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EFECTO DE Mucuna pruriens ASOCIADA A UNA GRAMÍNEA, SOBRE LA ACTIVIDAD SIMBIOTICA RIZOSFÉRICA Y LA MOVILIZACIÓN DE N Y P, EN UN SISTEMA DE CULTIVO: MAÍZ (Zea mays L.) Y SOYA (Glycine max L.)

Oscar Eduardo Sanclemente Reyes

Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Agropecuarias

Palmira, Colombia 2013

EFECTO DE Mucuna pruriens ASOCIADA A UNA GRAMÍNEA, SOBRE LA ACTIVIDAD SIMBIOTICA RIZOSFÉRICA Y LA MOVILIZACIÓN DE N Y P, EN UN SISTEMA DE CULTIVO: MAÍZ (Zea mays L.) Y SOYA (Glycine max L.)

Oscar Eduardo Sanclemente Reyes

Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de Doctor en Agroecología

Directores:

Doctora. Marina Sánchez de Prager Doctor. Martín Prager Mosquera

Línea de Investigación: Agricultura y Medio Ambiente

Grupo de Investigación en Agroecología

Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Agropecuarias

Palmira, Colombia 2013

DEDICATORIA: A Dios Porque siempre me brindó su protección A mi Hijo Juan Eduardo Por su amor, alegría, inteligencia y paciencia

A mis Padres Robertulio y Raquel Por su apoyo incondicional en todo momento A mis Abuelos Marina Q.e.p.d., Tulio y Amalia Que inculcaron en mí los más valiosos valores A mi Esposa y Compañera Ilsen Por su dedicación y paciencia A mis Hermanos, Tíos, Primos y Sobrinos Por su voz de aliento y apoyo A mis muchos Amigos Por la confianza depositada…

AGRADECIMIENTOS

Somos sólo un nodo de la curiosa y fantástica red de la vida. A todos aquellos que desinteresadamente me permitieron su interacción y llevar a cabo este trabajo, agradezco sinceramente… Gracias a: Mis maestros, la Dra. Marina Sánchez de Prager y el Dr. Martín Prager Mosquera, quienes a través de su consejo y sabiduría me permitieron llevar a cabo esta investigación y aprender un poco más acerca de las cosas valiosas de la vida; A mis orientadores y evaluadores, Dr. Miguel Ángel Altieri, Dr. Manoel Baltasar Baptista Da costa y Dr. Jorge Fernando Navia Estrada, que a partir de su conocimiento y experiencia realizaron valiosos comentarios y aportes a la investigación; Al programa Francisco José de Caldas de COLCIENCIAS, por su apoyo y financiación económica; A la Dra. Clara Inés Nicholls, al Dr. Eyder Daniel Gómez, al Dr. Juan Carlos Menjivar Flores, la Dra. Nancy Barrera Marín, al Dr. Octavio Mosquera, la Dra. Neuza Asakawa, al Dr. Breno Sosa Rodrigues, al MSc. Francisco Vélez, al MSc. Andrés Felipe Vergara, la Ing. Elsa María Guetocué, al Ing. Leonardo Pino, al Ing. Jhon Jader Parra, la Biól. Johana Gutiérrez, al Ing. Armando Zapata, al Lab. Miguel Beltrán, la Lab. Nubia Rodríguez y al Est. Norbey Marín; por su apoyo profesional y valiosos consejos; A mis compañeros y amigos Mauricio García, Diego Ángel, Ángela Londoño, Milton Ararat, Carlos Martínez, Ricardo Malagón, Roberto Gracia, Reinaldo Giraldo, Judith Rodríguez, Héctor Ordoñez, Carlos Patiño, Álvaro Quiceno, José Cabal,… por su voz de aliento en este proceso. A todos, muchas gracias.

“La Facultad y los jurados de la tesis

no se harán responsables de las

ideas emitidas por el autor”

Artículo 24, Resolución 04 de 1974.

Resumen y Abstract VII

Resumen En un Typic Haplustert del Valle del Cauca (Colombia), se evaluó el efecto del sistema de cultivo Mucuna pruriens-maíz (2011-II) sobre la simbiosis planta- hongos micorrícicos arbusculares HMA, leguminosa-rizobios y la movilización de N y P en el sistema maíz-soya (2012-I), mediante aprovechamiento de los residuos vegetales (RV) generados en la rotación, como abono verde (AV) ó acolchado orgánico (AO). En diseño de parcelas divididas con tres repeticiones, se usó el AV, AO y el Barbecho (BA) Rottboelia cochinchinensis como control en parcelas principales. En subparcelas se usó compost (CO), fertilizante de síntesis química industrial (FQ) y control sin fertilización (SF). En floración se evaluaron las poblaciones de rizobios nativos y la nodulación en soya, la longitud del micelio externo LME de HMA y su transferencia de P a la raíz; en relación con el uso eficiente de C, N y P en el agroecosistema. Se observó que la LME de HMA no difirió en parcelas principales, sin embargo el AO incrementó la absorción de P por HMA y la productividad en soya a través del uso eficiente de C, N y P. Adicionalmente, el CO incrementó la simbiosis soya-rizobios y la retención de humedad en el suelo. El uso de FQ en el BA redujo la actividad de HMA e incrementó el número de rizobios del suelo, sin efectos significativos sobre la nodulación en soya y su rendimiento. Estos resultados evidencian que prácticas agroecológicas como los intercultivos y el aporte de RV de alta calidad al suelo por intermediación simbiótica, favorecen la economía y sustentabilidad agroecosistémica. Palabras Clave: Prácticas agroecológicas, Simbiosis tripartita leguminosa-rizobios-MA, Abonos verdes, Acolchados orgánicos.

VIII Efecto de Mucuna pruriens asociada a una gramínea, sobre la actividad simbiótica rizosférica y la movilización de N y P, en un sistema de cultivo: maíz (Zea mays L.) y soya (Glycine max L.)

Abstract

In a Typic Haplustert from Valle del Cauca (Colombia), the effect of maize - Mucuna pruriens culture system (2011- II) was evaluated on the plant -fungal symbiosis arbuscular mycorrhizal HMA , legume - rhizobia and mobilization of N and P, evaluated in corn -soya (2012 -I) system by use of plant residues (PR) generated in the rotation, green manure (GM) or mulch (MO). In split plot design with three replications, GM, MO and Fallow (FA) Rottboelia cochinchinensis was used as control in main plots. In subplots compost (CO), industrial chemical synthesis fertilizer (CF) and control without fertilization (WF) was used. In bloom populations of native rhizobia and nodulation in soybean, the length of the external mycelium of AMF LME and transfer of P to the root were evaluated, in relation to the efficient use of C, N and P in the agroecosystem. It was observed that the AMF LME did not differ in main plots, however the MO increased P uptake by AMF and soybean productivity through efficient use of C, N and P. Additionally, the CO increased the soy - rhizobia symbiosis and moisture retention in the soil. The use of CF in the FA, HMA reduced activity and increased the number of rhizobia in the soil, without significant effects on soybean nodulation and yield. These results show that agroecological practices such as intercropping and the contribution of high quality PR down by symbiotic intermediation, promote economy and agroecosystem sustainability. Keywords: Agroecological practices, tripartite symbiosis legume-rhizobia-MA, green manures, organic mulched.

Contenido IX

TABLA DE CONTENIDO

Pág.

RESUMEN VI

LISTA DE FIGURAS XII

LISTA DE TABLAS XIV

LISTA DE ANEXOS XV

INTRODUCCIÓN 1

1 CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES 4

1.1 Ciclaje y Movilización de C, N y P en los Agroecosistemas 5 1.1.1 Estrategias nutricionales: Fijación simbiótica de N2 y absorción de P vía MA 10

1.1.1.1 Requerimientos para la fijación simbiótica de N2 en el suelo 11 1.1.1.2 Requerimientos para la absorción de P por HMA en el suelo 12 1.1.1.3 Simbiosis tripartita en leguminosas 14

1.2 Los Abonos Verdes y Acolchados Orgánicos como Estrategias Tecnológicas dentro de la Agroecología 15

1.2.1 Abonos Verdes (AV) 15 1.2.2 Acolchados orgánicos (AO) 16 1.2.3 El uso de Mucuna pruriens por productores agroecológicos 16

1.2.3.1 Fijación de N2 y absorción de nutrientes en Mucuna pruriens 17 1.2.3.2 Aporte de nutrientes al suelo con el uso de Mucuna pruriens como AV y AO 19

1.3 Los Cultivos Tradicionales: Maíz Zea mays L. y Soya Glycine max L. 20 1.3.1 Beneficios de la asociación maíz- soya 21

2 CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 23

2.1 Localización y Estado Inicial del Suelo 23 2.1.1 Lámina de Agua en el Sistema 24

2.2 Establecimiento del Ensayo en Campo 25 2.2.1 Prácticas Agroecológicas de AV, AO y BA en el sistema comercial 26 2.2.2 Evaluación experimental 27 2.2.3 Conducción del Experimento 28

Contenido X

2.3 Estimación de las Variables de Respuesta 28 2.3.1 Mediciones en el suelo 29 2.3.2 Micorriza Arbuscular MA 30

2.3.2.1 Longitud del micelio externo de HMA (LME) 30 2.3.2.2 Porcentaje de Micelio vital de HMA (%MV) 32 2.3.2.3 Porcentaje de Micelio externo activo de HMA (%MEA) 33

2.3.3 Simbiosis para Fijación de N2 33 2.3.3.1 Actividad de nódulos en las leguminosas M. pruriens y soya 33 2.3.3.2 Estimación de la Fijación de N2 en M. pruriens 34 2.3.3.3 Evaluación de poblaciones de rizobios del suelo 34

2.3.4 Mediciones en Tejidos 36 2.3.5 Balance de C, N y P en el Agroecosistema 37

2.3.5.1 Contenidos de C, N y P en el suelo 37 2.3.5.2 Contenidos de C, N y P en la biomasa aérea 38 2.3.5.3 Uso eficiente de C, N y P en el Agroecosistema 38

2.3.6 Análisis estadístico de la información 38

3 CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 39

3.1 Simbiosis Rizosférica y Absorción de N y P en el Sistema de Cultivo Mucuna pruriens –Maíz (Semestre 2011-II) 39

3.1.1 Hongos que forman Micorriza Arbuscular (HMA) 39 3.1.1.1 Longitud de Micelio Externo (LME) 39 3.1.1.2 % Micelio Externo Activo (MEA) 40 3.1.1.3 % Micelio Vital MV 40

