Agricultura Técnica, Vol. 66, No. 2, Apr-June, 2006 pp. 174-184

Investigación

EFECTO DE LA ADICIÓN DE RESIDUOS DE COSECHA Y DE UN HONGO MICORRIZÓGENO SOBRE EL CRECIMIENTO DE TRIGO Y PARÁMETROS QUÍMICOS Y BIOLÓGICOS DE UN ANDISOL

Effect of addition of crop residues and mycorrhizal fungi on wheat growth and the chemical and biological parameters of an Andisol

Yonathan Redel¹, Rosa Rubio¹ y Fernando Borie^1* 

[1] Universidad de La Frontera, Facultad de Ciencias Agropecuarias y Forestales, Casilla 54-D, Temuco, Chile.  E-mail: fborie@ufro.cl  *Autor para correspondencia.

Recibido: 16 de mayo de 2005
Aceptado: 25 de octubre de 2005

Code Number: at06019

ABSTRACT

Among the diverse agro-technological practices applicable to low-input investment agricultural systems, the additions of plant residues to soils as a nutrient source, and the appropriate management of arbuscular mycorrhizal (MA) symbiosis, are being worldwide considered. Therefore, the main objective of this study was to test the application effect of two crop residues and mycorrhizal inoculation on wheat (Triticum aestivum L.) plants growing in an acidic soil (Typic Distrandepts) and some chemical and biological soil parameters. Both, lupine (Lupinus albus L.) and wheat residues were added to soil at equivalent rates of 6 Mg ha^-1, and wheat cv. Otto was sown above, with and without the inoculation of a native strain of exogenous MA fungi (Glomus etunicatum CH 110). Organic amendments significantly increased dry matter yield by 50-60% and mineral acquisition by wheat plants near up to 100%. The wheat residues increased soil pH and P availability, while the lupine residues enhanced MA colonization from 49 to 61%. The inoculation of an exogenous MA fungus decreased the mineral acquisition, especially Al, which might contribute to reducing toxicity problems in acidic soils.

Key words: crop residues, arbuscular mycorrhiza, mineral acquisition, acidic soil

RESUMEN 

Entre las diversas prácticas agrotecnológicas aplicables a sistemas agrícolas de baja inversión, se consideran la adición de residuos de plantas como una fuente de nutrientes, y el manejo adecuado de la simbiosis micorriza arbuscular (MA). Por ello, el objetivo general de este estudio fue determinar el efecto de la aplicación de residuos de cosecha e inoculación micorrízica sobre el desarrollo y nutrición mineral de plantas de trigo (Triticum aestivum L.) creciendo en un suelo ácido (Typic Distrandepts) y algunos parámetros químicos y biológicos del suelo. Residuos de lupino (Lupinus albus L.) y de trigo se adicionaron al suelo a una dosis equivalente a 6 Mg ha^-1, sobre el cual se sembró trigo cv. Otto, con y sin inoculación de una cepa nativa de un hongo MA exógeno (Glomus etunicatum CH 110). La adición de residuos orgánicos incrementaron significativamente el rendimiento de materia seca en un 50-60% y la adquisición mineral de las plantas de trigo hasta en un 100%. Los residuos de trigo incrementaron el pH del suelo y la disponibilidad de P, mientras que los residuos de lupino incrementaron la colonización de hongos MA de 49 a 61%. La inoculación de un hongo MA exógeno disminuyó la adquisición de minerales, especialmente Al, lo que puede contribuir a la disminución de problemas de toxicidad en suelos ácidos. 

Palabras clave: residuos de cosecha, micorriza arbuscular, adquisición de minerales, suelos ácidos

INTRODUCCIÓN 

Los residuos de cosecha constituyen, generalmente, un inconveniente para el establecimiento del cultivo siguiente en una rotación, por lo que su destino más frecuente es la quema, tanto en sistemas de labranza convencional como en labranza reducida y cero labranza. Esta práctica, si bien presenta la ventaja de la remoción rápida del residuo, posee el inconveniente de incrementar la erosión eólica e hídrica al dejar el suelo descubierto, lo que a su vez reduce la infiltración, el almacenamiento de agua y provoca el encostramiento superficial (Mills y Fey, 2003).

