Solubilización de fuentes de fósforo asociadas a un compuesto orgánico enriquecido con biofertilizantes

Solubilization of phosphorus sources associated with an organic compound enriched with biofertilizer

Leandro Rosatto-Moda¹*, Renato de Mello-Prado², Leónides Castellanos-Gonzáles³, Alfredo Reyes-Hernández⁴, Gustavo Caione¹, C. Naudi Silva-Campos¹

¹ Post-graduación en Agronomía. Universidade Estadual Paulista "Júlio de Mesquita Filho". s/n, CEP 14884-900, Ciudad de Jaboticabal, Estado de São Paulo, Brasil. * Autor responsable. (lerosattomoda@yahoo.com.br), (gustavocaione@agronomo.eng.br), (cidncampos@yahoo.com.br).

³ Universidad de Cienfuegos, Carretera a Rodas km 4, Cuatro Caminos, 59430, Cuba. (lcastellanos@ucf.edu.cu).

⁴ Departamento de Ciencias Agropecuarias de la Facultad Agropecuaria de Montaña Escambray, Universidad de Sancti Spiritus, Cuba. (alfredo@fame.suss.co.su).

Recibido: junio, 2013.
Aprobado: junio, 2014.

Resumen

El enriquecimiento de un compuesto orgánico con biofertilizantes a base de microorganismos (bacterias solubilizadoras de fósforo, BSF) puede mejorar las propiedades de los fertilizantes de fosfato aplicados a los suelos para mayor disponibilidad de nutrimentos. El diseño experimental fue bloques completos al azar en un arreglo factorial de tratamientos 4x2+1: 1) cuatro fuentes de fósforo: roca fosfatada, fosfato natural, superfosfato triple (SFT) y roca fosfórica cubana; 2) dos fuentes de biofertilizante preparadas a base de cachaza enriquecida con microorganismos y sin enriquecimiento; y 3) un testigo absoluto (sin cachaza ni abonado); repetido tres veces. Los datos se analizaron con ANDEVA y las medias de tratamientos se compararon con la prueba de Tukey (p≤0.05). Las evaluaciones de P disponible (metodología Bray-2 y Oniani) y las cuantificaciones de las bacterias totales y solubilizadoras y de hongos en el suelo se realizaron 30, 60 y 90 d después de iniciar el experimento. Después de 60 d, la población de BSF fue menor en el testigo (p≤0.05) y el contenido de P (Bray-2) fue mayor para SFT (p≤0.01). La aplicación del biofertilizante aumentó el contenido de P comparado con el testigo. A los 90 d el P (Bray-2) aumentó con el tratamiento SFT, el cual aumentó (p≤0.01) el P en el suelo a los 60 y 90 d independientemente de la presencia del biofertilizante enriquecido con microorganismos. El uso de cachaza enriquecida con microorganismos asociada con diferentes fuentes de P, y aplicadas al suelo con alto contenido de P, no alteró las poblaciones de bacterias totales y solubilizadoras y hongos del suelo a corto plazo. El SFT promovió los mayores niveles de P en el suelo, independientemente de la presencia del compuesto orgánico enriquecido con microorganismos solubilizadores de P.

Palabras clave: P disponible, microorganismos, superfosfato triple, fosfato natural.

Abstract

The enrichment of an organic compound with biofertilizers of microorganisms (solubilizing phosphorus bacteria, BSF) can improve the properties of phosphate fertilizers applied to soils to increase nutrient availability. The experimental design was randomized complete blocks with a factorial 4x2 +1 arrangement of treatments: 1) four sources of phosphorus: phosphate rock, natural phosphate, triple superphosphate (TSP) and Cuban phosphate rock; 2) two sources of bio-fertilizer prepared from filter cake (cane waste) enriched with microorganisms and no enrichment; 3) and an absolute control (no filter cake or fertilizer); repeated three times. Data was analyzed with ANOVA and treatment means were compared using Tukey (p≤ 0.05). Assessments of available P (Bray-2 and Oniani methodology) and the quantification of total and solubilizing bacteria and fungi in the soil were performed 30, 60 and 90 d after starting the experiment. After 60 d, the population of BSF was lower in the control (p≤0.05) and the content of P (Bray-2) was higher for SFT (p≤0.01). The application of the bio-fertilizer increased the P content compared to the control. At 90 d P (Bray-2) increased with the SFT treatment, which also increased (p≤ 0.01) P in the soil at 60 and 90 d regardless of the presence of microorganism-enriched bio-fertilizer. The use of filter cake enriched with microorganisms associated with different sources of P, and applied to the soil with a high content of P, did not change the soil populations of total and solubilizing bacteria and fungi in the short term. TSP promoted the highest levels of P in the soil, irrespective of the presence of the organic compound enriched with P solubilizing microorganisms.