3.1.2 Nodulación en Mucuna pruriens para Fijación Biológica de N2 43 3.1.3 Asimilación de C, N y P por el Sistema de Cultivo Mucuna pruriens –Maíz (Semestre 2011-II) 45 3.1.4 Balance de N en el Sistema M. pruriens- Maíz 47 3.1.5 Balance de P en el Sistema M. pruriens- Maíz 48

3.2 Simbiosis Rizosférica en el Sistema de Cultivo Maíz- Soya (Semestre 2012-I) 49

3.2.1 Resultados en las Variables del Suelo 49 3.2.2 Hongos que forman Micorriza Arbuscular (HMA) 51

3.2.2.1 Longitud de Micelio Externo (LME) 51 3.2.2.2 % Micelio Externo Activo MEA de HMA 52 3.2.2.3 % Micelio Vital MV de HMA 52

3.2.3 Actividad Simbiótica para Fijación de N2 en Soya 54 3.2.3.1 Poblaciones de Rizobios Nativos del Suelo 54 3.2.3.2 Número, Tamaño y Peso Seco de nódulos en soya 55

3.2.4 Análisis Comparativos de Variables Simbióticas en Maíz y Soya Sembrados en Sistema de Cultivo Intercalado y Monocultivo 58

3.3 Productividad del Ensayo 59 3.3.1 Rendimiento en Grano Seco de Maíz y Soya 59 3.3.2 Actividad Fotosintética y su Relación con el Contenido Proteico de Granos 60

3.4 Balance de C, N y P en el Sistema Maíz- Soya 61

Contenido XI

3.5 Los Resultados desde el Enfoque Sistémico de la Agroecología 63 3.5.1 Economía del Agua: Su Uso Eficiente en el Sistema Maíz- Soya 64 3.5.2 La simbiosis como Estrategia de Economía y Regulación en el Agroecosistema Maíz- Soya 65 3.5.3 El Ciclaje de Nutrientes como Vía Agroecológica que Optimiza el Rendimiento en el Sistema Maíz- Soya 67 3.5.4 Los Sistemas de Cultivo, Rotaciones y Uso de Materiales Orgánicos de Alta Calidad como Prácticas Agroecológicas que Incrementan la Resiliencia del Agroecosistema 68 3.5.5 Confluencia de los Resultados con Otras Investigaciones 70 3.5.6 Consideraciones Finales 72

4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 74

4.1 Conclusiones 74

4.2 Recomendaciones 74

5 BIBLIOGRAFÍA 83

Contenido XII

LISTA DE FIGURAS

1Figura 1-1. Diferentes procesos metabólicos de cooperación en la asociación

leguminosa-gramínea, en los cuales se integran los ciclos de C, N y P, entre otros. .. 5

2Figura 1-2. Ciclaje del Carbono en los Agroecosistemas. ............................................... 6

3Figura 1-3. Ciclaje del Nitrógeno en los Agroecosistemas. .............................................. 8

4Figura 1-4. Ciclaje del Fósforo en los Agroecosistemas. ................................................. 9

5Figura 2-1. Distribución semanal de lámina de agua en el suelo (precipitación + riego)

en mm, durante los semestres 2011-II y 2012-I. ........................................................ 24

6Figura 2-2. Establecimiento del sistema de cultivo M. pruriens- maíz (semestre 2011-II).

A) trazos en surcos 2X1 (M. pruriens- Maíz). B) Desarrollo vegetativo 30 d.d.s. C)

Estado fenológico de prefloración 50 d.d.s. ............................................................... 25

8Figura 2-3. Manejo de residuos vegetales (Semestre 2011-II). A) Biomasa aérea del

sistema M. pruriens- maíz. B) Incorporación de AV con uso de motocultor. C) Adición

de AO. D) Adición de BA (R. cochinchinensis). .......................................................... 26

9Figura 2-4. Distribución del experimento en campo (2012-1). ....................................... 28

10Figura 2-5. Estimación de la LME. A) Muestra de suelo. B) Solución (suelo + agente

dispersante). C) Equipo de agitación. D) Equipo de filtración al vacío. E) Filtros de

nitrocelulosa con tinción del ME. F) Placas para lectura en microscopio (2012-1). ... 31

11Figura 2-6. Estimación de rizobios nativos (2012-1). A) Nódulos en soya. B)

Inoculación de Siratro. C) Siratro (15 d.d.s.). D) Siratro (30 d.d.s.). E) Nodulación en

Siratro (40 d.d.s.). F) Respuesta de Siratro a inoculación de suelo (10-1 a 10-7). ....... 36

12Figura 3-1. Longitud de micelio externo (m.g-1 suelo seco) en HMA asociados a M.

pruriens y maíz, para dos épocas de muestreo (45 y 90 días después de la siembra),

en el año 2011. Se realizó prueba de Tukey (p<0.05). .............................................. 39

13Figura 3-2. %MEA de HMA asociados al sistema M. pruriens- maíz, para dos épocas

de muestreo (45 y 90 d.d.s.), en el año 2011. Se realizó prueba de Tukey (p<0.05). 40

15Figura 3-3. % MV de HMA que colonizan el tejido radical del sistema M. pruriens-

maíz, para dos épocas de muestreo (45 y 90 d.d.s.), en el año 2011. Se realizó

prueba de Tukey (p<0.05). ......................................................................................... 41

Contenido XIII

16Figura 3-4. HMA en el sistema M. pruriens- maíz. A) ME de HMA en M. pruriens. B)

MEA de HMA en M. pruriens. C) Colonización de HMA en maíz. D) MV de HMA en

maíz. E) Espora de HMA en M. pruriens. F) Esporas de HMA en suelo rizosférico. . 42

17Figura 3-5. Muestreo de nódulos presentes en Mucuna pruriens en estado fenológico

de prefloración. ........................................................................................................... 43

18Figura 3-6. Balance de N en el sistema de cultivo M. pruriens- maíz. Año 2011. ........ 47

19Figura 3-7. Balance de P en el sistema de cultivo M. pruriens- maíz. Año 2011. ........ 48

20Figura 3-8. Diagrama de cajas y alambres para la variable LME de HMA (m.g-1 suelo).

(A y B) Efecto en parcelas principales de soya y maíz (n=9). (C y D) Efecto en

subparcelas de soya y maíz (n=3). Año 2012. ........................................................... 51

22Figura 3-9. Diagrama de cajas y alambres para la variable %MEA de HMA. (A y B)

Efecto en parcelas principales de soya y maíz (n=9). (C y D) Efecto en subparcelas

de soya y maíz (n=3). Año 2012. ................................................................................ 52

24Figura 3-10. Diagrama de cajas y alambres para la variable %MV de HMA. (A y B)

Efecto en parcelas principales de soya y maíz (n=9). (C y D) Efecto en subparcelas

de soya y maíz (n=3). Año 2012. ................................................................................ 53

26Figura 3-11. Diagrama de cajas y alambres para poblaciones de rizobios nativos del

suelo en (células.g-1 suelo seco). A) Efecto en parcelas principales (n=9). B) Efecto

en subparcelas (n=3). Año 2012. ............................................................................... 55

27Figura 3-12. Rendimiento en grano seco de maíz y soya (kg.ha-1) para los tratamientos

evaluados, durante 2012-I. Las letras en las barras indican diferencias significativas

entre promedios, según prueba de Tukey (p<0.05). .................................................. 59

28Figura 3-13. Distribución de los tratamientos en el plano cartesiano (Componente 1 vs.

Componente 2). Año 2012. ........................................................................................ 68

29Figura 3-14. Diagrama comparativo de respuesta de los tratamientos sobre algunas

variables del ensayo. Año 2012. ................................................................................ 70

Contenido XIV

LISTA DE TABLAS

1Tabla 1-1. Comparativo de composición de la biomasa verde de Mucuna pruriens en

estado fenológico de prefloración. Datos recopilados por el autor a partir de

resultados de otras investigaciones. .......................................................................... 17

2Tabla 2-1. Caracterización inicial del Suelo de (0- 20 cm). ............................................ 23

3Tabla 2-2. Descripción de los tratamientos y su aporte de C, N, P y K en parcela

principal y Subparcela. ............................................................................................... 27

4Tabla 2-3. Épocas de evaluación de las variables de respuesta en el ensayo. ............. 29

5Tabla 3-1. Características de los nódulos presentes en raíces de M. pruriens durante las

etapas de desarrollo vegetativo y prefloración. Año 2011. ......................................... 44

6Tabla 3-2. Contenido de nutrientes en algunos tejidos de M. pruriens durante estado

fenológico de Prefloración. Año 2011. ........................................................................ 44

7Tabla 3-3. Contenidos de C, N, P y Lignina (kg.ha-1) en la biomasa vegetal del sistema

de cultivo M. pruriens- maíz. ...................................................................................... 46

8Tabla 3-4. Efecto de los tratamientos sobre algunas propiedades químicas, físicas y

biológicas del suelo (0-10cm). .................................................................................... 49

9Tabla 3-5. Efecto de los tratamientos sobre el desarrollo de nódulos en raíces de soya

Glycine max L. Var- ICA P34. ..................................................................................... 56

10Tabla 3-6. Variables simbióticas en maíz y soya sembrados en sistema de cultivo y

monocultivo. Se usó prueba de Dunnett (p<0.05). Año 2012. .................................... 58

11Tabla 3-7. Contenido de pigmentos foliares y proteína en granos, en 2012-I. Se realizó

prueba de Tukey (p<0.05). ......................................................................................... 61

12Tabla 3-8. Balance de C, N y P en el sistema maíz- soya durante el semestre 2012-I.

