Atributos biológicos de dos suelos de Quibor con aplicación de abono orgánico y soluciones salinas*

Biological attributes of two Quibor soils with addition of organic fertilizer and salt solutions

Betty Mendoza^1§, Adriana Florentino², Rosa Mary Hernández-Hernández³, Juan Aciego², Duilio Torres¹ y Elena Vera¹

¹Departamento 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. Venezuela. Tel. 00582512592308. (duiliotorres@ucla.edu.ve); (evera@ucla.edu.ve). ^§Autora para correspondencia: bmendoza@ucla.edu.ve.

³Instituto de Estudios Científicos y Tecnológicos IDECYT. Universidad Nacional Experimental Simón Rodríguez. Centro de Estudios para el Desarrollo Agroecológico Tropical. Laboratorio de Biogeoquímica Av. Mara Altos del Cují. Municipio los Salias San Antonio Estado Miranda, Venezuela. A. P. 47925 (rosa.hernandez@unesr.edu.ve).

* Recibido: julio de 2012
Aceptado: febrero de 2013

Resumen

La evaluación del efecto de la aplicación de abono orgánico y soluciones salinas sobre los atributos biológicos de suelos de Quibor estado Lara, Venezuela, uno bajo manejo convencional (CV) y otro bajo manejo conservacionista (CS), se realizó mediante un ensayo de invernadero. Se utilizaron tres dosis de materia orgánica (MO): 0, 15 y 30 Mg ha^-1 y cuatro soluciones de riego (SR): testigo con agua (T), sulfato de calcio (SC), cloruro de sodio (CN) y la mezcla de sulfato de calcio con cloruro de sodio (ME) con tres muestreos en el tiempo, a los 32, 75 y 120 días después del trasplante (DDT). Se determinaron los atributos biológicos, respiración basal (C-CO₂), carbono de la biomasa microbiana (CBm) y cociente metabólico (qCO₂). El estudio demostró que C-CO₂ en CV fue afectada de manera independiente por la MO y SR, aumentando significativamente con la MO aplicada (261 μg C-CO₂ g^-1 suelo 10 día^-1), y disminuyendo con CN (214 μg C-CO₂ g^-1 suelo 10 día^-1); el qCO₂ afectado por la interacción del tiempo con las SR fue mayor con agua de chorro a los 32 DDT (421 mg C-CO2 g^-1 CBm día^-1) y a los 120 DDT fue mayor con CN (683 mg C-CO2 g^-1 CBm día^-1). El CBm en CV y todos los atributos biológicos en CS fueron afectados por la interacción dosis de MO y SR, esta interacción a su vez fue influenciada por el tiempo. El C-CO₂ y CBm fueron mayores en CS con respecto a CV.

Palabras clave: actividad biológica, materia orgánica, sales.

The evaluation of the effect that applying organic fertilizer and salt solutions had on the biological attributes of two soils of Quibor, in the state of Lara, Venezuela, one under conventional management (CM) and another under conservation management (CS), was done using a greenhouse trial. Three doses of organic matter (OM) were used: 0, 15 and 3 0 Mg ha^-1, and four irrigation solutions (IS): control with water (T), calcium sulfate (CS), sodium chloride (CN) and a mixture of calcium sulfate with sodium chloride (ME); three samplings were done at different moments, 32, 75 and 120 days after transplantation (DAT). The biological attributes were determined: basal respiration (C-CO2), microbial biomass carbon (MBC) and metabolic quotient (qCO2). The study showed that in the CM soil C-CO2 was affected independently by OM and IS, significantly increasing when OM was applied (261 μg C-CO₂ g^-1 soil 10 days^-1), and decreasing with CN (214 μg C -CO₂ g^-1 soil 10 day^-1); the qCO₂ affected by the interaction oftime with the IS was higher with tap water at 32 DAT (421 mg C-CO2 g^-1 CBm day^-1), while at 120 DAT it was higher with CN (683 mg C-CO2 g^-1 CBm day^-1). The CBm in the CM soil, and all biological attributes in the CS soil were affected by the interaction of OM dose with IS; this interaction in turn was influenced by time. The C-CO₂ and the CBm were higher in CS compared with CM.

Key words: biological activity, organic matter, salts.

Introducción

La depresión de Quibor en Venezuela representa un área agrícola fundamental como primer productor de cebolla (68.5%), segundo de tomate (16.9%) y cuarto de pimentón (9.88%) (FUDECO, 2004). Sin embargo, las condiciones semiáridas y las limitaciones de drenaje favorecen el proceso natural de salinización. Adicionalmente, la extensión e intensificación de la actividad agrícola ha conducido a la sobre-explotación de los acuíferos en los últimos 30 años, provocando el abatimiento de los niveles estáticos y la elevación de la CE del agua (SHYQCA, 2003), con el consiguiente aumento de los riesgos de salinización de los suelos.

