Efecto de la fertilización mineral sobre la actividad microbiana y propiedades químicas en suelos agrícolas de la provincia de Santa Fe - Argentina

La calidad del suelo es definida como “la capacidad de un tipo específico de suelo para funcionar -dentro de los límites de un ecosistema natural o disturbado- y sostener la productividad de plantas y animales, mantener o mejorar la calidad del agua y del aire, y sustentar la salud humana y su morada” (Doran y Parkin, 1994). El suelo es un sistema abierto y dinámico. En condiciones naturales, los suelos tienden a mantener un equilibrio entre las propiedades físicas, químicas y microbianas con la vegetación natural. (Parr y Papendick, 1997).

Las condiciones ambientales y distintas perturbaciones antrópicas pueden afectar la calidad microbiológica del suelo mediante cambios en la matriz del suelo (Fox y MacDonald, 2003). Los fertilizantes inorgánicos, especialmente el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S) no sólo sirven para mantener el rendimiento de los cultivos, sino que también son capaces de inducir importantes cambios en las propiedades químicas, físicas y microbiológicas del suelo. Al fertilizar se busca lograr el máximo rendimiento de la manera más eficiente posible. Sin embargo, a menudo, la estrategia de fertilización es puesta en marcha en respuesta a factores económicos, que limitan una fertilización integral y balanceada de los cultivos.

Como resultado, se han observado problemas de desbalance en la fertilización con su consecuente pérdida de rendimiento (Chu et al., 2007). Algunos estudios indicaron que los microorganismos del suelo son sensibles a presentar cambios en la composición y en la funcionalidad de las comunidades microbianas con la aplicación de fertilizantes químicos, tratamientos de manejo de suelos y practicas de cultivos (Bucher y Lanyon 2005; Ge et al., 2008).

Los microorganismos del suelo tienen la habilidad de degradar compuestos orgánicos y metabolizar productos inorgánicos, contribuyendo de especial manera a la mineralización de nutrientes los cuales, juegan un rol preponderante en el mantenimiento de la productividad (Lin et al., 2004). Están involucrados en todos los procesos bioquímicos que ocurren en los suelos como la descomposición de la materia orgánica, formación de humus y transformación y ciclado de nutrientes. (Smith y Paul, 1990) También mejoran las propiedades físicas del suelo, tales como la estructura, porosidad, aireación e infiltración mediante la formación y estabilización de los agregados del suelo. De esta manera, los microorganismos y las comunidades microbianas pueden proveer una medida integral de la calidad del suelo, un aspecto que no siempre es revelado con el mero examen físico y químico y/o el análisis de organismos superiores.

La información disponible acerca del efecto de los fertilizantes químicos sobre diferentes parámetros microbianos es contradictoria e incierta. Algunos estudios han demostrado que las diferentes estrategias de fertilización inorgánica pueden incrementar la biomasa microbiana, aumentar o disminuir su actividad, afectando la tasa de descomposición y modificando la estructura de las comunidades microbianas (Belay et al., 2002; Masto et al., 2006; Wyngaard et al., 2012). Diferentes autores mostraron que la actividad enzimática del suelo fue un sensible indicador de los efectos del manejo agrícola después de un experimento a largo plazo con fertilizantes (Pascual et al., 2000; Bastida et al., 2007). Durante la última década se ha demostrado que la diversidad microbiana del suelo puede ser afectada por diferentes disturbios, entre ellos el uso de fertilizantes. Dado el creciente uso de fertilizantes minerales en ecosistemas agrícolas de Argentina y del mundo, el estudio de las comunidades microbianas de suelo en relación a la aplicación de estos productos, es de fundamental importancia para reducir enferme dades en los cultivos, aumentar la producción y optimizar la sustentabilidad del ambiente. El objetivo del presente trabajo fue estudiar el impacto de la aplicación de combinaciones de diferentes fertilizantes inorgánicos (N, P, S y micronutrientes) en dosis recomendada a campo sobre la actividad de las comunidades microbianas del suelo y las propiedades químicas de suelo.