Key words: Available P, microorganisms, triple superphosphate, natural phosphate.

INTRODUCCIÓN

El fósforo (P) es un nutrimento caracterizado por el alto grado de interacción con el suelo lo cual, unido a su deficiencia en vastas zonas de la agricultura brasileña, lo convirtió en el elemento más crítico en los suelos. La concentración de P total varía desde poco más de cero en suelos muy arenosos, hasta 2000-3000 mg kg^-1. El principal determinante del P total extraíble es el material parental (óxidos de Fe y Al, cenizas volcánicas o caliza) del suelo; en la solución del suelo, el contenido de este elemento es muy bajo (Raij, 2011).

La adsorción del P en los suelos puede ser afectada por el contenido de materia orgánica, el pH, el contenido de calcio, hierro trivalente y aluminio, así como por el tiempo de contacto entre los fertilizantes y el suelo (Santos et al., 2008; Korndörfer y Melo, 2009). De acuerdo con la recomendación de base, el P debe aplicarse de forma localizada, por lo general en el surco, lo cual disminuye su fijación (Raij, 2011). Sin embargo, para una mejor utilización de P es necesario estudiar sus diferentes fuentes, las prácticas de manejo y la influencia de la materia orgánica (MO) en la disponibilidad de P para obtener índices de rendimiento mayores con la fertilización fosfatada (Korndörfer y Anderson, 1997). El efecto de diferentes fuentes de P sobre su concentración en el suelo fue evaluado por Ernani et al. (2001) y Frandoloso et al. (2010), quienes usaron superfosfato triple (SFT), fosfato natural de Arady (fertilizantes aplicados a todo el suelo) y fosfato natural de Gafsa (fertilización fosfatada dirigida al surco) y encontraron niveles de P más altos cuando se aplicó SFT. Además, Resende et al. (2006a) detectaron promedios más altos de P en el suelo cuando aplicaron superfosfato triple, fosfato reactivo de Arad y fosfato natural de Araxá, a todo el suelo, comparados con el testigo (sin P).

Los mecanismos causantes de una menor adsorción del P se deben a combinaciones del aumento de pH, disminución del Al intercambiable y de la cantidad de P mineral liberada por fuentes de MO (Iyamuremye y Dick, 1996). La adsorción competitiva entre los ácidos orgánicos y el P (Erich et al., 2002), afectados por óxidos de Fe y de Al pueden potencialmente reducir el número de sitios de adsorción (los ácidos orgánicos como citrato y oxalato, y los ácidos húmicos y fúlvicos pueden bloquear los sitios de adsorción de los oxihidróxidos de Fe y Al), liberando P en la solución del suelo (Guppy et al., 2005). Por ello se infiere que la adición de un portador orgánico aumentaría la disponibilidad de P en el suelo, pues habría mayor actividad microbiana debido al aumento del contenido de MO en el suelo, y también por la liberación de ácidos orgánicos.

Los microorganismos del suelo desempeñan una función fundamental en los procesos de mineralización y solubilización del P. Así, el estudio de procedimientos microbiológicos que favorecen la disponibilidad de P es importante (van Veen, 1997; Mendes y Reis Junior, 2003). La presencia de microorganismos del suelo que pueden solubilizar fosfatos naturales, propician su aprovechamiento por las plantas. Según Young (1990), hay resultados favorables en programas de inoculación de microorganismos solubilizadores de fosfatos, pero las condiciones de crecimiento de estos microorganismos en el suelo se deben estudiar (Barroti y Nahas, 2000). Así, se ha estudiado la solubilización de fosfatos por microorganismos del suelo, incluyendo bacterias y hongos (Kim et al., 1998; Stamford et al., 2004; Deubel y Merbach, 2005; Fankem et al. , 2006; Lima et al., 2007; Stephen y Jisha, 2009).

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se realizó en laboratorio en la Universidad de Cienfuegos, Cuba, utilizando un suelo representativo, Pardo Sialítico, tipo Pardo, género carbonato (Hernández et al., 1999), que corresponde a un Typic Eutropept (Soil Survey Staff, 2010). Las muestras de suelo se recolectaron en áreas de cultivo de caña-de-azúcar en una finca de producción estatal, municipio de Cienfuegos, en 20 puntos al azar a la profundidad de 0-20 cm. El suelo se secó al aire, se desterronó y tamizó (2 mm) y se realizó el análisis químico para fines de fertilidad con la metodología de Raij et al. (2001). Los valores obtenidos mediante el análisis químico fueron: pH en CaCl₂ 6.9; MO 35 g dm^-3; P resina 55 mg dm^-3; K 1.7mmol_c dm^-3; Ca 644 mmol_c dm^-3; Mg 28 mmol dm^-3; H+Al 9 mmol dm^-3; SB 673.7 mmol dm^-3; CTC (capacidad de intercambio catiónico) 682.7 mmol_c dm^-3; PSB (porcentaje de saturación de bases) 99 %. También se caracterizó el contenido de P en el suelo (Bray-2), igual a 2.4 mg kg^-1, de acuerdo con la metodología de Bray y Kurtz (1945).