.................................................................................................................................... 62

13Tabla 3-9. Aporte de los primeros cuatro componentes principales a la varianza

acumulada del experimento. ...................................................................................... 65

14Tabla 3-10. Aporte independiente de las variables evaluadas en cada componente

principal. Año 2012. .................................................................................................... 65

Contenido XV

LISTA DE ANEXOS

1. Anexo A. Composición del Compost, empresa Abonissa KIKES (Cauca). ................. 76 2. Anexo B. Curvas de calibración de equipo para espectrofotometría en la determinación

de fosfatasas ácidas y alcalinas del suelo (Semestre 2012-I). CIAT. ......................... 76 3. Anexo C. Reactivos para la preparación de Medio Jensen (1 Litro), NMP en soya. ... 77 4. Anexo D. ANDEVA- Variable: Longitud del micelio externo de HMA- época 1 (45 días

después de la siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz. ................................... 77 5. Anexo E. ANDEVA- Variable: Longitud del micelio externo de HMA- época 2 (90 días

después de la siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz. ................................... 77 6. Anexo F. ANDEVA- Variable: % Micelio Externo activo de HMA- época 1 (45 días

después de la siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz. .................................... 78 7. Anexo G. ANDEVA- Variable: % Micelio Externo activo de HMA- época 2 (90 días

después de la siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz. .................................... 78 8. Anexo H. ANDEVA- Variable: % Micelio vital de HMA- época 1 (45 días después de la

siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz. ........................................................... 78 9. Anexo I. ANDEVA- Variable: % Micelio vital de HMA- época 2 (90 días después de la

siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz. ........................................................... 78 10. Anexo J. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable Longitud de micelio

externo de HMA en soya. ........................................................................................... 79 11. Anexo K. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable Longitud de micelio

externo de HMA en maíz. ........................................................................................... 79 12. Anexo L. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable % de Micelio Externo

Activo de HMA en soya. ............................................................................................. 79 13. Anexo M. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable % de micelio externo

activo de HMA en maíz. ............................................................................................. 80 14. Anexo N. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable % de Micelio Vital de

HMA en soya. ............................................................................................................. 80 15. Anexo Ñ. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable % de micelio vital de

HMA en maíz. ............................................................................................................. 80 16. Anexo O. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable NMP de rizobios del

suelo. .......................................................................................................................... 81 17. Anexo P. Coeficientes de correlación entre el contenido de pigmentos, el rendimiento

y el contenido proteico de granos en soya (semestre 2012-I). ................................... 81 18. Anexo Q. Coeficientes de correlación entre el contenido de pigmentos, el rendimiento

y el contenido proteico de granos en maíz (semestre 2012-I). ................................... 82

Introducción

Según la FAO (2008) cerca del 20% de los suelos cultivables en el mundo se encuentran degradados, afectando la seguridad alimentaria de casi la cuarta parte de la población mundial. La producción continua de monocultivos de cereales y leguminosas en zonas tropicales del planeta está acelerando la erosión y pérdida de fertilidad de los suelos, entre otros impactos ecológicos (Altieri, Funes & Petersen, 2012). El uso de tecnologías convencionales como la labranza mecanizada, la aplicación excesiva de fertilizantes de síntesis industrial, el control de arvenses mediante herbicidas sintéticos y el uso de pesticidas agravan la problemática, dejando como resultado suelos cada vez menos productivos y poco resilientes a los retos que impone el cambio climático global (Pengue, 2010; Altieri & Nicholls, 2012). Rockstrom et al., (2009), alertan por el actual desbalance de los ciclos biogeoquímicos del N y P, sus efectos sobre el cambio climático global y el incremento de los procesos de eutrofización de los recursos hídricos mundiales, debido a excesiva presencia de nitratos y fosfatos en solución del suelo. Este desbalance está siendo ocasionado por la incorporación de grandes cantidades de fertilizantes sintéticos en la agricultura, especialmente N y P (Tilman et al., 2001; Borisov et al., 2008, Landriscini, Lázzari & Galantini, 2010; Davidson et al., 2012). El uso de urea como fertilizante nitrogenado genera procesos de acidificación de suelos y lixiviación de la materia orgánica estable MOS, lo que ocasiona menor disponibilidad del P y otros nutrientes para los cultivos e incrementos notables en las dosis de fertilización (Iturri et al., 2011, Suñer & Galantini, 2012). Gran parte del N adicionado por fertilización no es absorbido por los cultivos y se pierde por escorrentía y/o volatilización, lo que genera otros problemas como el aumento en las emisiones de gases de efecto invernadero GEI. En Colombia, la aplicación de fertilizantes nitrogenados en suelos agrícolas genera el 18.1% del total de emisiones de GEI, correspondientes a cerca de 33.000 t.año-1 en equivalentes de CO2 (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales- IDEAM, 2009). Procesos naturales como la fijación biológica de N2 y la absorción de P por Hongos Micorrícicos Arbusculares HMA proveen gran parte de estos nutrientes para las plantas, sin embargo, la incorporación de fertilizantes de síntesis inhibe estos procesos naturales (Kurle & Pfleger, 1996; Sánchez de Prager et al., 2007; Usuga et al., 2008; Grageda et al., 2012). Grupos específicos de leguminosas poseen genéticamente la capacidad de Fijar N2 por simbiosis con rizobios del suelo, y absorber nutrientes como el P a través de la Micorriza arbuscular MA. Estos mecanismos co-evolutivos les permiten mejorar su nutrición mineral, suplir sus necesidades de agua y tolerar el estrés abiótico, en simbiosis tripartita (Borisov et al., 2008; Prager et al., 2012). El aprovechamiento de estos procesos naturales a favor de la agricultura constituye alternativas ambientalmente saludables para el manejo de la fertilización de los cultivos, con miras a alcanzar la sustentabilidad (Brewin et al., 2008). Los abonos verdes y los acolchados orgánicos como prácticas tecnológicas de corte agroecológico, aseguran aportes considerables de materia orgánica, aprovechando la

captación de energía solar mediante la fotosíntesis y, de nutrientes, a partir de su ciclado y uso de fuentes complementarias, mediadas por simbiosis como MA y rizobios-leguminosas (Flores, 1991; Da Costa et al., 1993; Crespo et al., 2011). Cuando se implementan estas prácticas de manejo el aporte de nutrientes al suelo ocurre a través de diferentes vías metabólicas: simbiosis para el caso de N, P, y otros elementos; así como mediante los procesos de mineralización de la materia orgánica, es decir, que se potencializan y complementan los procesos naturales. El abono verde por haberse incorporado en el suelo, genera procesos más rápidos en la descomposición y mineralización de los residuos vegetales. El acolchado orgánico al ser adicionado sobre la superficie se convierte en atenuante de GEI, al mismo tiempo que aporta cantidades considerables de materia orgánica que se degrada más lentamente. De esta forma se busca la liberación permanente, continua y racionalizada de nutrientes, creando un ambiente favorable para el establecimiento y permanencia de microorganismos benéficos (Baijukya et al., 2004; Franczuk, Kosterna, Zaniewics, 2010; Sarkar et al., 2011). El uso de estas tecnologías además de mejorar el aporte natural de nutrientes, impacta algunas propiedades del suelo como la agregación y estabilidad estructural, con sus consecuencias sobre la conservación del suelo, al tiempo que mitigan impactos ambientales inherentes a la actividad agrícola, como es la emisión de GEI (Prager et al., 2012). Una de las leguminosas más usada como abono verde y/o acolchado orgánico en África, Asia y Centroamérica es el frijol terciopelo Mucuna pruriens, debido a su alto potencial de fijación de N2 en simbiosis que alcanza niveles de 200 kgN.ha-1año-1 (Centro Internacional de Información sobre Cultivos de Cobertura- CIDDICO, 2003; Shoko, 2009; Olorunmaiye & Afolayan, 2012). Sin embargo, la baja relación C/N en M. pruriens, puede generar incremento en las pérdidas por volatilización del N y por consiguiente GEI (Sanclemente & Prager, 2009). Una estrategia de manejo es incrementar la relación C/N mediante mezcla con una gramínea, y, de esta forma conservar el N en el suelo e incrementar la disponibilidad de nutrientes para los cultivos. La asociación M. pruriens – maíz ha sido ampliamente usada con el fin de complementar los procesos naturales de ciclaje de nutrientes e incrementar la productividad (Bunch, 1994; Diels et al., 2005; Shoko, 2009; Sanclemente, Patiño & Beltrán, 2012). En Honduras, el 55% del maíz que se siembra en el Litoral Atlántico por pequeños agricultores, se hace en asociación con M. pruriens. El conocimiento de este sistema de cultivo ha pasado de agricultor a agricultor, sin la intervención de asistencia técnica y como estrategia socioeconómica para obtener maíz en estado de choclo (Pool et al., 1998; Bunch & Kadar, 2004; Aguilar et al., 2012). En Colombia, la producción de cereales y leguminosas como maíz y soya, enfrenta actualmente una crisis económica debido a los altos costos de producción y baja relación beneficio/costo. Esto ha generado incrementos dramáticos en la importación de estos productos desde hace una década, llegando incluso a duplicarse para el caso del maíz en grano, que en 2003 fue de 1.8 millones de t.año-1 y en la actualidad es de cerca de 3.6 millones de t.año-1. El caso de la soya es similar, en 2003 se importaron a Colombia 435 mil t.año-1 en torta y en la actualidad su importación asciende a cerca de 700 mil t.año-1

2 Introducción

(Federación Nacional de Cultivadores de Cereales y leguminosas- FENALCE, 2013). Uno de los factores que influye directamente sobre la producción de estos cultivos en Colombia es el costo de fertilización. En la actualidad, se invierten en promedio por hectárea de maíz cultivado cerca de 900 mil pesos ($) en compra de fertilizantes, lo que corresponde al 20% de los costos totales y, se percibe una utilidad neta al final de cosecha de 125 mil pesos ($). En el cultivo de soya se invierten por hectárea 360 mil pesos ($) en compra de fertilizantes lo que representa el 37.8% de los costos totales, percibiendo utilidades negativas cercanas a 25 mil pesos ($), lo cual desestimula su producción (Departamento Administrativo Nacional de Estadística- DANE, 2013). Por lo tanto, es urgente incentivar la investigación que conduzca a ampliar el conocimiento en el tema de las interacciones y sinergias presentes en tecnologías para el manejo de la fertilización como los abonos verdes y acolchados orgánicos, con el fin de proponer alternativas para el manejo de cultivos semestrales como el maíz y la soya, a fin de reducir sus costos de fertilización, mejorar las propiedades del suelo vía incremento de la materia orgánica, optimizar el ciclaje de nutrientes y potenciar las simbiosis con microorganismos rizosféricos como los rizobios y los HMA. El presente trabajo de investigación pretende contribuir al conocimiento referente a los efectos del uso de un abono verde y un acolchado orgánico, provenientes de la mezcla entre Mucuna pruriens y maíz (Zea mays. L.), sobre el ciclaje de nutrientes como el N y P; en un agroecosistema de maíz y soya, aprovechando el potencial microbiológico de un suelo con bajos niveles de materia orgánica. Este trabajo parte de la hipótesis: el uso de Mucuna pruriens asociada a una gramínea, como alternativa agroecológica de abonamiento en un sistema de cultivo de maíz – soya, genera estímulos positivos en la actividad biológica rizosférica y mayor eficiencia en el ciclaje de nutrientes como el N y P, comparado con lo que ocurre en un sistema de manejo convencional del mismo cultivo. Como objetivo general: Investigar el uso de Mucuna pruriens asociada a una gramínea, como alternativa agroecológica que aporta al sistema de cultivo maíz y soya, nutrientes esenciales como el N y P, haciendo uso de los aportes simbióticos y el ciclaje de nutrientes. Como objetivos específicos: 1) Caracterizar la simbiosis rizosférica tripartita entre Mucuna pruriens, rizobios y HMA, y su relación con la absorción de N y P, en estado fenológico de prefloración. 2) Evaluar el efecto de la mezcla de Mucuna pruriens y la gramínea, como abono verde y acolchado orgánico, sobre la participación de asociaciones simbióticas rizosféricas en un sistema de cultivo maíz – soya. 3) Evaluar el grado de correlación existente entre la actividad fotosintética, el rendimiento en grano y el contenido proteico de maíz y soya cosechados. 4) Estimar el balance de C, N y P; en un sistema de cultivo de maíz y soya, gestionado con un abono verde y acolchado orgánico proveniente de la mezcla de Mucuna pruriens y la gramínea.