 

El ensayo se encuentra ubicado en Teodelina (Departamento Gral. Lopez, provincia de Santa Fe- Argentina), y pertenece a la Red de Nutrición de Largo Plazo de la Región CREA Sur de Santa Fe en conjunto con IPNI Cono Sur y el patrocinio de Agro-Servicios Pampeanos S.A. El suelo es un Hapludol típico serie Santa Isabel. Los experimentos se iniciaron en la campaña 2000/01, bajo un diseño en bloques completos al azar con tres repeticiones, en un sistema de siembra directa con rotación maíz-trigo/soja de segunda. Los fertilizantes minerales utilizados fueron nitrógeno (N), fosforo (P) y azufre (S). Los tratamientos consistieron en cinco diferentes combinaciones de nutrientes: PS, NS, NP, NPS, NPS+micronutrientes (Magnesio, Boro, Zinc y Cobre) y un tratamiento testigo (T) sin fertilizante. Las dosis de nutrientes se deciden año a año estimándose a partir del rendimiento esperado del cultivo y la disponibilidad en el suelo para N, mientras que P y S se manejan según un criterio de reposición más un 5-10% en concepto de construcción de fertilidad. Los fertilizantes se aplican en pre-siembra o siembra en mezclas físicas.

El muestreo de suelo se desarrolló previo a la cosecha de maíz en la campaña 2012/13, en el mes de marzo. Para el mismo se tomaron 6 muestras en cruz en cada réplica, con las que se conformó una muestra compuesta, representativa de la parcela-réplica. A partir de las muestras de suelo se realizó la determinación de variables microbiológicas y químicas. Se determinó el pH con un equipo Hanna HI8314. Se realizó la determinación con una relación suelo: solución extractora 1:2.5. Se suspendieron 8 g de suelo en 20 ml de agua bidestilada, se agitó por 30 segundos y se dejó en reposo durante 2 hs. (Norma IRAM, 2009).

El carbono (C) total se cuantificó mediante el autoanalizador PE2400 SERIE II C, H, N, S. Perkin Elmer. Se transformó el contenido de C orgánico a contenido de materia orgánica (MO, %), mediante la relación: % MO= %C x 1.724. Luego fue calculada en mg/g de suelo (Walkley y Black, 1934). La estimación de la actividad microbiana de las muestras de suelo se realizó mediante la hidrólisis de diacetato de fluoresceína (FDA) de acuerdo a Adán y Duncan 2001. La actividad deshidrogenasa se determinó de acuerdo a la técnica citada por García et al. 1997. Análisis estadísticos: se utilizó el programa InfoStat (Di Rienzo et al., 2013). En todos los parámetros medidos se realizó un análisis de modelos lineales a un factor con bloque y test de comparaciones múltiples (DGS; p≤0.05). En todos los casos se verificó la normalidad e independencia de datos y la homogeneidad de varianzas. Los gráficos se realizaron con el programa Microsoft Excel 2007.

 

Se observaron diferencias significativas entre los tratamientos fertilizantes con respecto al testigo. Entre los tratamientos fertilizantes no se encontraron diferencias significativas (Figura 1).

Estos resultados coinciden con los encontrados por Abbasi y Khizar (2012), quienes observaron un incremento del N total en suelos tratados con N (urea) en relación al testigo sin N. El tratamiento PS, si bien registró un menor nivel de N total, no presentó diferencias significativas con el resto de los tratamientos a los cuales se les incorporo N.

Este resultado podría relacionarse al hecho de que en la fuente de P utilizada (fosfato monoamónico) contiene N (grado 11-23-0) (García et al., 2010).

Los tratamientos NPS, NPSm, NS y PS mostraron un incremento significativo del contenido de MO en relación a los tratamientos T, NS, PS y NP. (Figura 2). Resultados similares fueron observados por otros autores (Masto et al., 2006), quienes observaron una relación entre el incremento de MO y el incremento de la cantidad y variedad de nutrientes incorporados al suelo. Por su parte, Kong et al. (2008) observaron que un tratamiento NPK mostró mayor contenido de MO del suelo, mientras que el tratamiento testigo mostró la más baja. La aplicación de N es capaz de incrementar la producción de residuos orgánicos al suelo mediante el aumento de la biomasa aérea y radicular
de las plantas (Strada y Echeverría 2000).