El diseño experimental fue bloques completos al azar, en arreglo factorial de tratamientos 4x2+1: 1) cuatro fuentes de P: fosfato de Araxá (P₂O₅ 36 % y P₂O₅ soluble en ácido cítrico al 2 % igual a 4 %), fosfato natural reactivo (Bayóvar^®) (P₂O₅ 29 % y P₂O₅ soluble en ácido cítrico al 2 % igual a 14 %), superfosfato triple (SFT) (P₂O₅ 45 % y P₂O₅ soluble en ácido cítrico al 2 % igual a 41 %), y roca fosfórica cubana (P₂O5 24 % y P₂O5 soluble en ácido cítrico al 2 % igual a 6.5 %); 2) dos fuentes de compuesto orgánico a base de cachaza (residuo obtenido del proceso de filtración de los jugos de la caña de azúcar): enriquecida con microorganismos, y sin enriquecimiento de microorganismos; 3) un testigo (sin cachaza, ni fertilización). La unidad experimental consistió de recipientes plásticos (200 mL) llenados con muestras de suelo, con los respectivos tratamientos.

Las propiedades químicas de la cachaza, de acuerdo con la metodología propuesta por Bataglia et al. (1983), fueron las siguientes (g kg^-1): N=18,0; P=12,1; K=4,3; Ca=96,4; Mg=10,2; S=3,4. En el compuesto orgánico se agregaron todas las fuentes de P en una concentración de 60 mg dm^-3 de P soluble en ácido cítrico al 2 % (Malavolta, 1981).

El compuesto orgánico enriquecido se obtuvo del compostaje de la cachaza, con adición de biofertilizante conteniendo microorganismos. El biofertilizante fue Azotofos a base de Pseudomonas fluorescens y Azotobacter fluorescens, conteniendo 10⁸ ufc mL^-1 fue obtenido en el Laboratorio Barajagua, Instituto de Investigaciones de Suelos y Fertilizantes de Cuba. Diez gramos de Azotofos se agregaron a 1 L de agua destilada y de inmediato se enriqueció el compuesto orgánico añadiendo el biofertilizante (280 mL kg^-1 cachaza).

Después del compostaje, la dosis del compuesto orgánico aplicada en los recipientes fue 12.5 g kg^-1 suelo, correspondiente a 25 t ha^-1. La cachaza sin enriquecimiento se analizó al iniciar el experimento con la metodología de Martínez et al. (2006), y se determinó el número de colonias de Penicillium spp (5x10¹ ufc g^-1), Aspergillus spp (1.3x10¹ ufc g^-1) y Aspergillus tereus (2.3x10¹ ufc g^-1).

En todos los tratamientos se aplicó nitrógeno (200 mg dm^-3) en forma de urea (45 % N) y potasio (150 mg dm^-3) en forma de cloruro de potasio (60 % K₂O) (Malavolta, 1981).

El experimento se estableció el 14 de septiembre de 2012. El suelo de los recipientes fue regado diariamente manteniendo una humedad similar al 80 % de la capacidad de campo. A los 30, 60 y 90 d después de iniciar el experimento se muestreó el suelo para determinar el contenido de P disponible (Bray-2), con la metodología de extracción de Bray y Kurtz (1945), recomendada en Cuba para suelos con predominio de Ca, principalmente por ser práctico y de bajo costo (Broggi et al., 2010). En este método se usó una solución extractora de HCl 0.1 mol L^-1 y NH₄F 0.03 mol L^-1: se pesó 1 g de suelo, se colocó en un tubo de centrifugado con tapa de rosca y se adicionaron 7 mL de solución extractora; luego se colocaron 40 s en un agitador horizontal, reposaron 16 h, se centrifugaron 5 min a 748 g, y se determinó P del suelo usando el método de Murphy y Riley (1962).