A diferencia de los atributos físicos y químicos del suelo, los atributos biológicos relacionados con la salinidad han sido poco estudiados en la zona agrícola de Quibor, aun cuando algunos estudios han demostrado que la salinidad afecta negativamente la biomasa microbiana (Rietz y Haynes, 2003; Tripathi; et al., 2006); la salinidad inhibe pero la sodicidad incrementa la descomposición de la materia orgánica del suelo (Laura, 1976; McCormick y Wolf, 1980; Pathak y Rao, 1998). Contrariamente, Nelson et al. (1997) encontraron que la descomposición de residuos de maíz disminuyó con alta sodicidad. Dada la aplicación de materia orgánica como práctica de manejo para mejorar las condiciones del suelo y la vulnerabilidad de estos suelos a problemas de salinidad, este trabajo tuvo como propósito evaluar el efecto de la interacción materia orgánica y salinidad del agua de riego sobre los atributos biológicos de dos suelos de Quibor, considerando que esto podría estar afectando la acción de la MO sobre el suelo.

Materiales y métodos

Descripción del área de estudio

El sistema CV, sigue un esquema de siembra en rotación: maíz dulce (Zea mays) -cebolla (Allium cepa L.) -tomate (Lycopersicum esculentum) o maíz dulce - cebolla, permitiendo un tiempo de descanso del suelo de 6 a 10 meses entre cosecha; preparación de tierra convencional, control químico de plagas y enfermedades y fertilización, también se aplican de 15 a 20 Mg ha^-1 de enmiendas orgánicas (compost), en forma fraccionada: 50% se incorpora antes de la siembra y el resto durante el ciclo de cultivo, esto se repite para cada cultivo de la rotación.

Muestreo y caracterización del suelo

Las muestras se secaron al aire y fueron pasadas por un tamiz de 4 mm, estas fueron divididas en dos para análisis químico y biológico respectivamente. Las muestras para análisis biológico, fueron colocadas en bolsas de polietileno previamente identificadas, y guardadas bajo refrigeración a 4 ºC presentando las siguientes características: el suelo CV presentó textura FAL; con predominio de calcio disponible (2 408 mg kg^-1); pH(_1:1) 7.39 y CE de 7.26 en el extracto de saturación, el catión predominante es el calcio con 52. 3 mmolc L^-1 y el anión predominante el sulfato 33.4 mmolc L^-1; en el suelo CS la textura es franca, predomina el calcio disponible, pH(_1:1) 7,19 y CE de 2.24 a diferencia del suelo anterior aquí predominan los cationes sodio y potasio con valores de 7.91 y 7.24 mmolc L^-1 respectivamente, y el anión predominante es el sulfato con 18.5 mmolc L^-1.

Material vegetal

En el experimento se utilizó, como cultivo indicador, la cebolla híbrido Diainter Americana, sembrándose la semilla en bandejas con sustratos y trasplantando luego las plántulas a los 40 días de la siembra.

Fertilización

Soluciones de riego

Las sales predominantes en las aguas subterráneas eran bicarbonato de calcio, sulfato de calcio, sulfato de magnesio, cloruro de sodio y cloruro de magnesio (Villafañe et al., 1999); en base a ello se decidió trabajar con las siguientes SR: 1- CaSO₄ 0.018 M; 2- NaCl 0.018 M; 3- solución con 50% CaSO₄+50% NaCl; Concentraciones a las cuales estas tres soluciones tienen un valor de CE entre 2.17 y 2.27 dS m^-1; y 4- Un testigo regado con agua de chorro con CE de 0.20 dS m^-1.

Diseño experimental

Se utilizó un diseño totalmente aleatorizado con un arreglo factorial de tratamientos con dos factores: dosis de MO: 1- testigo (sin aplicación de compost); 2- 15 Mg de compost ha^-1 ; 3- 30 Mg de compost ha^-1 solución de riego (SR): 1-testigo, con agua de chorro (T); 2- sulfato de calcio (SCa); 3 - cloruro de sodio (CSo); 4- sulfato de calcio más cloruro de sodio (ME). Esto generó 12 combinaciones de tratamientos las cuales se repitieron 3 veces, dando un total de 36 unidades experimentales. Este arreglo factorial fue evaluado en el tiempo, a través de 3 fechas de muestreo; para 36 unidades experimentales, las cuales fueron replicadas tres veces para un total 108 unidades experimentales por cada área de suelo; es decir, 216 en total.