El S ha sido reconocido como un elemento esencial para el crecimiento de las plantas y como un importante factor limitante en la producción de cultivos (Schlegel et al. 2005). Se observó un incremento significativo del contenido de S total en los tratamientos a los que se les aplico S como fuente fertilizante en relación al T y NP. (Figura 3). Estos resultados coinciden con los encontrados por Barraco et al. (2013), en cuyo estudio observaron que los niveles de S de los suelos se incrementaron mediante el agregado de las diferentes dosis de S, fundamentalmente en la capa de 0 a 20 cm.

En nutrientes como el P de poca movilidad en la solución del suelo, se pueden aprovechar los efectos residuales en los cultivos posteriores de una secuencia existiendo evidencias que muestran que estos efectos residuales pueden observarse más allá del cultivo siguiente (Fontanetto et al., 2003). Por este motivo, el mayor contenido de P observado en los tratamientos fosforados en relación a los tratamientos sin P (T y NS), podría estar relacionado con la residualidad de este nutriente (Figura 4).

La hidrólisis FDA proporciona información sobre la actividad microbiana total, debido a que este sustrato es digerido por exoenzimas y enzimas unidas a la membrana (Adam y Duncan, 2001). En este experimento se observó un incremento significativo de FDA en todos los tratamientos con fertilizantes en comparación con el testigo (Figura 5). Estos resultados sugieren que la fertilización mineral del suelo puede jugar un papel importante en la regulación de estas enzimas generalistas.

Generalmente las actividades enzimáticas en el suelo están estrechamente relacionadas con el contenido de MO y N total del suelo (Taylor et al., 2002). 

La determinación de la actividad de la deshidrogenasa (DH) es un reflejo de las actividades oxidativas de la microflora del suelo (Ladd, 1978). La actividad DH ha sido propuesta como un indicador de la actividad biológica de un suelo y es uno de los métodos comúnmente usados para determinar la actividad de los microorganismos (Casida et al., 1964; Skujins, 1976; Trevors, 1984). 

En este experimento, se observó un incremento de la actividad de esta enzima en los tratamientos T y PS. (Figura 6). Este aumento de actividad es contradictorio con los resultados encontrados por otros autores (Mandal et al., 2007). En este sentido, otros autores observaron un aumento proporcional de la actividad deshidrogenasa en relación a la diversidad y cantidad de nutrientes (Manjaiah y Singh, 2001; Masto et al., 2006). Esa tendencia no se ve reflejada en los resultados encontrados en la campaña analizada. En el presente trabajo, el pH mostró una tendencia general a la acidificación. El tratamiento Testigo presentó un pH significativamente más alto (6.21 ± 0.03) en relación a los tratamientos fertilizantes (resultados no  mostrados). Esta posible relación tendría que ser objeto de estudio en próximos trabajos.

El rendimiento del cultivo de maíz tuvo una respuesta significativamente mayor en los tratamientos a los cuales se les incorpora como fertilizante N (Boxler et al., 2013) (Figura 7). Por tratarse de ensayos a largo plazo, en los cuales los tratamientos se repiten siempre sobre las mismas parcelas, los rendimientos de los diferentes tratamientos no solo responden al efecto directo de fertilización del año sino fundamentalmente a la “acumulación de fertilidad”, resultado de los efectos residuales de aplicaciones de años anteriores. Por otra parte, los mayores rendimientos obtenidos en los tratamientos fertilizados se asocian a mayores acumulaciones de rastrojos que proveen mayor cobertura al suelo disminuyendo las pérdidas de agua por menor evaporación e incorporando una mayor cantidad de C al suelo. (García et al., 2010). La aplicación de fertilizantes inorgánicos incrementa la fertilidad del suelo y aumenta la producción de los cultivos, especialmente si son a base de N y P (Vargas Gil et al., 2009).

 

 

Este trabajo fue desarrollado a través del aporte de los siguientes subsidios de investigación: Programa Nacional de Suelos de INTA (PNSUELO 1134043); además CONICET y SeCyT-UNC también financiaron este trabajo. Agradecemos al Grupo Región CREA Sur de Santa Fe, Ings. Agrs.: Santiago Gallo (coordinador regional Sur de Santa Fe), Santiago Rodríguez (asesor CREA Teodelina), Fernando García (IPNI Cono Sur), Miguel Boxler (CREA Sur de Santa Fe) y al Establecimiento Balducchi Hnos. en Teodelina.