Topografía: influencia en las comunidades microbianas en cultivo de soja (glycine max)

INTRODUCCIÓN

La actividad de los microorganismos del suelo es de suma importancia dado su rol en el ciclado de nutrientes, descomposición y humificación de la materia orgánica. Cambios en los manejos y prácticas agrícolas traen aparejadas variaciones en las condiciones ambientales edáficas, por ende producen cambios en la biomasa, diversidad y actividad de la microflora del suelo. Los microorganismos responden sensiblemente a cambios en el ambiente (Schloter et al., 2003; Winding et al., 2005), por lo que constituyen indicadores potenciales tempranos de calidad de suelo. El estudio de la diversidad funcional de las comunidades microbianas del suelo utilizando técnicas basadas en perfiles fisiológicos de las comunidades microbianas (CLPP), se orienta a comprender el rol de los microorganismos dependiente de los cambios en el ecosistema, lo que no se logra con el asilamiento de miembros de la comunidad (Garland y Mills, 1991). El sistema BD Oxygen Biosensor (Garland et al., 2003) está basado en la utilización de fluoróforo como biosensor, ubicado en cada una de las 96 celdas de la placa BD-Oxy, absorbido en una matriz de silicona permeable al O2. El fluoróforo es sensible al O2, por lo que emite fluorescencia en la medida en que el O2 es consumido, durante la actividad respiratoria desarrollada por los microorganismos presentes en el inóculo enriquecidos con diferentes sustratos.

La redistribución espacial de materia orgánica y mineral, y de la humedad, determinada por la topografía y el manejo agrícola, pueden producir modificaciones en los procesos microbianos del suelo. Los CLPPs obtenidos a través de la metabolización de diferentes sustratos, permiten detectar cambios en respuesta al ambiente edáfico. El objetivo del presente trabajo fue evaluar mediante el sistema BD Oxygen Biosensor la influencia del uso de la tierra y la topografía en los CLPP.

MATERIALES Y MÉTODOS

Los CLPP BD-Oxy se obtuvieron a partir de muestras de suelo de Argiudoles típicos extraídas a profundidad de 0-10cm en el establecimiento “Los Patricios” (UBA), ubicado en San Pedro en la cuenca del Arroyo del Tala, provincia de Buenos Aires, en la llamada Pampa Ondulada. Se realizó un muestreo aleatorizado con cuatro repeticiones en tres posiciones del relieve: Loma, Media Loma y Bajo, en lotes con cultivos de Soja (Glycine max) manejados bajo el sistema de Siembra Directa.

El análisis físico-químico de la condición del suelo al momento del muestreo arrojó los siguientes valores:

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Las muestras de suelo se tamizaron y conservaron con la humedad actual, manteniéndose en ambiente fresco. Para el análisis se utilizó la fracción media 2 mm -250μm.

El suelo se diluyó en agua destilada estéril (relación suelo agua 1:10), y posteriormente se inocularon las placas BD-Oxy. Las placas fueron diseñadas mediante la adición individual de cinco soluciones de sustratos orgánicos (50 ug mL-1 manosa, ácido cumárico, asparagina) y sin el agregado de sustrato orgánico. Las placas inoculadas se incubaron a 30°C durante 24 h, cuantificándose la fluorescencia a intervalos de 15 minutos a 604 nm. Los valores de fluorescencia se normalizaron dividendo por el valor registrado a la hora de iniciada la incubación. Se evaluó la respuesta de las comunidades microbianas en la intensidad de uso de diferentes sustratos orgánicos y en un control sin adición de sustrato.

Se analizaron los CLPP de lotes con cultivos de Soja (Glycine max) en siembra directa, en tres posiciones del relieve: loma, media loma y bajo (B). Se registraron y analizaron (ANOVA y Test de Tuckey p<0,05 para separación de medias) los máximos picos de fluorescencia normalizada (NRFU) y el tiempo a la mínima respuesta (TMR).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Cuando se analizaron individualmente cada sustrato y el control, hubo diferencias significativas en todas las posiciones para los diferentes sustratos. Con relación al efecto de la posición se encontraron, mayores valores de NRFU (Figura 1) en la posición de media loma para los tres sustratos y el control, indicando este último, la existencia de un alto background de C en las muestras. El ácido cumárico fue el sustrato que mejor evidenció el efecto posición en la loma y el bajo, seguido por la asparagina. La loma y el bajo tuvieron una respuesta similar, separándose notoriamente de la media loma.