Mientras se evaluó el contenido de P en suelo, se determinó la población microbiana: las muestras de suelo se colocaron en bolsas plásticas, protegidas de la luz y mantenidas en cajas térmicas hasta su ingreso al laboratorio; luego fueron tamizadas (malla de 2 mm), con una humedad ajustada entre 50 y 60 % de capacidad de campo; colocadas en bolsas de plástico con orificios de ventilación y guardadas en cámara fría (4 °C) (Cardoso et al., 2009). Para cuantificar las bacterias solubilizadoras de P (BSF) se usó el medio Pykoskaia (Martínez et al., 2006); para conteo de las bacterias y hongos totales se usó el procedimiento de dilución en serie (Wollum, 1982), usando el medio de Bunt y Rovira (1955) pH 7.4; para contar bacterias totales se usó el medio de Martin (1950) pH 5.6, agregando 60 mg mL^-1 penicilina, 40 mg mL^-1 estreptomicina, y 70 mg mL^-1 rosa bengala para contar hongos. Las placas fueron incubadas 24 h a 30 °C para bacterias totales, 72 h para hongos totales y 96 h para BSF.

Los datos se analizaron con ANDEVA y las variables microbiológicas fueron convertidos en logaritmo. Para comparar las medias de los tratamientos se usó la prueba de Tukey (p≤ 0.05), con el programa ASISTAT (Silva y Azevedo, 2009).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El uso de fosfato de Araxá, fosfato Bayóvar^®, SFT y fosfato de Cuba, así como la cachaza con y sin enriquecimiento con Azotofos no cambió las poblaciones de bacterias totales y hongos totales respecto al testigo (Cuadro 1). El tratamiento con biofertilizante aumentó el número de bacterias solubilizadoras en el suelo, independientemente de la fuente de fertilizante fosfatado. Pero los tratamientos no afectaron las BSF.

Por lo tanto, los valores más altos de las UFC observados en los tratamientos con cachaza enriquecida con biofertilizantes refuerzan la hipótesis de que la utilización de residuos orgánicos tiene una función fundamental para la actividad microbiana en los suelos agrícolas (Cardoso et al., 1995). Resultados semejantes fueron observados por Nuernberg et al. (1984): el número de microorganismos dependió de la fertilización y se obtiene una mayor población en el suelo con fertilización mineral u órgano-mineral con relación al testigo (no fertilizado). Además, Nahas et al. (1994) estudiaron el efecto de inoculación de un hongo solubilizador de fosfato en maíz, y reportan que los tratamientos con materia orgánica aumentaron el número de bacterias y hongos.

El contenido de P en el suelo, evaluado con los métodos Bray-2 y Oniani a los 30 d, fue influenciado por los tratamientos comparado con el testigo. Resultados semejantes fueron reportados por Resende et al. (2006a), quienes detectaron una diferencia en el contenido de P en el suelo entre la media del factorial y el testigo (sin P).

La acción de los microorganismos presentes en la cachaza no aumentó el contenido de P del suelo, probablemente debido al poco tiempo de incubación que permitiera aumentar la población y inducir una solubilización mayor de P. Pero en otros estudios aumentó el contenido de P soluble con aplicación de Acidithiobacillus a los 90 d de iniciar el experimento (Stamford et al., 2004), y también con la aplicación de Azotofos a los 120 d del inicio del experimento (Lima et al., 2007).

A los 60 d de iniciar el experimento los tratamientos aplicados, comparados con el testigo, no afectaron a la población de bacterias y hongos totales del suelo (Cuadro 2), pero sí influyeron sobre las bacterias solubilizadoras, y no hubo diferencia entre el uso de fuentes de P y el compuesto orgánico.

Los tratamientos tuvieron efecto comparados con el testigo (p≤0.01) en el contenido de P en el suelo, evaluado por los métodos de Bray-2 y por el método Oniani, a los 60 d de iniciar el experimento (Cuadro 2). La acción de los microorganismos en la cachaza no cambió el contenido de P del suelo, debido principalmente al corto período de tiempo del experimento.

Los tratamientos con diferentes fuentes de P causaron efectos distintos (p≤0.01) en el contenido de P en el suelo, y el valor más alto fue con los tratamientos SFT (15.1 mg kg^-1). Este efecto del SFT, comparado con los fosfatos naturales, también ocurrió en estudios en condiciones de campo con fosfato de Gafsa (Frandoloso et al., 2010) y con fosfato de Arad (Ernani et al., 2001).

A pesar de los efectos benéficos de varios microorganismos que solubilizan el P en el suelo, por lo general no son bastante numerosos para competir con otros organismos presentes en la rizósfera; además, el P liberado por esos microorganismos no es suficiente para aumentar el contenido de P en el suelo (Rodrígues y Fraga, 1999). Esta inefectividad de los microorganismos para liberar el P se debe a que la cantidad de P solubilizado es muy escasa para suplir las necesidades de esos organismos, y es insuficiente para promover aumentos significativos en la cantidad del P necesario para las plantas (Kucey et al., 1989; Richardson, 1994; Richardson, 2001).

