et al. (2008), que a partir de la inoculación de cepas FNVL observó un incremento en los porcentajes de germinación de 52 a 75% en las plantas inoculadas. Asimismo, Constantino (2010), realizó una investigación con el objeto de incrementar y acelerar el proceso de germinación des semillas de Carica, encontrando que el incremento obedeció al aporte de hormonas promotoras de crecimiento
Con respecto a las solubilizadoras de fósforo las cepas más eficientes fueron la SF 188.1 y la SF 197.1 quienes promovieron un mayor desarrollo radicular en comparar al resto de las cepas evaluadas en el cultivo de maíz, mientras en el cultivo de la caraota la cepa más eficiente fue la SF 191.1. Ensayos en invernadero en Capsicum annun (Altamirano, 2002) y en Phaseolus vulgaris L. (Romano et al., 2003), así como en forestales como cedro (Altamirano et al., 2000) han demostrado el potencial de bacterias solubilizadoras de P, (específicamente del género Psedumonas y Bacillus), para promover el crecimiento de plantas
]]> Conclusiones
Las cepas FNVL se desarrollaron mejoren aquellos manejos con bajo contenido de materia orgánica o manejo intensivo, dado que en éstas condiciones se estimula mejor la fijación simbiótica de nitrógeno. Mientras que el mayor desarrollo de bacterias SF se observó en aquellos manejos con mayor contenido de fósforo, ya sea bajo fertilización orgánica o inorgánica.
El uso excesivo de maquinaria y agroquímicos, disminuyó la calidad del suelo, afectando el desarrollo de las FNVL y SF, tal como se verificó en el uso maíz.
Las cepas provenientes de condiciones de estrés tuvieron un mayor potencial de bioestimulacion, tanto en las semillas de maíz, como en las semillas de caraota, siendo estas las FNVL 187 y la SF 188.1, que fueron aisladas de los usos maíz y caña respectivamente, estas cepas fueron la que mejor promovieron el desarrollo de la radícula.
Agradecimiento
Los autores(as) agradecen a las instituciones que financiaron el proceso de investigación: INIA, proyecto ID-ARA-05-710; FONACIT, S1-2002000391 y al Consejo de Desarrollo Científico y Tecnológico de la UCLA (CDCHT) proyecto registrado bajo el código 005-RAG-2008.
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