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Figura 1. Unidades de Fluorescencia Relativa Normalizada (NRFU)

El ácido cumárico, seguido por la asparagina, estimularon el consumo de oxígeno tanto en la posición de loma como de bajo, que tuvieron una distribución similar en el tiempo, alcanzando además, picos de fluorescencia con valores similares de NRFU. La posición de media loma presentó mayores valores de NRFU que las posiciones de loma y bajo, tanto para los sustratos como para el control. En la situación de media loma los NRFU fueron superiores respecto de loma y bajo (< a 3 NRFU), encontrándose valores de picos mayores a 7 NRFU para los 3 sustratos y el control. Posiblemente en esta situación haya habido un efecto background, ya que el control tuvo un pico de NRFU muy alto y próximo a los picos de los sustratos, pudiendo deberse al mayor contenido de MO en esta posición. En el bajo, los picos de NRFU alcanzaron valores similares a los obtenidos para la situación de loma, teniendo una tendencia similar, donde el ácido cumárico tuvo el mayor pico de NRFU, seguido por la asparagina.

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Figura 2. Velocidad de respuesta (TMR) de las comunidades microbianas ante el agregado de distintos sustratos.

Los factores sustrato y posición en el relieve resultaron altamente significativos en el ANOVA. Cuando se comparan los sustratos respecto al tiempo al mínimo (Figura 2), la manosa se comporto como la asparagina. El cumárico y el control tuvieron mayor tiempo al mínimo, es decir menor velocidad de reacción. Esto puede estar relacionado con mayores picos de NRFU, al menos en el ácido cumárico. Cuando se analizó individualmente el tiempo a la mínima respuesta hubo diferencias significativas para manosa y asparagina; en el caso del control y cumárico, estos se encontraron en el límite p<=0,05. La situación del bajo tuvo una mayor respuesta para los sustratos, excepto para el control, en el cual tuvo mayor respuesta la loma.

CONCLUSIÓN

Esta respuesta es consecuente con el alto “background” de carbono encontrado para esa situación del relieve, debido a la deposición de material proveniente de las posiciones más altas, encontrándose mejores condiciones físicas en la media loma respecto del bajo. Los resultados confirman que existe un gradiente topográfico para la actividad microbiana, posiblemente relacionado con una zona de pérdida de material edáfico, la loma con zona de acumulación en la media loma, y el bajo, asociado a condiciones físicas deficientes. El ácido cumárico, a pesar de ser una estructura compleja, mostró una alta actividad, pero debido a su estructura compleja en la que se esperaría lenta degradación ya que la molécula carece de N, muestra una alta actividad y además, la velocidad de reacción (TMR) fue mayor que en asparagina (molécula rica en N).

En la situación de loma, el ácido cumárico tuvo mayor actividad (mayor pico de NRFU), posiblemente por el aporte de C que estimula el consumo y por mayor oxigenación del estrato superficial muestreado en esa situación.

El factor posición topográfica resultó ser un factor importante de respuesta en el uso de los sustratos carbonados agregados para el máximo pico de fluorescencia, incluyendo el control.

La mayor altura de pico en la posición de media loma en el control sin agregado de sustrato carbonado refleja una alta cantidad de carbono disponible en el suelo para esta situación topográfica. Esta alta respuesta se correlaciona con lo mencionado por Florinsky et al., (2004), a través de cambios relacionados a la redistribución espacial y acumulación de materia orgánica y humedad, la erosión y deposición de material. La topografía o forma del relieve puede afectar los procesos microbianos del suelo.

El efecto mayor aparece en la altura del pico de fluorescencia del ácido cumárico, que por su estructura con anillos fenólicos requiere para su degradación de una provisión adicional de oxígeno para la ruptura de los anillos aromáticos mediante oxigenasas. La respuesta del cumárico fue seguida por la de la asparagina, molécula compuesta con N, reflejando la diferente disponibilidad de ese nutriente en las distintas posiciones del relieve. La manosa se comportó como el control.

Con referencia al tiempo a la mínima respuesta, el mayor tiempo se evidenció en la situación del bajo. Respecto a los sustratos carbonados, el ácido cumárico tuvo mayor tiempo de respuesta, siendo similar al control; la manosa tuvo comportamiento similar a la asparagina, siendo inferior su respuesta respecto a los dos primeros.

Tanto en los valores máximos de fluorescencia como en el tiempo a la mínima respuesta, se observó en general una menor variancia de los datos en los tratamientos suplementados con N, que podría estar reflejando la variabilidad espacial de este nutriente en el suelo.

Los resultados confirman que existe un gradiente topográfico para la actividad microbiana, posiblemente relacionado con una zona de pérdida de material edáfico, la loma con zona de acumulación en la media loma, y el bajo, asociado a condiciones físicas deficientes.

Los perfiles BDOxy mostraron sensibilidad para detectar efectos de los factores posición del relieve y sustratos carbonados. Se destacó la respuesta del ácido cumárico, seguido por la respuesta de la asparagina.

AGRADECIMIENTOS

El autor agradece al Dr. Jay Garland (NASA Kenedy Space center, FL, USA) por permitir el uso de la aparatología necesaria para dicha investigación, y por su asesoramiento continuo.

BIBLIOGRAFÍA

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