A los 90 d de iniciar el experimento las poblaciones de microorganismos en el suelo no fueron afectadas por los tipos de fosfatos aplicados ni por el compuesto orgánico enriqucido (Cuadro 3), y con el tiempo se redujo el efecto de los tratamientos. Estos resultados concuerdan con los de Barroti y Nahas (2000), quienes no detectaron aumentos en las poblaciones de bacterias y hongos en los suelos, al utilizar superfostato simple y fosfato de Araxá en los cultivos tratados.

Las poblaciones de BSF dependen de las diferentes propiedades físicas y químicas, del contenido de materia orgánica, y de el P del suelo, así como de las prácticas agrícolas (Kim et al., 1998). La no influencia de la fertilización fosfatada sobre las bacterias de los suelos, cultivados o no, también fue señalada por Sagardoy y Salerno (1983). Pero según Nuernberg et al. (1984), el número de microorganismos fue dependiente de la fertilización y se obtiene una mayor población en el suelo con fertilización mineral u órgano-mineral respecto al testigo (no fertilizado). Nahas y Assis (1991) reportaron que el número de hongos, a diferencia de las bacterias, no cambió con la incorporación de nutrimentos en el suelo.

Mientras que las bacterias crecen en un estrecho intervalo de pH más cercano a la neutralidad, los hongos crecen bien en medio ácido con un rango de pH más amplio (Alexander, 1977). Estas características explican por qué las bacterias respondieron más en el tipo de suelo utilizado (pH 6.9), mientras que los hongos no respondieron.

Hubo diferencia entre los tratamientos y el testigo (p≤ 0.01), en el contenido de P medido por el método Bray-2 y Oniani 90 d después de iniciar el experimento. Así, la acción de los microorganismos en la cachaza no fue importante para elevar el contenido de P del suelo. Pero esta variable, evaluada con el método Bray-2 a los 90 d, sí fue afectada por el tipo de fertilizante fosfatado empleado (p≤ 0.01), ya sea que el compuesto orgánico fuera enriquecido o no con biofertilizante. La mayor concentración de P (12.3 mg kg^-1) se obtuvo con SFT, lo cual se asemeja a lo ocurrido a los 60 d. Por lo tanto. las diferencias en el contenido de P disponible detectado por el método Bray-2 y Oniani no fueron suficientes para causar cambios en las bacterias totales y los hongos, ni en las BSF.

Estos resultados están relacionados con una solubilidad alta del SFT (fertilizante acidulado), lo que favorece las respuestas inmediatas de mayor disponibilidad de P (Resende et al., 2006b). Según Ernani et al. (2001), los menores valores de P en el suelo ocurrieron al aplicar fosfato natural de Arad, de acuerdo con la menor solubilización de este fosfato. Otro factor que pudo contribuir al contenido bajo de P causados por los fosfatos naturales, es el pH alto (6.9) del suelo. El comportamiento de los fosfatos naturales es diferente porque dependen primeramente de la solubilización, la cual es favorecida por el contacto con el suelo y por la presencia H⁺ (He et al., 1996). Así, el pH del suelo, especialmente en las microrregiones alrededor de los gránulos de fertilizantes, es una variable del suelo con gran influencia en la disponibilidad de P para los vegetales, por su influencia sobre la disponibilidad de los fosfatos naturales (He et al., 1996).

Los microorganismos no cambiaron la solubilización de los fosfatos debido a que este proceso resulta de la combinación de la redución de pH y la producción de ácidos orgánicos por los microorganismos (Fankem et al., 2006) los cuales, mediante las secreciones de diferentes tipos de ácidos orgánicos como ácido carboxílico (Deubel y Merbach, 2005) y la reducción de pH por otros factores, disocian el fosfato de calcio; esto también depende de la capacidad amortiguadora del medio (Stephen y Jisha, 2009).

CONCLUSIONES

El uso de cachaza enriquecida con microorganismos asociada con diferentes fuentes de P aplicadas al suelo con alto contenido de P no fue importante para alterar las poblaciones de bacterias totales y solubilizadoras, y hongos del suelo a corto plazo.

El superfosfato triple promovió los niveles mayores de P en el suelo, independientemente de la presencia del compuesto orgánico enriquecido con microorganismos solubilizadores de P.

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos al programa CAPES/MES por la oportunidad de tener acceso a la bolsa de intercambio.

LITERATURA CITADA

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