Análisis físico-químicos del suelo

La determinación de pH y CE se hizo en el extracto de saturación por el método potenciométrico y conductímetro respectivamente. El carbono orgánico (CO) se determinó por el método de oxidación de la materia orgánica de Walkey y Black modificado, por el Instituto Agropecuario Colombiano (ICA, 1989). El nitrógeno total (NT) se determinó por la metodología de Bremner (1996).

Análisis biológicos del suelo

La respiración basal (C-CO₂) se efectuó de acuerdo al método descrito por Alef (1995), midiendo el CO₂ liberado mediante la utilización de una trampa con álcali. Igualmente, se determinó el contenido de carbono proveniente de la biomasa microbiana (CBm) mediante el método de fumigación-extracción modificado de Vance et al. (1987).

Análisis estadístico de los resultados

El efecto de la materia orgánica, soluciones de riego y época de muestreo sobre las variables estudiadas se determinó mediante análisis de varianza (ANAVAR) y pruebas de media de la diferencia honestamente significativa de Tukey a un nivel de p= 0.05. Todos los datos fueron analizados utilizando el paquete estadístico INFOSTAT Versión 1.1 (2002).

Resultados y discusión

Cambio en los atributos biológicos del suelo bajo manejo convencional

Respiración basal. El C-CO₂, fue afectado por los factores MO y SR. Este aumentó significativamente en la medida que incrementó la dosis de MO aplicada al suelo (Cuadro 1), debido a que la incorporación de enmiendas orgánicas provee carbono orgánico para la síntesis celular y fuente de energía para los microorganismos y nitrógeno orgánico para la asimilación del carbono tanto del nativo como del contenido en el abono. Estos resultados son similares a los obtenidos por Rao y Pathak (1996) quienes encontraron que la incorporación de abono verde de Sesbania cannabina en suelos franco arenosos salinos de la India incrementó la tasa de respiración.

En cuanto a las SR, la respiración basal en el testigo fue estadísticamente mayor a la obtenida con CSo, y estadísticamente igual a la encontrada con SCa y la mezcla, que a su vez fueron estadísticamente igual a la del suelo con CSo (Cuadro 2), en consonancia con estos resultados, García y Hernández (1996) señalaron que la salinidad tuvo un efecto negativo sobre la respiración microbiana, especialmente cuando fue NaCl la sal responsable de la salinidad; sin embargo, cuando la concentración de Na₂SO₄ produjo una CE >3 dS m^-1 no hubo efecto negativo de la sal sobre la actividad biológica, posiblemente debido a una adaptación de los microorganismos al medio.

Por otro lado, Khan et al. (2008) al evaluar el uso microbiano de enmiendas orgánicas en suelos salinos encontraron que la mineralización del carbono orgánico (CO) adicionado en el sustrato fue moderadamente mas baja en el suelo más salino.

Carbono de la biomasa microbiana. La interacción tiempo*MO*SR tuvo efecto significativo sobre el CBm, por lo que se presentan los resultados del análisis de varianza por muestreo (Cuadro 3). En el primer muestreo hubo efecto de los dos factores MO y SR. El CBm con las soluciones salinas fue significativamente superior al CBm en el testigo; mientras que fue estadísticamente igual para las dos dosis de MO aplicada, pero con 30 Mg ha^-1 de MO fue significativamente superior al CBm del testigo.

Para el segundo muestreo, la interacción entre los factores fue significativa, sin embargo se observa la tendencia a que el CBm sea mayor donde se aplicó más MO y cuando se regó con agua de chorro, esta tendencia se mantiene al final del ensayo sólo que el efecto de los factores MO y SR es independiente. Mostrando CSo los valores más bajos de CBm. En todos los tratamientos de MO, la biomasa microbiana fue afectada negativamente por las soluciones salinas. Sin embargo, las dosis probadas de MO (15 y 30 Mg ha^-1) disminuyen este efecto negativo en comparación con el testigo.

Cociente metabólico. El cociente metabólico fue afectado por la interacción simple tiempo*SR. En el Cuadro 4 se observa que, para el primer muestreo, el qCO₂ en el testigo fue significativamente superior al resto de las SR; esto se debe a que la respiración basal entre las soluciones de riego es muy similar en este muestreo, pero el CBm es menor en el testigo con respecto a las soluciones salinas.