4 Efecto de Mucuna pruriens asociada a una gramínea, sobre la actividad simbiótica rizosférica y la movilización de N y P, en un sistema de cultivo: maíz (Zea mays L.) y soya (Glycine max L.)

1 Capítulo 1. Antecedentes “La Agroecología como una ciencia aplicada, utiliza conceptos y principios ecológicos para el diseño y manejo de agroecosistemas sostenibles, donde los insumos externos se sustituyen por procesos naturales como la fertilidad natural del suelo y el control biológico”1. Por esta razón, el manejo de agroecosistemas bajo prácticas agroecológicas debe acudir a estrategias sistémicas que incentiven las sinergias naturales, en la búsqueda de una agricultura más eficiente y sustentable. Algunos principios que sirven de base son: aumento en el reciclaje de la biomasa, incremento de la materia orgánica de suelo MOS, reducción en las pérdidas de energía, agua y nutrientes en el agroecosistema, diversificación de especies, incremento en las interacciones biológicas y las sinergias entre los componentes de la biodiversidad agrícola promoviendo procesos y servicios ecológicos claves (Altieri y Nicholls, 2012). En tal sentido, estrategias simbióticas rizosféricas como la fijación de N2 y la absorción de P que involucran la asociación de algunas plantas con rizobios y hongos micorrícicos arbusculares HMA del suelo, favorecen la economía del cultivo y se convierten en aliadas de la agricultura sustentable. Las leguminosas tienen la ventaja genética de realizar al tiempo asociación con rizobios y HMA, en simbiosis tripartita, favoreciendo su adaptación a condiciones de fertilidad de suelo desfavorables y promoviendo el ciclaje de materia orgánica y nutrientes en el agroecosistema. La asociación leguminosa-gramínea en sistemas de policultivo es altamente sinérgica, debida a los procesos de cooperación que ofrecen la fijación de N2, el incremento en la absorción de agua y nutrientes como el P por acción de la micorriza arbuscular MA, y el aporte de biomasa al suelo por desprendimiento de tejidos muertos que mediante diferentes rutas metabólicas retroalimentan el sistema y permiten la ganancia de materia orgánica estable MOS en forma de humus (Figura 1-1). La rotación de cultivos, la asociación leguminosas-gramíneas, los cultivos de cobertura, los abonos verdes (AV) y acolchados orgánicos (AO) son algunos ejemplos de tecnologías de corte agroecológico que maximizan estos procesos naturales de cooperación. Su éxito, se basa en la baja entrada de insumos externos al sistema y el aprovechamiento de la energía solar para la producción de biomasa vía fotosíntesis. La transformación y liberación de nutrientes con la adopción de estas tecnologías puede ser explicada mediante los ciclos biogeoquímicos naturales como C, N y P que se integran en esta investigación.

1 ALTIERI, Miguel Ángel. Agroecology: The Science of sustainable agriculture. Bulder CO: westview press. Second edition. 1995. 448p.

Capítulo 1 5

1Figura 1-1. Diferentes procesos metabólicos de cooperación en la asociación leguminosa-gramínea, en los cuales se integran los ciclos de C, N y P, entre otros.

Fuente: Interpretación de autores como Sánchez de Prager et al., (2012); Labrador (2012).

1.1 Ciclaje y Movilización de C, N y P en los Agroecosistemas

Los macronutrientes (C, O, H, N, Ca, P, Mg, K, S, Na, Cl), son necesarios para el desarrollo de actividades fisiológicas de las plantas en cantidades significativamente mayores que los micronutrientes (Fe, Mn, B, Co, Cu, Mo, Zn, I, Se). Cada elemento, tiene su propio patrón de ciclaje inicial, bien sea mediante solubilización del material parental, mineralización de los materiales orgánicos y/o fijación atmosférica. Posteriormente, se transforma en formas disponibles para la absorción de las plantas y, finalmente se recicla por los organismos del suelo vía mineralización y/o solubilización (Morris & Blackwood, 2007; Romanyá, 2012). El proceso de reciclaje de nutrientes en el suelo, inicia con la descomposición de los restos de vegetales, animales y demás organismos que lo habitan. Los restos vegetales frescos están compuestos principalmente por: hemicelulosa y celulosa (10-70%), Lignina


(8-20%), Proteína (5-7%), Lípidos (2-10%), aminoácidos, azúcares y nucleótidos (5%), Pigmentos (1%) y otros compuestos secundarios (2-20%) (Labrador, 1996; Horwath, 2007). Una vez, estos compuestos entran en contacto con los organismos descomponedores del suelo, comienza su transformación hacia formas inorgánicas, en el proceso de mineralización (Labrador, 1996; Adiku et al., 2010). Este proceso, está mediado por enzimas intra y extracelulares que se encuentran en el suelo (Labrador, 1996; Domínguez, Aira & Gómez- Brandón, 2009; Sánchez de Prager et al., 2012). Castellanos-Barliza & León (2011), indican que el proceso de descomposición de los restos orgánicos es el resultado de tres procesos: 1) la particulación física del material, que consiste en la reducción del tamaño de las partículas componentes por acción de la ingesta y digestión de la macrobiota y mesobiota del suelo, 2) el catabolismo, que consiste en cambios químicos del material producto del proceso de mineralización y 3) la lixiviación, donde los materiales solubles se remueven y desprenden por acción del agua. De otro lado, la tasa de descomposición depende principalmente de dos factores: 1) de la calidad de los residuos (Relación C/N, contenido de lignina, polifenoles, taninos, productos xenobióticos, entre otros.), y 2) de las condiciones ambientales de la zona (humedad, temperatura, pH, presencia microbiana, entre otras.) (Stoott et al., 1990; Heal et al., 1997; Seneviratne, 2000; Navia, 2006; Adiku et al., 2010). A nivel edáfico, los productos finales de todos los procesos de transformación de los restos orgánicos son: 1) nutrientes disponibles para las plantas y 2) el humus estable o materia orgánica del suelo MOS (Labrador, 1996; Gómez, 2004; Sánchez de Prager et al., 2012) como lo ilustra la Figura 1-2.

2Figura 1-2. Ciclaje del Carbono en los Agroecosistemas.

Fuente: Interpretación de autores como Paul & Clark (1996); Labrador (2012).

Capítulo 1 7

La acción de los organismos es de vital importancia en el proceso de ciclaje del C en el suelo. Gran parte del C orgánico presente en los restos vegetales se mineraliza por acción microbiana como CO2, que finalmente se emite a la atmósfera y se aprovecha en el proceso fotosintético (Wang et al., 2004; Sánchez de Prager et al., 2007). Otro porcentaje de C de difícil degradación, entra a formar parte del humus estable del suelo, convirtiéndose en su componente principal (Horwath, 2007). Otro elemento esencial para el desarrollo de la vida es el N, cuya transformación en la naturaleza está mediada en su mayor parte por los microorganismos del suelo (Hirsch et al., 2003; Robertson & Groffman, 2007). La presencia del N en la naturaleza abarca nueve formas químicas: nitrato (NO3

-), nitrógeno oxidado (NO2), nitrito (NO2-), óxido

nítrico (NO), óxido nitroso (N2O), nitrógeno atmosférico (N2), amoniaco (NH3), amonio (NH4

+) y nitrógeno orgánico (RNH3), que están mediadas por procesos como la fijación, mineralización, inmovilización, amonificación, nitrificación, desnitrificación, erosión, lixiviación y absorción (Galloway et al., 2004; Robertson & Groffman, 2007; Esser, Kattge & Sakalli, 2011). Una vez las plantas y otros organismos absorben el N en forma de NO3

- ó de NH4+ de la

solución del suelo, éste se transforma a formas orgánicas como proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos y otros componentes celulares, en un proceso llamado asimilación (Robertson & Groffman, 2007; Vance, 2008; Talbi, 2011). Los compuestos orgánicos provenientes de la senescencia de plantas y animales, sufren procesos de transformación microbiana como la mineralización o la inmovilización dependiendo de su alto o bajo contenido de N, respectivamente (Schimel & Bennet, 2004; Gallego, Prager & Sánchez de Prager, 2010). Se ha demostrado que algunos microorganismos del suelo, incluso, llegan a invertir energía para la síntesis de enzimas como amidasas y fosfatasas para adquirir el N y P necesarios en el proceso de mineralización de compuestos orgánicos (Robertson & Groffman, 2007; Allison et al., 2011). La mineralización del N, inicia con la descomposición de compuestos orgánicos nitrogenados como proteínas y aminoácidos, que por acción microbiana se desintegran hasta formar moléculas inorgánicas como el NH3 y NH4

+ en el proceso de amonificación (Sánchez de Prager et al., 2012). El NH4

+ puede ser absorbido por las plantas directamente ó continuar la ruta de la nitrificación hasta NO3

- por acción de bacterias aeróbicas de géneros como Nitrosomonas sp. (transforman el NH4

+ a NO2), Nitrobacter sp. (transforman el NO2 a NO3

-), entre otros (Koops et al., 2003; Figueroa et al., 2012). En condiciones de suelos anegados, el NO3

- sigue la ruta metabólica inversa a la nitrificación hasta llegar a formas gaseosas como el NO, N2O y N2 ya que los microorganismos edáficos utilizan el NO3