La aplicación de residuos al suelo conlleva una serie de beneficios físicos, biológicos y nutritivos, como mejorar su estructura y capacidad de infiltración (Roose y Barthes, 2001), producir un incremento en los organismos del suelo por la incorporación de materia orgánica como fuente energética (Vetterlein y Hüttl, 1999), aportar nutrientes liberando nitrógeno, potasio, calcio y magnesio, entre otros (Tang y Yu, 1999), reducir la erosión hídrica y eólica y disminuir el contenido de aluminio potencialmente fitotóxico (Vetterlein y Hüttl, 1999).

La descomposición de los residuos es producida por sucesivas comunidades de organismos, comenzando con la acción de la mesofauna sobre materiales de mayor tamaño y más fácilmente degradables, como celulosa y proteínas. La velocidad de descomposición de los residuos se verá afectada por factores como la calidad del material que se adiciona (Kwabiah et al., 2003), pH, temperatura (Magid et al., 2004), precipitaciones y evapotranspiración (Ortega et al., 2002) y la relación C:N de los residuos de cosecha, consecuencia de la cantidad de nitrógeno disponible para los microorganismos (Bertol et al., 2004).

La adición de residuos al suelo promueve el desarrollo de todo tipo de microorganismos, sean éstos de vida  libre o simbióticos. Entre estos últimos destacan las micorrizas (Schreiner y Bethlenfalvay, 2003), las que se ven favorecidas como consecuencia de un mejoramiento de las condiciones en las cuales se va a desarrollar la simbiosis (Kabir et al., 1997). Las micorrizas arbusculares (MA) son asociaciones simbióticas formadas entre determinados hongos del phylum Glomeromycota, clase Glomeromycetes (Schüβler, 2004) y las raíces de la mayor parte de las plantas vasculares. Ellas provienen de una unión íntima entre el medio edáfico y el sistema funcional absorbente de la planta, a modo de sistema radical complementario (Miyasaka y Habte, 2001).

Entre los efectos beneficiosos de las micorrizas, destacan los aspectos nutricionales, tales como la nutrición mineral de fósforo, nitrógeno, azufre, calcio, y potasio, entre otros, las cuales se ven incrementadas debido a que las hifas aumentan el área de absorción radical (Goh et al., 1997; Barea, 1998) y los efectos de resistencia de la planta frente a estrés bióticos y abióticos como son los patógenos radicales, déficit hídrico, salino y fitotoxicidad por aluminio (Borie y Rubio, 1999) y manganeso (Mendoza y Borie, 1998). Además, las MA poseen un rol estabilizador de suelos, de tipo físico, debido a su abundante micelio que es capaz de agregar partículas de suelo (Barea, 1998) y de tipo químico, por la producción de glomalina por parte de las hifas del hongo, una glicoproteína con capacidad cementante recientemente reportada en la literatura (Wright y Upadhyaya, 1998; Borie et al., 2000; Rillig y Steinberg, 2002; Borie et al., 2006).

La aplicación de restos de cosecha en suelos ácidos adquiere especial importancia por la acción del residuo que disminuye la actividad fitotóxica del aluminio, al igual que lo hace la asociación con hongos micorrizógenos por parte de variedades de cereales tolerantes (Borie y Rubio, 1999). En este contexto aparece relevante el trabajo de Soedarjo y Habte (1983), en el que se destaca que en un suelo ácido, con y sin cal, adicionado de hojas provenientes de una leguminosa arbórea (Leucaena leucocephala) como abono verde mezclada con el suelo, la inoculación con hongos MA fue crucial para la sobrevivencia de la planta hospedera, ya que las plantas no inoculadas no prosperaron, siendo la efectividad de la micorrización la misma para la materia orgánica que para la enmienda calcárea, y superior a las no adicionadas con cal ni materia orgánica.

