Efecto de los cultivos de cobertura sobre la diversidad funcional bacteriana del suelo

INTRODUCCIÓN

En gran parte de la Región semiárida de Argentina se comenzó a insinuar en las últimas décadas un proceso de agriculturización originado por una deficiente o nula ejecución de rotaciones que han ocasionado una importante disminución en el aporte de residuos y en el contenido de carbono orgánico. Los sistemas de laboreo que incluyen la utilización de cultivos de cobertura se convirtieron en una alternativa viable en esta región por el aporte de materia orgánica que generan, mejoran la fertilidad física y química e incrementan la actividad biológica del suelo (Benítez et al. 2006; Du Pont et al.,2009; Ramos, et al., 2010).

Las comunidades microbianas del suelo asociadas a las raíces de las plantas son fundamentales para la funcionalidad de los ecosistemas, debido a su participación en la descomposición de los residuos, formación de la materia orgánica (Doran y Zeiss, 2000), promoción del crecimiento y nutrición del cultivo, en la degradación de agroquímicos (Lupwayi et al., 2007) y están involucrados en los ciclos biogeoquímicos. La implicancia de las bacterias en el ciclo del nitrógeno es más conocida que la del ciclo del fósforo (P), se sabe que muchas bacterias son capaces de solubilizar P, las Bacterias Solubilizadoras de fósforo (BSP) y el rol de estas bacterias en función a distintas variables esta siendo objeto de estudio (Wainwright y Sowden, 1977, Gupta et al., 1986, Subba-Rao, 1982, Nahas, 1996, Chabot et al.,1998, Fernández et al., 2007).

Ha sido demostrado que la diversidad de funciones de la comunidad heterótrofa microbiana que está relacionada con el carbono puede proporcionar información relevante sobre el rol que desempeñan los microorganismos en el sistema (Zak et al., 1994), por lo tanto el carbono es un factor clave que controla el crecimiento microbiano de los suelos (Wardle, 1992). La utilización del perfil de la comunidad a nivel fisiológico (CLPP) está basado en la capacidad de las comunidades microbianas del suelo para metabolizar una amplia gama de sustratos orgánicos de C (Garland y Mills,1991). Este método ha sido utilizado como una forma rápida para estudiar la diversidad entre las comunidades microbianas en suelos nativos (Zak et al., 1994), entre suelos bajo diferentes usos de laboreo (Yao et al, 2000, Gómez et al, 2004) y para suelos sujetos a procesos de degradación (Yan et al., 2000). El objetivo del presente trabajo fue evaluar el efecto de la utilización de cultivos de cobertura sobre la diversidad funcional y estructural del suelo y sobre las BSP.

MATERIALES Y MÉTODOS

Este trabajo se realizó a partir de un ensayo de largo plazo localizado en la Estación Experimental Agropecuaria Anguil INTA (Provincia de La Pampa) en un diseño de bloques aleatorizados con 3 repeticiones. Los tratamientos correspondieron a los siguientes sistemas 1) Testigo con barbecho 2) Cultivo de centeno 3) Cultivo de vicia 4) Combinación de vicia y centeno y 5) centeno con el agregado de nitrógeno (40 kg/ha de Urea). Todos los tratamientos fueron fertilizados con superfosfato triple 20 kg/ha. Las muestras de suelos compuestas fueron recolectadas en el mes de Junio y conservadas adecuadamente para su posterior análisis. La detección y cuantificación de bacterias heterótrofas totales se realizó mediante siembra de diluciones seriales de la suspensión de suelo, en placas que contenían medio comercial TSA y para las BSP el plaqueo se hizo en medio NBRIP (National Botanical Research Institute's phosphate growth medium) + BPB (azul de bromofenol) (Nautiyal, 1999) hasta la aparición de halos claros alrededor de las colonias. Las placas inoculadas fueron incubadas a 28º C durante 7 días. Los resultados se expresaron en unidades formadoras de colonias (UFC) por gramo de suelo seco.