- como aceptor de electrones en la respiración anaeróbica, en un proceso de reducción llamado desnitrificación (Robertson & Groffman, 2007; Sánchez de Prager et al., 2007; Cerón & Aristizabal, 2012). Bacterias de los géneros Pseudomonas sp., Bacillus sp., Agribacterium sp. y Favibacterium sp., han sido catalogadas como facultativas anaeróbicas y desnitrificantes (Zumft, 1992; Benavides, Quintero & Ostos, 2006; Orlando et al., 2012). El N2 producido por desnitrificación y/o como componente atmosférico, retorna al suelo por fijación de bacterias simbióticas en leguminosas y de vida libre, que mediante síntesis


de la enzima nitrogenasa pueden asimilarlo dentro de sus actividades metabólicas e incorporarlo a su biomasa, la cual, al convertirse en necromasa permite que el ciclo comience de nuevo (Galloway et al., 2004; Kennedy et al., 2008; Sánchez de Prager et al., 2012), como lo ilustra la Figura 1-3. Es de recordar que la molécula de N2 es dominante en la atmosfera, de la cual constituye cerca del 80% (Esser, Kattge & Sakalli, 2011). Actividades antrópicas como la síntesis y aplicación excesiva de fertilizantes nitrogenados en la agricultura, la combustión incompleta de combustibles fósiles y la degradación del suelo, generan procesos de pérdida de N por lixiviación, erosión ó volatilización (Mitsch et al., 2001; Robertson & Groffman, 2007; Steiner, Das & Melear, 2010). De ésta forma, se incrementa el impacto ambiental por contaminación de acuíferos y emisión de GEI (Vitousek et al., 1997; Galloway et al., 2003; Rockstrom et al., 2009; Correa, 2010; Galarza, 2013).

3Figura 1-3. Ciclaje del Nitrógeno en los Agroecosistemas.

Fuente: Interpretación de Robertson & Groffman (2007).

En la naturaleza el N del suelo, deriva principalmente de la materia orgánica y de la fijación atmosférica, mientras que el P otro elemento esencial, proviene principalmente de la roca madre lo que restringe drásticamente su entrada y lo hace agotable (Walker & Syers, 1976; Tiecher, Rheinheimer & Calegari, 2012). El ciclo del P en la naturaleza se divide en dos subciclos: 1) biológico, donde el P es absorbido por las plantas y transformado por los microorganismos y 2) geoquímico, donde el P es solubilizado del material parental y transformado químicamente en la fracción mineral del suelo (Plante,

Capítulo 1 9

2008). Aunque el P es poco móvil en el suelo por su alta retención en la fracción coloidal, este puede perderse por erosión en zonas altamente degradadas (Vitousek, 2004; Kuhn et al., 2012). A diferencia del C y N, el P no se cicla rápidamente en la naturaleza a nivel biológico o se transfiere del suelo a la atmósfera, ya que no es utilizado como fuente de energía primaria en oxidaciones microbianas (Plante, 2008; Ojekami et al., 2011). Sin embargo, los organismos del suelo están íntimamente involucrados en su transformación, ya que participan de los procesos de solubilización del P inorgánico, mineralización del P orgánico e inmovilización del P disponible en la solución, como lo ilustra la Figura 1-4.

4Figura 1-4. Ciclaje del Fósforo en los Agroecosistemas.

Fuente: Interpretación de Walbridge (1991). La principal fuente de mineral fosfórico es la apatita, donde el P se encuentra estructuralmente ligado al Ca, Mg, Fe y Al (Plante, 2008; Ojekami et al., 2011). La meteorización química de la apatita resulta en ortofosfato (H2PO4

- en suelos con pH < 7.2 y HPO4

2- en suelos con pH > 7.2), el cual es poco disponible en solución por efectos de adsorción en coloides del suelo y precipitación como fosfatos de Fe ó Al en suelos ácidos, y fosfatos de Ca ó Mg en suelos alcalinos (Olatuyi et al., 2009). La mayor disponibilidad del ortofosfato en solución del suelo ocurre a pH 6.5 donde el Ca y Al


tienen efectos mínimos de precipitación (Plante, 2008). Algunos microorganismos del suelo tienen la capacidad de producir sustancias orgánicas que permiten solubilizar el P que está retenido en formas minerales (Wang & Zang, 2008; Patiño, 2010; Pérez et al., 2012). Se ha encontrado que la producción de ácidos orgánicos como citrato, oxalato y gluconato en Aspergillus niger, tiene efectos sobre la solubilización de fosfatos ligados al Al (Illmer & Schinner, 1995; Paredes & Espinosa, 2010). Otro efecto positivo sobre solubilización de fosfatos ligados al Al y Ca ha sido encontrado en Penicillium aurantiongriseum y en algunas especies del género bacteriano Pseudomonas sp. (Plante, 2008; Pérez et al., 2012). Las plantas sólo asimilan el P inorgánico en sus actividades metabólicas, sin embargo su concentración en el suelo es muy baja comparada con el P orgánico que constituye entre el 20 y 80% del P total, de aquí la importancia del proceso de mineralización (Tiessen, Stewart & Oberson, 1994; Ojekami et al., 2011). El P orgánico del suelo se encuentra estructuralmente en las moléculas de inositol fosfato, fosfoglicéridos, azúcar fosfato, ácidos nucleicos y ATP entre otras (Wang & Zang, 2008; Cerón & Aristizabal, 2012). La mineralización del P en el suelo es llevada a cabo por un grupo de enzimas conocidas como fosfatasas, que catalizan la hidrólisis de ésteres y anhídridos de ácido fosfórico a formas inorgánicas que pueden ser absorbidas por las plantas (Spiers & Mc Gill, 1979; Amador et al., 1997; Narváez, 2008; Martínez, Bautista & Robles, 2012). La presencia de fosfatasas es indicador de la actividad biológica de los microorganismos del suelo y de las raíces de las plantas (Dick & Tabatabai, 1993; Fernández, Sagardoy & Gómez, 2008). Algunas prácticas e itinerarios agrícolas como el riego, la fertilización y el deshoje tienen efectos positivos sobre la actividad de las fosfatasas, favoreciendo la mineralización del P en el suelo (Tabatabai, 1994; Tejada et al., 2008). La relación C/P, de los restos vegetales se considera indicadora de los procesos de mineralización ó inmovilización del P durante la descomposición (Curtin et al., 2003). Se estima que valores de relación C/P mayores que 300, favorecen la inmovilización del P por los microorganismos del suelo (Brady & Weil, 1996; Ha, Marschner & Bünemann, 2008). En el proceso de fijación simbiótica de N2 en el suelo, los rizobios requieren de P como fuente energética que debe ser provisto por absorción radical y/o vía MA.

1.1.1 Estrategias nutricionales: Fijación simbiótica de N2 y absorción de P vía MA

Aproximadamente el 80% de la atmósfera está compuesta por nitrógeno diatómico (N2), el cual no está disponible para la mayoría de los organismos debido a su triple enlace estructural. A nivel biológico, un número limitado de bacterias y cianobacterias tienen la capacidad evolutiva de transformar el N2 atmosférico en nitrógeno reducido y usarlo en sus procesos metabólicos (Galloway et al., 2004; Liu et al., 2011). Se estima que anualmente se fijan en el planeta cerca de 250 millones de toneladas de N2 por acción biológica, factor que influye directamente sobre la productividad de los ecosistemas y agrosistemas a favor de la humanidad (Galloway et al., 2004; Cleveland et al., 2011). Sin embargo, el incremento de las áreas cultivadas en el último siglo ha creado la necesidad de fijar N2 a nivel industrial para suplir las necesidades fisiológicas de los cultivos, proceso que requiere altos costos energéticos suplidos por el petróleo y, cuyo uso implica

Capítulo 1 11

desbalances del ciclo biogeoquímico del N con efectos negativos sobre el ambiente, como la eutrofización de ecosistemas acuáticos y emisión de GEI (Galloway et al., 2004; Rockstrom et al., 2009; Pfeiffer et al., 2012). La revolución verde llevo a que se privilegiara esta alternativa tecnológica, desestimando los aportes nitrogenados vía Materia orgánica y simbiosis rizosferica. En el suelo la micorriza arbúscular MA, se reconoce como simbiosis íntima entre la raíz de la planta y algunos hongos que habitan la rizósfera (Sánchez de Prager et al., 2007; Jaizme & Rodríguez, 2008; Prager et al., 2012). La MA desempeña papel importante en la absorción de nutrientes, sanidad de las plantas, manejo sostenible del suelo y del ambiente, siendo la simbiosis más común presente en cerca del 80% de las plantas cultivadas (Sieverding, 1991; Brundrett, 2002; Sánchez de Prager et al., 2009; Siqueira et al., 2010; Brandan, 2011). El incremento en la absorción de nutrientes del suelo que son de difícil obtención para las plantas, en particular del P y otros microelementos, ha sido el efecto más reconocido de la MA (Cardoso & Kuyper, 2006; Siqueira et al., 2010; Pérez & Peroza, 2013). Otros efectos ligados a la presencia de MA en el suelo son el control de nemátodos fitopatógenos, incremento de la estabilidad estructural del suelo, tolerancia al estrés hídrico en épocas secas, mitigación de toxicidad por metales pesados e incremento en la actividad de bacterias fijadoras de N2 y rizobacterias promotoras de crecimiento (Paula et al., 1993; Siqueira et al., 1999; Carneiro et al., 2001; Becerra, Castaño & Villegas, 2010; Gañán, Bolaños & Asakawa, 2011). La existencia de plantas como las leguminosas que forman simbiosis con rizobios y HMA para la obtención de N y P, se convierten en una estrategia agroecológica de gran importancia económica, social y ambiental.