Debido a que el hongo MA es un simbionte obligado que no crece en un medio axénico, la inoculación es útil en agricultura sólo para aquellos cultivos que poseen previamente una etapa de almácigo o vivero, de modo que son trasladados micorrizados al sitio definitivo (Rubio et al., 1990). Sin embargo, para la agricultura extensiva, mejorar las condiciones de manejo que favorezcan la permanencia al máximo de propágulos de hongos MA, sean éstos esporas, micelio o raíz colonizada, evidentemente traerá beneficios al cultivo siguiente en un sistema de rotación (Miyasaka y Habte, 2001). 

El objetivo de este trabajo consistió en comparar, en condiciones de invernadero, los efectos de la adición de residuos de cosecha en: a) el crecimiento del trigo, b) algunas características químicas y biológicas del suelo, c) los propágulos de hongos MA dejados en el suelo por el cultivo, y d) la nutrición mineral de las plantas de trigo creciendo en un suelo ácido con y sin inoculación de un hongo MA exógeno.

MATERIALES Y MÉTODOS

El ensayo se realizó en los laboratorios e invernaderos del Departamento de Ciencias Químicas de la Universidad de La Frontera, Temuco, Chile, desde junio de 1999 hasta junio de 2000. El suelo utilizado en los ensayos (Cuadro 1) correspondió a un Andisol de la serie Vilcún (Typic Dystrandept), el cual se tamizó a 3 mm, eliminándose la fracción correspondiente a macroagregados. Al suelo se agregaron 2 g de residuos por maceta, equivalentes a 3 g kg^-1 suelo. El residuo de trigo (Triticum aestivum L.) consistió en hojas y capotillo y el de lupino (Lupinus albus L.) se obtuvo a partir de hojas secas de lupino blanco. Dichos residuos (Cuadro 2) se molieron finamente y se agregaron en 150 g de suelo mezclados homogéneamente disponiéndose en una capa en la parte superior de la maceta. La cantidad total de suelo agregada a cada maceta fue de 650 g.

En la siembra se emplearon semillas de trigo cv. Otto, esterilizadas previamente con NaOCl 70 mm por 5 min y lavadas exhaustivamente con agua para eliminar los restos de cloro. Después de humectarlas durante 24 h en placas Petri para su pregerminación, se sembraron tres semillas por maceta, dejando posteriormente dos plantas por maceta. En el ensayo se evaluó tanto el efecto de la adición de residuos en un suelo con su micorriza nativa (Mn) como con Mn más la adición de 50 g de inóculo (Mn + Ge) de Glomus etunicatum CH 110  (Morton y Bentivenga, International Culture Collection of Vesicular Arbuscular Mycorrhizal Fungi INVAM, Morgantown, USA). Este inóculo demostró ser efectivo en un estudio previo realizado en un cultivo de cebada (Hordeum vulgare L.) en suelo ácido (Borie y Rubio, 1999).

El ensayo se efectuó en condiciones de invernadero con una temperatura de 18 ±2ºC. La fertilización fosfatada se efectuó ocho días después de la siembra en dosis de 177 mg Ca(H₂PO₄)₂  maceta^-1, equivalente a 100 kg P ha^-1. El N se aplicó en forma de salitre potásico (KNO₃) disuelto en agua en dosis total de 720 mg maceta^-1, equivalente a 200 kg N ha^-1 repartidas en dos parcialidades. La primera de ellas (30%) se aplicó 12 días después de la siembra, y la segunda a los 40 días al inicio de macolla (Estado 21, Zadoks et al., 1974). Cada 14 días se aplicaron 10 mL de una solución nutritiva (Johnson et al., 1996) exenta de P. Las plantas se regaron periódicamente con agua potable y se controló manualmente la emergencia de cualquier tipo de maleza. El último riego se efectuó seis días antes de la cosecha. Las plantas se cosecharon en el estado de grano lechoso (Estado 73, Zadoks et al., 1974). El período de crecimiento comprendió desde el 6 de junio al 15 de noviembre (23 semanas).