Se empleó el sistema de Ecoplate de 31 fuentes carbonadas (Biolog, Inc. Hayward, CA, USA) para estudiar los cambios en las comunidades a partir de las modificaciones en los perfiles metabólicos. (Garland y Mills, 1991). Previo a este análisis se ajustó la humedad de las muestras al 50% de su capacidad de campo y se incubaron durante 7 días a 25ºC. Se tomó una alícuota de 100 μl de la dilución 10-2 de una suspensión de suelo para inocular cada celda. Las placas se incubaron a 28º C durante 168 horas. Las lecturas de absorbancia a 590 nm se realizaron con un lector de microplacas.

Los resultados que presentamos a continuación son preliminares y corresponden a un solo momento de muestreo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se realizó el análisis de la varianza utilizando el paquete Infostat. Cuando las diferencias entre tratamientos fueron significativas se empleó el Test de la diferencia mínima significativa (LSD) con un nivel de probabilidad de 0,05. El número total de bacterias heterótrofas expresado como UFC x106 por gramo de suelo seco se representa en la tabla siguiente para cada sistema de laboreo. Los recuentos detectados mostraron en general un alto nivel de organismos cultivables.

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C (centeno), T (testigo), VC (Vicia con centeno), V (Vicia), C+N (Centeno + Nitrógeno). BT_NBRIP (Bacterias totales en medio NBRIP), BSP (Bacterias Solubilizadoras de Fósforo), BSP/BT_NBRIP (porcentaje de BSP), BT_TSA (Bacterias heterótrofas totales en medio TSA). Valores en las columnas seguidas por la misma letra no difieren significativamente según el test de la mínima diferencia significativa (LSD) al 5% de probabilidad.

La densidad bacteriana no mostró variaciones importantes para los sistemas de manejo evaluados, como podemos observar en la tabla 1 el análisis de la varianza no detectó diferencias significativas entre tratamientos para el recuento de bacterias totales en medio NBRIP y TSA, BSP y para la relación BSP/BT_NBRIP (en porcentaje). Similares resultados fueron reportados por otros autores, por ejemplo Poonguzhali y colaboradores (2006) al estudiar el efecto de las prácticas de manejo sobre la comunidad microbiana asociada a la rizósfera de Chinese cabbage, encontraron que el número de bacterias cultivables no fue afectado por los diferentes tipos de usos. El número de PSB es diez veces más bajo que el número total de bacterias en medio NBRIP, estos resultados concuerdan con los obtenidos por los autores, Kucey (1983) y Santa Regina y colaboradores (2003).

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En la tabla 3 se muestran los valores obtenidos para los atributos que estiman la diversidad funcional microbiana para cada uno de los tratamientos estudiados. El análisis de varianza de los resultados obtenidos mostró que la Riqueza funcional, el Índice de Shannon y la actividad microbiana (AWCD) fueron significativamente mayores para el tratamiento con centeno y para el testigo respecto al tratamiento que combinaba vicia con centeno (p<0,05). Este incremento debería ser consecuencia de un mayor contenido de materia orgánica (sustrato disponible) en aquellos tratamientos, pero sin embargo no se detectaron diferencias significativas entre los porcentajes de CO y NO disponible (Tabla 2). Trabajos realizados por Acosta-Martínez et al. (2007), quienes compararon suelos de textura franca, hallaron que la población microbiana y la actividad enzimática fueron más elevadas en suelos nativos o bajo pastura, en comparación con sistemas agrícolas con diferentes rotaciones de cultivos.

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Valores en las columnas seguidas por distinta letra difieren significativamente
según el test de la mínima diferencia significativa (LSD) al 5% de probabilidad.

La pérdida de diversidad de cultivos debería ocasionar una reducción en la cantidad y calidad de los exudados radiculares pudiendo modificar la abundancia, actividad y diversidad de la comunidad microbiana (Hooper et al., 2000, Loranger-Merciris, et al. 2006). Sin embargo en nuestro ensayo el tratamiento con mayor diversidad de cultivos (Vicia/Centeno) fue la combinación que presentó los valores más bajos de diversidad, riqueza y actividad microbiana (AWCD). Posiblemente ello se debe a que este sistema presenta una mejor cobertura del suelo, impidiendo el establecimiento de malezas, que son probablemente las causantes en el resto de los tratamientos de la mayor actividad microbiana del suelo.