En el segundo y tercer muestreo, se observa una clara tendencia del qCO₂ a incrementarse en presencia de soluciones salinas, especialmente con CSo, probablemente debido a que la adición de sales y más aún cloruro de sodio en forma sucesiva, provocó un aumento en la demanda energética de la biomasa microbiana como respuesta al estrés inducido por el incremento de sales solubles en el sistema que pueden afectar negativamente a los microorganismos, lo cual hace disminuir su eficiencia metabólica, aumentando entonces la tasa de respiración y el consumo energético para adaptarse a las nuevas condiciones impuestas en el suelo (Wardle y Ghani, 1995; García, 2001; Rietz y Haynes, 2003).

Cambio en los atributos biológicos del suelo bajo manejo conservacionista

Respiración basal. La interacción del tiempo*MO*SR tuvo efecto sobre la respiración basal (Cuadro 5). Para el primer muestreo, independientemente de la SR aplicada, la incorporación de MO produjo un incremento significativo del C-CO₂, aun cuando el promedio de C-CO₂ con 30 Mg ha^-1 de MO fue estadísticamente igual al obtenido con 15 Mg ha^-1, ambos significativamente superiores al control, comportamiento similar al encontrado con CV. En el segundo muestreo, el efecto de la MO sobre el C-CO₂ dependió de la SR; sin embargo, se observa que tiende a ser mayor cuando se regó con agua y se aplicó más MO, mientras que, para el último muestreo, al igual que en el primero, independientemente de la SR la aplicación de MO incrementó el C proveniente de la respiración basal, pero las SR si afectaron el C-CO₂, el cual fue significativamente mayor con la mezcla en comparación al resto de las SR, que fueron estadísticamente iguales.

La respiración resultó ser muy variable a través del tiempo, no se observó una tendencia como tal. Lo que si es evidente es el efecto del material orgánico aplicado y de las soluciones salinas sobre la respiración basal. Al igual que en el suelo proveniente del manejo convencional, la aplicación de compost favoreció la actividad de los microorganismos, especialmente en el primer y tercer muestreo. En contraste con el suelo de CV no se encontró efecto de las soluciones de riego sobre el C-CO₂ a los 32 DDT, probablemente debido a que la aplicación temprana no permitió la acumulación de sales suficientes para afectar el proceso de mineralización.

La notoria reducción de la cantidad de C-CO₂ con un incremento en la salinidad en el segundo muestreo, indica un decrecimiento en la mineralización del CO; hallazgos similares han sido reportados por Pankhurst et al. (2001) y Wichern et al. (2006). No obstante, Wichern et al. (2006) en su estudio, encontraron que la evolución del CO₂ no disminuyó más al aumentar de 15 a 50 mg de NaCl g^-1 de suelo, cuando a este no se le aplicó residuos orgánicos.

Carbono de la biomasa microbiana. La interacción del tiempo*MO*SR tuvo efecto sobre el carbono de la biomasa microbiana, (Cuadro 6). Para el primer muestreo, sólo las SR mostraron efecto sobre el CBm, el cual en el tratamiento CSo (263 μg CBm g^-1 suelo) fue estadísticamente igual al obtenido con SCa y ME pero significativamente superior al obtenido con agua. Es decir, en los tratamientos con soluciones salinas las cantidades de CBm aumentaron, especialmente con CSo, resultando, en parte, similar al suelo CV, atribuyendo este incremento al aumento del sustrato debido al incremento en la solubilidad de la MO en presencia de Na, haciéndola más accesible y disponible para su descomposición (Wong et al, 2004; Wong et al, 2008 y Wong et al, 2009).

A diferencia de CV, en este suelo la dosis de MO no tuvo efecto estadísticamente significativo sobre el CBm tanto a los 32 DDT como a los 120 DDT, pudiera ser debido a que bajo las condiciones de manejo y uso de este suelo, el contenido inicial de MO no es lo suficientemente bajo como para que las dosis de MO aplicadas generen una respuesta significativa en el desarrollo de la biomasa microbiana, mientras que en CV el contenido de MO es menor que en CS al principio y al final del ensayo. Para el segundo muestreo, la interacción fue significativa.

En el muestreo final, al igual que en el primero, sólo hubo efecto de las SR, pero contrariamente, el CBm fue significativamente más bajo con CSo y estadísticamente igual al de SCa; sin embargo, este último fue estadísticamente igual a los tratamientos regados con la mezcla y el control, que fueron significativamente superiores; estos resultados presentan semejanza con los reportados por Yuan et al. (2007), quienes al evaluar once suelos con un gradiente de CE de 0.32- 23.05 mS cm^-1 encontraron una relación exponencial negativa entre la CE y el CBm.