1.1.1.1 Requerimientos para la fijación simbiótica de N2 en el suelo Este proceso requiere de alta compatibilidad entre la planta hospedera y el microorganismo simbionte, como también de adecuadas condiciones ambientales del suelo para el intercambio de señales que preceden la colonización (Leibovitch et al., 2001; Zhang et al., 2002; Sathish & Bhaskara, 2012). Flavonoides y otros compuestos de tipo fenólico, se han relacionado con señales bioquímicas de reconocimiento entre algunas leguminosas y rizobios del suelo (Hirsch et al., 2003; Garg, 2007; Sathish & Bhaskara, 2012). Debido a que el proceso de fijación simbiótica de N2 requiere de alto gasto energético en forma de ATP, su éxito se debe en gran medida a la disponibilidad de algunos nutrientes en el suelo, especialmente del fósforo (Ver Ecuación (1.1)). N2 + 16 ATP + 8e- + 10 H+ → 2NH4

+ + H2 + 16 ADP + 16 Pi (1.1)

Resultados de otras investigaciones resaltan la importancia del Fe y Mo en la fijación, ya que forman parte de la estructura del enzima nitrogenasa, responsable de la ruptura del


triple enlance del N2 atmosférico (Poole et al., 2008; Rotaru & Sinclair, 2009; Campo, Silva & Hungría, 2009). Elementos como el B, Ni, Co, Mg, Mn, Ca, Zn y Cu están relacionados como reguladores del proceso enzimático en la fijación simbiótica de N2, por lo que es importante su presencia en el suelo (Olson & Maier, 2000; Kaiser et al., 2003; Ampe et al., 2003; Johnston, 2004; Bolaños et al., 2006). En leguminosas el proceso de fijación de N2 requiere de asociación con rizobios del suelo, los cuales se agrupan en los géneros: Allorhizobium, Azorhizobium, Blastobacter, Bradyrhizobium, Burkholderia, Devosia, Ensifer, Mesorhizobium, Ralstonia, Rhizobium y Sinorhizobium (Graham, 2008). Gran parte de los fotosintatos producidos por las leguminosas son secretados a la rizósfera y aprovechados por los rizobios, que llegan a colonizar el tejido radical y se establecen en estructuras nodulares. Se estima que las leguminosas invierten entre 13 y 28% del total de fotosintatos en el proceso de fijación de N2 (D´Antuono, 2006; Vance, 2008; Esser, Kattge & Sakalli, 2011). La mayoría de fotosintatos son compuestos del carbono como la sacarosa, sucrosa, glucosa, fructosa y otros alcoholes de azúcar, que son asimilados por los rizobios mediante procesos bioquímicos como el metabolismo de la sucrosa y la glicólisis (Gordon et al., 1985; D’Antuono, 2006; Freixas, Reynaldo & Nápoles, 2010). A través del metabolismo de estos compuestos, los rizobios obtienen el ATP necesario para activar la enzima nitrogenasa, proceso que requiere de altos gastos energéticos (Schulze et al., 2002; D´Antuono, 2006; Vance, 2008). Por su parte, los rizobios retribuyen esta inversión a la leguminosa mediante provisión del NH4

+ obtenido por acción de la nitrogenasa, el cual es transportado y luego sintetizado en la planta o en el mismo nódulo en forma de aminoácidos simples como asparagina, glutamina, aspartato, glicina, glutamato y alanina (Kaiser et al., 1998; Freixas, Reynaldo & Nápoles, 2010). En esta forma el N2 fijado se incorpora directamente a la planta. Algunos factores de tipo biológico, como la presencia de microorganismos fitopatógenos; químicos, como pH ácido ó alcalino, oxidorreducción, presencia de insecticidas, fungicidas, metales pesados, sales y N en exceso por fertilización; físicos, como alta radiación ultravioleta, desecación y temperaturas extremas, pueden inhibir el proceso de fijación simbiótica de N2, por ello, el manejo cultural de los cultivos debe adecuarse a condiciones que optimicen el proceso simbiótico (Kurle & Pfleger, 1996; Dilworth et al., 2000; Davey & de Bruijn, 2000; Roessler & Müller, 2001; Wells & Long, 2002; Poole et al., 2008).

1.1.1.2 Requerimientos para la absorción de P por HMA en el suelo En la actualidad, los hongos micorrícicos arbusculares HMA se agrupan en cinco órdenes: Glomerales, Diversisporales, Gigasporales, Archaeosporales y Paraglomerales, dentro de los cuáles hay 26 géneros, siendo Glomus sp., el más frecuente (Oehl et al., 2011; Kivlin, Hawkes, Treseder, 2011; Montero et al., 2013). Estos hongos tienen la habilidad de colonizar las raíces de la mayoría de las plantas y formar una estructura simbiótica especializada, llamada Micorriza Arbuscular MA. Durante el establecimiento y

Capítulo 1 13

desarrollo de la MA, los micosimbiontes (HMA) forman diferentes estructuras invisibles a simple vista: esporas, hifas germinativas, apresorios, micelio extracelular, micelio intercelular e intracelular (arbúsculos) que aseguran la funcionalidad y beneficios de la simbiosis (Sánchez de Prager et al., 2009). Algunos géneros de HMA forman vesículas como órganos de almacenamiento, dando origen al primer nombre con que se conoció la simbiosis: micorriza vesículo- arbuscular (Sieverding, 1991). La colonización de la planta por HMA se encuentra ligada al metabolismo de dos elementos fundamentales para la vida: el carbono y el fósforo, que desencadenan a su vez el movimiento de otros nutrientes esenciales como el N, K, Zn, Cu, entre otros (Munyanziza et al., 1997; Sánchez de Prager et al., 2010; Smith et al., 2010; Blanke et al., 2011). En esta forma, la planta colonizada incrementa la absorción de nutrientes para sus procesos metabólicos, permitiéndole tolerar el estrés en suelos con baja fertilidad. Otro beneficio de los HMA es su efecto sobre la agregación del suelo por acción de su micelio externo o de moléculas cementantes, favoreciendo los procesos de conservación del mismo (Jakobsen et al., 1992; Sánchez de Prager et al., 2007). Incrementos en la absorción de agua, resistencia al ataque de fitopatógenos, aumento de la tasa fotosintética, acumulación de hormonas y, la interacción con otros organismos del suelo como los fijadores de N2, son otros efectos positivos encontrados en plantas colonizadas por HMA (Sieverding, 1991; Sánchez de Prager et al., 2007; Veresoglou et al., 2012). Al igual que los rizobios en la fijación simbiótica de N2, los HMA requieren del suministro y transferencia de fotosintatos desde la planta, ya que derivan la mayoría de su carbono del hospedero. Se estima que entre el 4 y 20% del carbono fijado en la fotosíntesis puede ser exportado a la MA (Sánchez de Prager et al., 2007). Gran parte de estos compuestos carbonados son hexosas, que son aprovechadas por los HMA mediante rutas metabólicas como los ciclos del glioxilato y de Krebs (Bago et al., 2001; Camarena- Gutiérrez, 2012). Por su parte, los HMA suministran a la planta fosfatos y otros elementos como retribución simbiótica. La disponibilidad del fosfato absorbido en el suelo por HMA está regulada por el pH, el tipo de arcillas, el contenido de MOS y, recientemente se ha encontrado la influencia de la actividad de fosfatasas (Sánchez de Prager et al, 2007). El suministro de P, a la planta inicia con la absorción del ion fosfato por parte del micelio externo desde la solución del suelo, el cual se condensa como polisfosfato y acumula en las vacuolas de los HMA (Uetake et al., 2002; Camarena- Gutiérrez, 2012). Posteriormente, el polifosfato se transporta por el citoplasma hasta los arbúsculos formados al interior de las células corticales, donde se libera a la planta por hidrólisis a través de la membrana celular, en interfase de membranas fungosa y vegetal (Harrison, 1999; Solaiman & Saito, 2001). Durante este proceso actúa el enzima succinato –deshidrogenasa (componente del ciclo de krebs), cuya presencia indica que el micelio del HMA está vivo y señala síntesis de ATP (Sánchez de Prager et al., 2010). Sin embargo, algunas características del suelo de tipo biológico, como la presencia hongos patógenos y nemátodos micófagos; físicas, como textura arenosa y régimen de humedad excesivo; químicas, como pH muy bajo o muy alto, bajos contenidos de materia orgánica y de nutrientes; pueden inhibir el proceso de formación de la MA (Varma, 1995; Blanco & Salas, 1997; Gosling et al., 2006). Otros factores antrópicos del manejo de los cultivos, como prácticas de encalamiento en suelos con pH ácido, labranza mecanizada, siembra de monocultivos y, la aplicación excesiva de fungicidas, fertilizantes, plaguicidas


y herbicidas, reducen significativamente la presencia de la MA (Munyanziza et al., 1997; Goss & de Varennes, 2002; Sánchez de Prager et al., 2007; Ipsilantis, Samourelis & Karpouzas, 2012).

1.1.1.3 Simbiosis tripartita en leguminosas Las leguminosas poseen genes comunes a la asociación con rizobios del suelo y HMA, que favorecen la simbiosis triple ó “tripartita” (planta- HMA-rizobios), la cual constituye una alta capacidad adaptativa para tolerar el estrés biótico y abiótico, por suministro de agua y nutrientes (Borisov et al., 2008; Mortimer et al., 2008). En soya, se ha encontrado relación entre la expresión de algunos genes con la síntesis de flavonoides que activan señales de reconocimiento entre la planta y los microorganismos rizosféricos responsables de la triple asociación (Antunes et al., 2006). Algunos estudios muestran incrementos significativos en la producción de auxinas promotoras de crecimiento como el ácido indolacético, con el establecimiento de la simbiosis tripartita en leguminosas (Niranjan et al., 2007). Se considera que el incremento en la producción de ácido indolacético se debe al alto contenido de triptófano en nódulos maduros, factor que incide positivamente sobre el desarrollo de la planta (Chakrabarti et al., 2010). Sin embargo, el mayor desarrollo de las plantas en simbiosis triple se ha atribuido, en la mayoría de los casos, a la alta fijación de N2 atmosférico y al incremento en la tasa de absorción de nutrientes como el P vía HMA (Meghvansi et al., 2008; Juge et al., 2012). Algunas prácticas del manejo convencional de los cultivos afectan el establecimiento de la triple asociación en leguminosas. De Varennes & Goss (2007), encontraron reducción significativa de la asociación soya-HMA-rizobios en suelos disturbados por labranza, comparados con suelos bajo labranza mínima. Este resultado negativo puede tener relación con incrementos en la temperatura del suelo y la reducción de espacios porosos por compactación (Zhang et al., 1995). Otro estudio demostró que el uso de glifosato para el control de arvenses en soya, redujo significativamente las poblaciones de HMA y rizobios del suelo, afectando la fijación de N2 y la absorción de nutrientes de la solución del suelo (Powell et al., 2008). El uso de leguminosas en prácticas agroecológicas para el manejo de la fertilidad de los cultivos potencia la simbiosis tiple, generando beneficios a los productores como la reducción del uso de insumos externos, incrementos en la relación beneficio/costo, conservación del suelo, entre otros (Rosemeyer & Gliessman, 1992; Crews & Peoples, 2004; Cardoso & Kuyper, 2006; Rispail et al., 2010). Los policultivos, las rotaciones, los cultivos de cobertura, los acolchados orgánicos y los abonos verdes son algunas prácticas agroecológicas sugeridas para la sustentabilidad de los agroecosistemas (Gliessman, 1998; Altieri & Nicholls, 2012; Prager et al., 2012).