La estructura de la comunidad bacteriana fue caracterizada utilizando técnicas de análisis multivariados como es el análisis de cluster para juzgar la relación entre los diferentes tratamientos (Figura 1).

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Figura1. Dendograma obtenido mediante análisis de UPGMA (Unweigthed Pair Group Method with Arithmetic Mean) a partir de los perfiles metabólicos obtenidos en EcoPlate para los distintos tratamientos.

El análisis del dendograma mostró una gran similitud de perfiles para los tratamientos que presentaban centeno como cultivo de cobertura y el testigo. Es decir, que la microbiota presente en el cultivo de centeno se asemeja a la población nativa del suelo.

Como se puede apreciar existe una gran similitud de perfiles para los tratamientos que presenten vicia con centeno como cultivo de cobertura y para el tratamiento que combina centeno con fertilización nitrogenada. Podemos decir, que la fertilización inorgánica tuvo el mismo efecto sobre la estructura de la comunidad bacteriana del suelo que la fertilización orgánica.

Es interesante notar que las poblaciones bacterianas del suelo que combina vicia y centeno se diferencian claramente del cultivo de centeno, sin embargo, el tratamiento que presenta solo vicia como cultivo de cobertura se asemeja a ambos tratamientos. Esto nos estaría indicando que es muy marcado el efecto del cultivo de centeno.

El análisis de la estructura de la comunidad bacteriana reveló que se ve modificada debido a la presencia de centeno lo cual se pone en evidencia a través de la determinación del parámetro de diversidad de Shannon, Riqueza y actividad microbiana.

Se realizó un análisis de componentes principales ACP a los efectos de diferenciar los tratamientos del testigo (control) considerando la metabolización de las fuentes carbonadas.

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Figura 2. Análisis de componentes principales de los grupos de fuentes carbonadas para los tratamientos evaluados.

La figura 2 compara los patrones de utilización de Biolog-Ecoplate para cada grupo de sustratos (Aminoácidos, Carbohidratos, Ácidos carboxílicos, Fenoles, Aminas y Polímeros) para cada tratamiento. Del análisis de

Componentes Principales se puede observar que la CP1 y la componente principal CP2 explican respectivamente el 49% y el 27% de la variabilidad total. La figura del ACP indica que la diversidad bacteriana funcional cambia con los tratamientos.

Los grupos de sustratos que fueron más intensivamente metabolizados que explican la dirección positiva de la CP1 son los carbohidratos (0,93), y el grupo de polímeros (0,91). Mientras que la separación de tratamientos en la dirección positiva a la CP2 fue atribuido al metabolismo de aminoácidos (0,72).

La diversidad estructural y funcional de los microorganismos en la rizósfera difiere entre especies de plantas debido a las diferencias en la exudación radicular (Fang, et al., 2005). La composición de la comunidad microbiana en la rizósfera está gobernada principalmente por la cantidad y calidad de los exudados radiculares (Schmalenberger and Tebbe, 2002). En la figura del ACP se muestran los tratamientos de acuerdo al consumo de las fuentes carbonadas, como puede observarse la comunidad microbiana del testigo y del cultivo con centeno se asocian al consumo de aminas, mientras que en el tratamiento con Vicia y Centeno están asociadas al consumo de ácidos carboxílicos y la comunidad microbiana del tratamiento con vicia está asociada al consumo de carbohidratos.

CONCLUSIÓN

El análisis de la estructura de la comunidad microbiana nos permitió detectar cambios de la comunidad inducidos por la presencia de centeno.

El análisis de la comunidad microbiana a partir del nivel fisiológico (CLPP) permitió discriminar entre tratamientos basándose en el consumo diferencial de fuentes carbonadas.

El parámetro BSP no mostró ser un indicador que pueda diferenciar entre tratamientos.

AGRADECIMIENTOS

Trabajo financiado por el proyecto INTA AERN 295582.

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