Una vez cortado el material vegetal, se determinó separadamente el peso seco aéreo y radical. El porcentaje de colonización por hongos micorrizógenos se realizó sobre trozos de raíz fresca, de acuerdo con la metodología de Phillips y Hayman (1970) y observación bajo lupa (Tennant, 1975). En el suelo proveniente de los tratamientos con y sin inoculación se determinó el número de esporas de hongos MA, las que se separaron de acuerdo a la técnica de gradiente de sacarosa (Sieverding, 1991). En el suelo se determinó pH en agua en relación 1:2,5; P disponible de acuerdo a la extracción con solución de NaHCO₃ pH 8,5 (Olsen y Sommers, 1982); la actividad fosfatásica de acuerdo a Rubio et al. (1990) basada en la cuantificación del p-nitrofenol liberado por la acción de enzimas del suelo sobre el p-nitrofenilfosfato usado como sustrato. Para el análisis foliar, la parte aérea se molió y calcinó a 550º C y las cenizas se fueron digeridas con una mezcla ácida y el P se cuantificó por espectrofotometría molecular; calcio (Ca), magnesio (Mg), potasio (K), aluminio (Al), manganeso (Mn), cobre (Cu) y zinc (Zn) se determinaron mediante espectrofotometría de absorción atómica. El contenido mineral se calculó como producto del peso seco aéreo y concentración foliar de cada maceta.

El diseño experimental fue completamente al azar, con seis tratamientos y cuatro repeticiones, teniendo por tratamientos la combinación de la inoculación (inoculado o no) con el tipo de residuo (trigo o lupino) y se mantuvo un control sin residuo. En el tratamiento estadístico de los datos se verificó normalidad y posteriormente, mediante transformación arcoseno, del cual se realizó un análisis de varianza y un análisis factorial 3x2 usando los procedimientos de ANDEVA del programa SAS (SAS Institute, 1990). Se determinó significancia estadística a P ≤ 0,05 y las medias se compararon por la prueba de rango múltiple de Duncan.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La aplicación de residuos de cultivos, tanto de lupino como de trigo, incrementaron la biomasa aérea de las plantas de trigo, tanto en un suelo con micorriza nativa como en suelo inoculado, siendo mayor su efecto en el suelo no inoculado, en el que se observaron incrementos significativos entre 50-60% del rendimiento de materia seca (Figura 1A) para ambos residuos. No obstante, el efecto de un incremento significativo sobre el peso de la raíz se observó solamente con la adición de residuo de trigo en el suelo con su microflora nativa. Por el contrario, en suelo inoculado con G. etunicatum exógeno si bien se observó un incremento en el rendimiento, éste fue significativamente menor que en el suelo natural (Figura 1A y Cuadro 3). Lo anterior podría estar indicando que en suelos inoculados, el hongo exógeno estaría consumiendo más fotosintato que el hongo nativo en suelos sin inocular, lo que conllevaría a un incremento menor en el crecimiento en comparación con los hongos MA nativos, o bien que estos últimos serían más eficientes. El peso de la raíz se relacionó directamente con la longitud de la raíz (r² = 0,75), observándose una mayor longitud con la adición del residuo de trigo (Figura 1B).

Aunque el incremento del potencial de inóculo MA obtenido al inocular el suelo con G. etunicatum no incidió en un incremento en el rendimiento, se obtuvieron diferencias con los parámetros del suelo. Así, los valores de pH, P-Olsen y fosfatasa ácida fueron significativamente mayores en el suelo inoculado que sin inocular (Cuadro 3) y en ambos tipos de suelos, la respuesta fue mayor con la adición de residuos de trigo que de lupino, a excepción de la fosfatasa ácida (Figura 2). Los mayores valores observados se deben principalmente al efecto directo de la inoculación por el hongo MA y secundariamente por la adición de residuos.