Capítulo 1 15

1.2 Los Abonos Verdes y Acolchados Orgánicos como Estrategias Tecnológicas dentro de la Agroecología

1.2.1 Abonos Verdes (AV) Los AV son plantas que se siembran en rotación y/o asocio con un cultivo comercial, son incorporadas al suelo in situ en busca de mantener, mejorar o restaurar sus propiedades físicas, químicas y biológicas (Da Costa et al., 1993; García et al., 2002, Yang, 2012, Mancinelli et al, 2013). En algunas ocasiones, los AV se utilizan antes de su incorporación, como alimento de animales ó para el consumo humano (Crespo et al., 2011). Como AV se recomienda el uso de plantas de tipo herbáceo, con rápido crecimiento y alta capacidad adaptativa al medio (Prager et al., 2001). Generalmente se usan leguminosas debido a poseer dos simbiosis: 1) leguminosa- rizobios, que permite que el sistema se enriquezca en nitrógeno a través del tiempo, mediante fijación biológica de N2, y 2) leguminosa-HMA, que las capacita para absorber con mayor eficiencia el P disponible en el suelo, además de otros nutrientes y beneficios colaterales (Prager et al., 2012). La situación de simbiosis tripartita leguminosa-rizobios- HMA da origen a sinergias entre estos organismos y otros asociados en la rizósfera de las plantas presentes, que se van a manifestar en la productividad y sanidad del AV y cultivos adjuntos y/o posteriores (Sánchez de Prager et al., 2010). Sin embargo, las plantas a utilizar como AV pueden ser otras especies diferentes a las leguminosas como, por ejemplo, las gramíneas, crucíferas y las mismas arvenses acompañantes del cultivo (Flores, 1991; Bunch, 1994; Prager et al., 2012). Una vez se incorporan los AV, la liberación de nutrientes al suelo dependerá de factores como: humedad, temperatura y la relación C/N de los restos vegetales (Dinnes et al., 2002). Cuando la relación C/N se encuentra entre 10 y 12 se inicia rápidamente el proceso de mineralización del N por microorganismos amonificantes del suelo, perdiéndose incluso gran cantidad a la atmósfera en forma de amonio (Dinnes et al., 2002; Sanclemente y Prager, 2009). Por el contrario, si la relación C/N es superior a 20, el N es inicialmente inmovilizado por la biomasa microbiana del suelo y el proceso de mineralización es más lento, lo que genera una liberación más racional del nutriente (Green & Blackmer, 1995). Por esta razón, es recomendable usar mezclas de AV (Por ejemplo: leguminosas + gramíneas ó crucíferas), con el fin de mejorar los aportes de materia orgánica al suelo y optimizar el N2 fijado para uso de los cultivos comerciales (Martín & Rivera, 2004; Netto et al., 2012; Prager et al., 2012).


1.2.2 Acolchados orgánicos (AO) El mulch ó AO, es una práctica agrícola que consiste en mantener cubierto el suelo con residuos vegetales que sirven como barrera de protección de la erosión, al mismo tiempo que aportan materia orgánica fresca y nutrientes (Piotrowsca & Wilczewski, 2012). Se practica en periodos de reposo del suelo como en periodos de cultivo, donde incluso actúa como acolchado el mismo barbecho (Smith et al., 1987; Barrios et al., 2005; Pauli et al., 2011). Se han encontrado otros efectos anexos al uso de AO en prácticas de conservación, como: mayor retención de humedad del suelo en épocas secas, reducción de la temperatura superficial del suelo, mejora de la actividad simbiótica de leguminosas con rizobios y HMA, incremento en poblaciones de macroorganismos del suelo, reducción de arvenses e incremento de la productividad en cultivos comerciales (Navia, 2006; Sanclemente y Prager, 2009; Franczuk et al., 2010; Sarkar et al., 2011). Sin embargo, su eficacia dependerá del tiempo de permanencia en el suelo. Al igual que el AV, el AO proveniente de restos vegetales con alta relación C/N y alto contenido de lignina, polifenoles y taninos, tiende a permanecer más tiempo sobre la superficie del suelo por su baja tasa de descomposición. De otro lado, materiales con baja relación C/N y altos contenidos de almidones, celulosa, azúcares simples, aminoácidos libres y lípidos, permanecen cortos periodos de tiempo sobre el suelo (Gómez, 2004; Cobo et al., 2008). Un factor de manejo que diferencia la práctica del AO con el AV, es que los restos vegetales no se incorporan en el suelo y en cambio, se adicionan sobre superficie. De esta forma, existe menor área de contacto entre los restos vegetales y los organismos del suelo, lo que reduce la cinética de descomposición (Dinnes et al., 2002; Findeling et al., 2007). Esta característica aventaja al AO, ya que al no disturbarse el suelo se mitiga la emisión de GEI como el CO2 y el N2O (Sanclemente y Prager, 2009; Correa, 2010; Prager et al., 2012).

1.2.3 El uso de Mucuna pruriens por productores agroecológicos El frijol terciopelo Mucuna pruriens es una leguminosa perteneciente a la familia Fabaceae, originaria de los Himalayas asiáticos (Duke, 1981; Buckles & Arteaga, 1993). Su uso por agricultores asiáticos es reconocido, sobre todo por el carácter de planta multipropósito en el manejo de la fertilidad de los cultivos y la medicina por sus altos contenidos de L-dopamina, compuesto usado para tratar la enfermedad de Parkinson (Sathyaranayana et al., 2011; Rayna & Khatri, 2011; Ahmad et al., 2012). De ahí que su semilla se haya esparcido hacia los continentes de África y América, donde finalmente llegó en los años 1930´s para cubrir casi un millón de hectáreas en los Estados Unidos (Buckles, 1994). Posterior a su llegada a los Estados Unidos, fue llevada a plantaciones de la United Fruit Compañy en México, Guatemala y Honduras, para consumo animal y mejoramiento de la fertilidad del suelo en plantaciones de banano (Bunch & Kadar, 2004). Debido a los excelentes resultados obtenidos, muchos agricultores pequeños de Centroamérica la adoptaron como planta acompañante para el manejo de la fertilidad de

Capítulo 1 17

cultivos tradicionales como el maíz, bajo sistemas de cultivo asociado, barbecho mejorado y abono verde (Buckles, 1994; Bunch & Kadar, 2004). Sólo en Honduras, el 55% del maíz sembrado en el litoral atlántico se hace en asocio con M. pruriens en sistema que se denomina la abonera (Pool et al., 1998). No obstante, los reportes más recientes de investigaciones formales acerca del uso de M. pruriens en la agricultura, provienen de África central, donde la planta es utilizada por pequeños agricultores en el aporte de nutrientes en suelos ácidos de baja fertilidad, debido a su alta capacidad adaptativa, fijación de N2, efecto nematicida y alelopático (Baijukya et al., 2004; Anthofer & Kroschel, 2005; Shoko, 2009; Olorunmaiye & Afolayan, 2012).

1.2.3.1 Fijación de N2 y absorción de nutrientes en Mucuna pruriens El principal uso de M. pruriens en la agricultura es como cultivo asociado, abono verde ó acolchado orgánico (Bunch & Kadar, 2004), dado que aventaja a otras especies en su alto aporte de materia orgánica y de nutrientes al suelo (CIDDICCO, 2003). M. pruriens presenta estrategias adaptativas, como la fijación de N2 atmosférico a través de simbiosis con rizobios del suelo, así como absorción de P y otros nutrientes por asociación con HMA, logrando una biomasa verde con alta acumulación de elementos importantes para la agricultura durante sus primeros estados fenológicos (Shoko, 2009). Algunos autores registran contenidos de N entre 1.7 y 2.9%, P entre 0.1 y 0.2%, K entre 0.5 y 1.3%, Ca entre 1.4 y 2.0%, Mg entre 0.9 y 2.6%; así como contenidos de lignina entre 7.9 y 16.8% y polifenoles solubles entre 2.0 y 8.8%, como se ilustra en la Tabla 1-1.

1Tabla 1-1. Comparativo de composición de la biomasa verde de Mucuna pruriens en estado fenológico de prefloración. Datos recopilados por el autor a partir de resultados de otras investigaciones.

Compuesto químico Buckles &

Thiompe, 1998Baijukya et al.,

2004 Anthofer &

Kroschel, 2005 Cobo et al.,

2008

% Nitrógeno 2.8 1.7 2.5 2.9

% Fósforo 0.2 0.1 0.2 0.2

% Potasio 1 0.5 1.3 -

% Calcio 1.4 - 2.0 -

% Magnesio 2.6 - 0.9 -

% Lignina - 16.6 16.8 7.9

% Polifenoles solubles - 2.0 4.0 8.8

Relación Lignina/ Nitrógeno - 9.6 6.7 2.7

Relación Polifenoles/Nitrógeno - 1.1 1.6 3.0

Relación (Lignina+Polifenoles)/Nitrógeno 10.5 10.7 8.3 5.8

Estos niveles de nutrientes son importantes al adicionar o incorporar los residuos vegetales, si se considera que la especie puede llegar a producir entre 5 y 12 t.ha-1.año-1

de materia seca (Flores, 1991; Sanclemente y Prager, 2009). La fijación de N2 en M. pruriens depende de las condiciones agroecológicas del sitio, en especial de la fertilidad del suelo (Kaizzi et al., 2006; Blanchart et al., 2006). En suelos de baja fertilidad el P es limitante para la fijación en M. pruriens, por ello, los investigadores lo incluyen como