Con respecto a la conducta frente al agua de chorro, contrasta con lo reportado por Follett et al. (2007) cuando estudiaron la dinámica del carbono del suelo sin adición de sustrato por un período de incubación de 853 días, encontrando que el CBm del suelo disminuyó durante la incubación, posiblemente en el suelo CS el contenido de MO, el resto de las características físico-químicas del suelo y el mantener el suelo constantemente a una humedad cercana a capacidad de campo permitió el crecimiento de la población microbiana, adicionalmente es un periodo más corto que el evaluado por Follet et al. (2007).

Cociente metabólico. La interacción del tiempo*MO*SR tuvo efecto sobre el cociente metabólico (Cuadro 7). En el primer muestreo no hubo efecto de ningún factor. Similar a esto, aunque con dos suelos ácidos, uno con pH 4.67, CE de 1.20 dS m^-1 y el otro con pH 5.35, CE 42 dS m^-1, Wichern et al. (2006), los lavaron hasta quedar con valores de 0.60 y 0.90 dS m^-1 respectivamente y posteriormente fueron incubados por 45 días con o sin 2% de residuo de maíz y se les adicionaron tres niveles de NaCl (0, 15 y 50 mg NaCl g^-1 de suelo), encontraron que para ninguno de los dos suelos hubo diferencia en el qCO2 debido a los niveles de NaCl, pero si entre los suelos, fue muy inferior el qCO₂ en el primer suelo en comparación al segundo, indicando que la salinización de largo plazo da lugar a una comunidad microbiana fisiológicamente más activa que utiliza el substrato menos eficientemente, reflejado en un alto cociente metabólico.

En el segundo muestreo la interacción fue significativa; pero al final del ensayo sólo hubo efecto de las SR; teniendo que el qCO₂ en CSo fue significativamente superior al obtenido en T, pero estadísticamente igual que con SCa y ME. En término de valores absolutos se puede decir que el qCO2 fue mayor cuando estuvo presente el NaCl en la SR, igual que en CV; esto puede ser debido a que la adición de sales, especialmente NaCl, de forma sucesiva y acumulativa, provocó un incremento significativo de este parámetro, como se explicó para CV.

Al comparar los resultados de los atributos biológicos de CV y CS, es evidente que el C-CO₂ y CBm es mayor en CS (Cuadros 1, 3, 5 y 6 ), esto pudiera deberse a que CS posee más MO que CV, constituyendo una mayor fuente de energía y de nutrientes para los microorganismos, lo cual contribuye a su desarrollo y a una actividad biológica más alta, que se refleja en una mayor producción de CO₂ (Anderson y Domsch, 1978; Sánchez et al, 2005). Adicionalmente, los exudados provenientes de las raíces, especialmente en el suelo bajo pasto para el caso en estudio, también constituyen una fuente de energía para los microorganismos (Manjaiah et al, 2000). La menor biomasa microbiana en CV también puede asociarse al efecto de otros atributos químicos, como por ejemplo, la CE que es más alta en CV, pudiendo afectar negativamente a los microorganismo, Rietz et al. (2001) y (Wichern et al. (2006).

Conclusiones

El CBm en CV y todos los atributos biológicos en CS fueron afectados por la interacción dosis de MO y SR y esta a su vez fue influenciada por el tiempo de muestreo. En el suelo bajo manejo convencional el CBm fue favorecido en el tiempo por la incorporación de MO, mientras que en el suelo bajo manejo conservacionista su respuesta a las SR dependió de la dosis de MO y el tiempo de muestreo. La MO promovió la actividad de los microorganismos en ambos suelos. En el suelo bajo manejo convencional la respiración basal no manifestó diferencias significativas a través del tiempo, mientras que en el suelo bajo manejo conservacionista aumentó el C-CO₂, y por lo tanto la tasa de mineralización.

En general, la salinidad parece tener un efecto negativo sobre los microorganismos, como consecuencia del estrés que produce la alta presión osmótica por la alta concentración de sales en la solución del suelo, además de afectar el CBm y el C-CO₂ con valores menores, el qCO₂ aumenta porque más CO es usado para respiración por unidad de biomasa microbiana y menos CO es usado para síntesis celular. El efecto de las soluciones salinas de cloruro de sodio, sulfato de calcio y su mezcla sobre la biomasa microbiana no siempre se corresponde con los cambios ocurridos en la mineralización de la materia orgánica.

La autora principal y los coautores(as) agradecen a las instituciones que financiaron el proceso de investigación: UCV-UNEFM-UCLA proyecto FONACIT "Desarrollo y validación de indicadores para la evaluación de la sostenibilidad del uso de la tierra y el diseño de sistemas agrarios sostenibles". Código del Proyecto: G-2002000557 y al Consejo de Desarrollo científico y Tecnológico de la UCLA (CDCHT) proyecto registrado bajo el código 001-DAG-2008.

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