La información en la literatura es contradictoria en relación al efecto de los residuos sobre el crecimiento y nutrición de las plantas cultivadas en suelos ácidos, basado en la disponibilidad de nutrientes, lo que ha sido relacionado con la capacidad de incrementar el pH (Noble et al., 1996; Tang y Yu, 1999; Tang et al., 1999). Además, se ha sugerido que este efecto está correlacionado con la concentración del exceso de cationes y nitrógeno de la planta (Tang y Yu, 1999). Esto se hace evidente cuando los residuos de lupino con mayor contenido de N y cationes se comparan con los de paja de trigo, esperándose que lupino pudiera inducir un mayor incremento en el pH (Tang y Yu, 1999); sin embargo, esto no se observó en este estudio. Las razones para la menor efectividad del residuo de lupino para incrementar el pH en comparación con paja de trigo, no pueden ser totalmente dilucidadas con los datos obtenidos en este experimento. No obstante pudiera deberse a descomposición  y mineralización más acelerada de la leguminosa (Vidal et al., 2002), debido a una mejor relación C/N (Cuadro 2) que el cereal, generando un descenso en el pH. Lo anterior ha sido sugerido por Pocknee y Summer (1997), quienes al adicionar residuos al suelo encontraron que éstos produjeron NH₄⁺. La única observación consistente fue que las plantas que crecieron en suelo adicionado con residuos de lupino, tuvieron un nivel significativamente mayor de colonización micorrícica que en aquél sin adición de residuos, o que crecieron en  un suelo con adición de paja de trigo. Por otra parte, se podría asumir que el incremento en el pH del suelo adicionado con residuos de trigo afectó el contenido mineral de las plantas que crecieron sobre este sustrato, mientras que el efecto de la aplicación de material de lupino se debe a una mayor actividad de la simbiosis MA. La introducción de G. etunicatum permitió una mayor efectividad en el aumento en el pH debida a  la mejor micorrización (Borie y Rubio, 1999).

La adición de residuos produjo efectos diferentes de acuerdo a la inoculación con hongos MA. Así, en el suelo con micorriza nativa (Mn) la adición de residuos produjo un descenso en el número de esporas de MA (Figura 3). Sin embargo, la aplicación de residuos de lupino promovió la colonización por MA. La inoculación con hongos exógenos afectó negativamente la longitud de raíz colonizada y la colonización, pero en conjunto con la adición de residuos de trigo incrementó significativamente la esporulación.

La inoculación con G. etunicatum probablemente produjo una competencia por sustrato con los hongos naturales, que se manifestó en una disminución en el porcentaje de colonización y en un menor crecimiento aéreo y radical. En la literatura se han reportado competencias entre hongos MA con ectomicorrizas (Dos Santos et al., 2001) por nutrientes en el suelo, o con otros microorganismos y/o fauna del suelo (Schreiner y Bethlenfalvay, 2003), que traen como consecuencia una reducción en el número de hifas. La adición de residuos de trigo en conjunto con la inoculación produjo un aumento de 4 a 5 veces en el número de esporas. El trigo, al ser un cultivo micotrófico, favoreció la producción de propágulos, entre ellos esporas. La razón de que la inoculación aumentara la esporulación puede deberse a que la micorrización por G. etunicatum es más dependiente del hospedero que la formación de la simbiosis con los hongos nativos presentes en el suelo (Klironomos, 2003).

En las Figura 4 y 5  se puede observar que la adición de residuos promovió, en general, la concentración y el contenido foliar de elementos. El residuo de lupino incrementó la concentración de Ca, Zn, Cu, Mn y Al y el contenido de K, Ca, Mg  Zn, Cu, Mn, y Al, mientras que el de trigo aumentó la concentración de P, Al y Cu y el contenido de todos los elementos. La inoculación produjo un descenso significativo en la concentración de P, Ca, Cu, Zn, Mn y Al y el contenido de todos los elementos, excepto K, (Cuadro 3).

El ensayo en macetas evidencia algunos efectos netos del material adicionado en la adquisición de nutrientes. Para evaluar el efecto de algún tratamiento particular en la adquisición mineral por la planta, se acepta que el total de los elementos minerales es un parámetro útil, cuando se tienen en consideración los efectos bien balanceados en la adquisición mineral en el tejido de la planta y producción de biomasa (Jarrel y Beverley, 1981). Efectivamente, el contenido mineral de la parte aérea permitió identificar efectos benéficos de la aplicación de residuos en promover una mayor absorción de nutrientes, no solamente de P, K, Cu y Zn, sino también de Ca y Mg. En reportes previos se sostiene que la mayoría de los efectos benéficos de la aplicación de residuos orgánicos, incluyendo residuos de cosecha a suelos ácidos, han sido atribuidosmayormente al incremento de cationes intercambiables, como Ca, Mg y K (Tang y Yu, 1999), o al incremento de P disponible (Kwabiah et al., 2003). El beneficio obtenido en suelos adicionados con residuos, pareciera ser por aumento en P disponible, mayor pH y desarrollo de la simbiosis, los que pueden contribuir de alguna forma a la adquisición de minerales por la planta, como ha quedado demostrado en un trabajo reciente por Borie et al. (2002). La menor adquisición de P en suelos inoculados se debería a una reducida eficiencia de captación de este nutriente, consecuencia de una raíz más corta, o a una menor eficiencia de las cepas foráneas. Asimismo, el mayor establecimiento de la colonización micorrícica por residuos de lupino estaría relacionado con el efecto de este material en la adquisición de K, Ca, Mg, Zn y Cu, ya que de acuerdo a Clark (1997) y Clark y Zeto (2000), se conoce que la adquisición de éstos se incrementa por la inoculación de micorriza en suelos ácidos.

Por otra parte, se evidenció un efecto generalizado en la inoculación de MA en la reducción del  contenido de todos los elementos, en especial de Al, cuyo contenido bajó un 49%, lo cual podría ser de interés en suelos ácidos para prevenir problemas de toxicidad. Borie y Rubio (1999) encontraron que la inoculación con MA previene la toxicidad por Al en cebada en un Andisol; ellos también reportaron un aumento en la concentración y contenido de P foliar en los tratamientos inoculados, efecto no encontrado en este trabajo. Se ha sugerido que el mecanismo que contribuye al efecto buffer se basa en la retención de metales en las exoestructuras fúngicas (Barea et al., 1991) y en el caso del Al, se ha encontrado que las MA reducen la disponibilidad del Al inorgánico en la rizósfera de las plantas micorrizadas, además de un cambio en la homeostasis y menor absorción de P (Cumming y Ning, 2003). Otro mecanismo posible podría sería la quelación de Al por parte de glomalina, una glicoproteína producida por los hongos MA, la cual ha demostrado tener capacidad de quelación de metales que producen fitotoxicidad (Gonzalez-Chavez et al., 2004).

CONCLUSIONES 

La adición de residuos orgánicos de cosecha, tanto de lupino como de trigo, incrementó significativamente la biomasa aérea de las plantas de trigo creciendo en condiciones de invernadero en suelos con micorriza nativa. La adición de residuos orgánicos de cosecha, tanto de trigo como de lupino, incrementaron el pH y la disponibilidad de P del suelo, en particular la adición de residuos de trigo, mientras que la inoculación con un hongo MA exógeno disminuyó el rendimiento, incrementó el pH y la disponibilidad de P. La adición de residuos de cosecha de lupino, incrementó la colonización de las MA en suelos con su micorriza nativa, mientras que la inoculación y residuos de trigo incrementaron la esporulación. La adición de residuos de cosecha incrementó en las plantas de trigo el contenido de todos los elementos minerales. La inoculación con un hongo MA exógeno disminuyó la adquisición de elementos minerales, en especial Al, lo cual podría ser de interés en suelos ácidos para prevenir problemas de toxicidad.

RECONOCIMIENTOS 

Proyecto FONDECYT 1990756

LITERATURA CITADA

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