factor adicional en sus tratamientos experimentales para potencializar los beneficios de la especie (Pypers et al., 2007; Shoko, 2009). Kaizzi et al., (2006) evaluando diferentes usos y beneficios de M. pruriens como abono verde complementada con fertilización mineral, sobre los rendimientos de maíz Zea mays L. en cuatro zonas agroecológicas de Uganda (África), registraron rangos de fijación de N2 atmosférico entre 34 y 108 kgN.ha-1. En otra investigación, se encontró alta correlación entre la fijación de N2 por M. pruriens y la fertilidad del suelo, obteniendo rangos entre 42 y 132 kgN.ha-1 en suelos de baja fertilidad, entre 67 y 204 kgN.ha-1 en suelos de mediana fertilidad y, entre 74 y 234 kgN.ha-1 en suelos de alta fertilidad. Estas diferencias se atribuyeron entre otras causas, al contenido de P disponible en cada tipo de suelo (Ojiem et al., 2007). Shoko (2009), evaluó el efecto del P y N en el cultivo de M. pruriens, como tecnología agroecológica de la producción de maíz en Zimbabwe (África). El experimento se realizó en un suelo Kandiudalfic Eutaudox de pH 5.2, contenido de M.O de 0.33% y nivel aceptable de nutrientes. Como tratamientos se usaron dos niveles de P (0 y 40 kgP.ha-1) en la fertilización de M. pruriens para potenciar la fijación de N2. Se observó incremento significativo en la producción de biomasa vegetal (78%), el contenido de nódulos en la raíz (47%) y fijación de N2 (82%), cuando se usó la dosis de 40 kgP.ha-1, comparado con el testigo. La máxima fijación de N2 se produjo antes de la floración, con un valor de 166 kgN.ha-1. En el mejor tratamiento, se observó concentración de nutrientes en la biomasa de M. pruriens en prefloración de 6.6%, 1.1% y 5.2% para el N, P y Ca, respectivamente. Resultados similares se encontraron en Malawi (África) usando 20 kg.ha-1 de SPT y en Nigeria (África) usando 90 kgP.ha-1 como roca fosfórica (Pypers et al., 2007; Abarchi et al., 2009; Kamanga et al., 2010). Esto indica la intervención del P en el proceso de fijación simbiótica de N2, llevado a cabo por los rizobios asociados a M. pruriens. Kumar et al., (2006) evaluando la diversidad de géneros de rizobios en la fijación de N2 por M. pruriens, encontraron dominancia del género Sinorhizobium sp. En este estudio fueron aisladas cinco especies del género Sinorhizobium sp. en nódulos de M. pruriens. Mediante pruebas microbiológicas, hallaron alto potencial benéfico de las especies aisladas sobre la regulación de hongos fitopatógenos como Macrophomina phaseolina y Fusarium oxysporum, la formación de sideróforos, solubilización de fosfatos y producción de moléculas promotoras de crecimiento como el ácido indolacético. De otro lado, M. pruriens presenta también asociación con hongos micorrícicos arbusculares HMA. Blanco & Gutiérrez, (1998) encontraron incremento significativo en las poblaciones de Glomus sp., en los tratamientos donde se usó M. pruriens como abono verde o cobertura vegetal, en suelos ácidos (pH 4.5) de Costa rica (Centroamérica). En otro estudio, evaluando sistemas agroecológicos de rotación en Nigeria (África), se encontraron valores de dependencia micorrícica cercanos al 33% en M. pruriens, 36% en maíz y 46% en soya (Nwoko & Sanginga, 1999). En suelos con bajo contenido de P disponible en Benin (África), se encontró incremento significativo del porcentaje de colonización de HMA en M. pruriens comparado con otras leguminosas, variable que correlacionó con la absorción de N y P en tejidos (Houngnandan et al., 2000).

Capítulo 1 19

1.2.3.2 Aporte de nutrientes al suelo con el uso de Mucuna pruriens como AV y AO

El aporte de nutrientes al suelo con el uso de M. pruriens como AV ó AO inicia con la descomposición y mineralización de sus compuestos orgánicos (Sanclemente & Prager, 2009; Shoko, 2009). En la Tabla 1., se observa que los valores de la relación: (Lignina+ Polifenoles)/Nitrógeno en M. pruriens son bajos (5.8 – 10.7), lo que origina la mineralización rápida de sus compuestos por acción de los organismos del suelo (Cobo et al., 2008). Sin embargo, esta característica no es del todo deseada ya que el N2 fijado puede perderse por volatilización como NH4

+ ó N2O bajo condiciones anaeróbicas y/o como NO3

- al favorecer el proceso de nitrificación. Por esta razón, es recomendable la mezcla del material con una gramínea, la cual, gracias a su alto contenido de lignina permitiría elevar esa relación. La mineralización de los compuestos orgánicos de M. pruriens comienza con el trabajo de la macrobiota del suelo, que aprovecha los nutrientes presentes en la biomasa mediante troceado, ingestión y digestión de residuos que posteriormente son aprovechados por microorganismos edáficos. En investigación desarrollada en Benin (África), se evaluó el efecto de la cobertura de M. pruriens sobre las comunidades de macrofauna y nematofauna del cultivo de maíz, donde se encontró que el establecimiento de la cobertura favoreció el desarrollo de las lombrices de tierra, milpiés, ciempiés, coleópteros adultos, dípteros e isópodos, y redujo las poblaciones de hormigas y dermaptera en comparación con los demás tratamientos convencionales (Blanchart et al., 2006). La presencia de M. pruriens modificó la composición y diversidad de la macrofauna, y estimuló el desarrollo de organismos que pueden promover la estructuración del suelo y hacer más disponibles los nutrientes. Resultados similares han sido obtenidos en México donde se registró incremento en la densidad y biomasa de lombrices de tierra Polypheretima elongata y Dichogaster sp., con la adición de hojarasca de M. pruriens como AO en el cultivo de maíz (Huerta et al., 2005). Al evaluar el efecto de la descomposición de la biomasa vegetal de M. pruriens en suelos Humic Acrisol y Alumi humic Ferrasol de Tanzania (África), investigadores registraron en laboratorio una mineralización del 25% del N aportado con la biomasa, equivalente a 58 mg.kg-1 de suelo. Se observó que durante las tres primeras semanas, el N fue inmovilizado por los microorganismos edáficos, para posteriormente pasar a formas inorgánicas como NO3

- y NH4+ (Baijukya et al., 2004). Resultados similares se han

registrado en Ghana (África) donde la alta inmovilización del N durante los primeros días de incubación de la necromasa de M. pruriens, tuvo correlación con el incremento en la biomasa microbiana. Esto se atribuyó a la baja relación C/N de los residuos de la leguminosa, y a su bajo contenido de celulosa y lignina (Fosu et al., 2007). Sanclemente y Prager, (2009) evaluaron el uso de M. pruriens como AO y AV sobre algunas propiedades físicas, químicas y biológicas de un Typic Haplustalfs de la ciudad de Palmira (Colombia) y encontraron incremento en el suelo de 201 kgN.ha-1 cuando se usó M. pruriens, en comparación con el testigo. Estos valores tuvieron correlación con los


rendimientos de grano seco de maíz, los cuales fueron de (6.5 t.ha-1) y (4.1 t.ha-1), para el AO y testigo, respectivamente. Al evaluar el uso de M. pruriens como AV sobre la mineralización del P en Vietnam (Asia), investigadores encontraron incrementos significativos del contenido de P intercambiable con respecto al testigo. Los resultados se explicaron a partir de la óptima relación C/P cercana a 180 en M. pruriens que permite potencializar los procesos de mineralización del P orgánico adicionado (Pypers et al., 2005). Resultados similares se registraron en Nueva Guinea (África) donde la aplicación de roca fosfórica en plantaciones de M. pruriens como AV del cultivo de maíz, generó incrementos significativos del P intercambiable del suelo con respecto al testigo, expresándose en altos rendimientos (Vanlauwe et al., 2000).

1.3 Los Cultivos Tradicionales: Maíz Zea mays L. y Soya Glycine max L.

El maíz Zea mays L., es de los granos alimenticios más antiguos que se conocen y debido a sus bondades y multitud de usos se ha convertido a nivel mundial en el cultivo más importante entre los cereales, con una producción cercana a 796 millones de t.año-1 (FENALCE, 2011). Los principales productores de maíz son Estados Unidos, China, Brasil, Argentina y Sudáfrica, los cuales destinan el grano principalmente a la alimentación animal y a la producción de bioetanol. En Colombia, el maíz se siembra semestralmente en cerca de 581 mil hectáreas, con una producción cercana a 1.5 milllones de t.año-1 entre maíz amarillo y blanco (Federación Nacional de Cultivadores de Cereales y leguminosas- FENALCE, 2013). Algunos departamentos como el Valle del Cauca, Córdoba, Meta, Huila y Tolima poseen los mayores rendimientos en grano seco, incluso superando las 7 t.ha-1. Sin embargo, la producción de maíz en Colombia se afectó en los últimos años por los altos costos de producción comparados con los bajos precios de venta fijados y la importación del producto desde otros países, dejando la actividad como poco viable económicamente comparada con otras formas de inversión (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural- MADR, 2009; Departamento Administrativo Nacional de Estadística- DANE, 2013). La producción mundial de granos de soya (Glycine max L.) representa cerca de 286 millones de t.año-1 siendo el cultivo leguminoso más cultivado, gracias a su alto valor nutricional en la alimentación humana y animal (United States Department of Agriculture- USDA, 2013). Los principales países productores se soya son Estados Unidos, Brasil, Argentina, China e India. En Colombia existen cerca de 18 mil hectáreas cultivadas semestralmente en soya, las cuales producen cerca de 55 mil t.año-1. Del total nacional, el Valle del Cauca posee cerca de 3 mil hectáreas cultivadas en soya y una producción de cerca de 12 mil t.año-1, siendo el departamento con mayores rendimientos, cercanos a 2 t.ha-1 (Federación Nacional de Cultivadores de Cereales y leguminosas- FENALCE, 2013). Al igual que el maíz amarillo, la soya se constituye en materia prima fundamental para la producción de harinas y aceite para consumo humano, sin embargo, el principal mercado al que se destina la producción de este cultivo en Colombia es a la elaboración

Capítulo 1 21

de alimentos balanceados para animales, razón por la que el producto más valorado es la torta (Departamento Administrativo Nacional de Estadística- DANE, 2013). Al igual que el maíz, la producción de soya se ve afectada por la baja relación beneficio/costo, factor que incide sobre el incremento en las importaciones del producto y el desestimulo de los productores locales.

1.3.1 Beneficios de la asociación maíz- soya De acuerdo con Altieri & Liebman (1986), dos de las características que deben poseer las tecnologías para pequeños productores son reducir la dependencia de recursos externos y mantener la biodiversidad en el sistema. Los productores tradicionales en muchas zonas de América latina, comprenden la importancia de mantener la diversidad en los sistemas de cultivo, al mismo tiempo que favorecen las sinergias. Un ejemplo de estos sistemas lo constituye la milpa en Centroamérica, donde cultivos tradicionales como el maíz, frijol y calabaza se asocian en sistemas agroforestales, con miras a mejorar el ciclaje de nutrientes, mantener poblaciones activas de reguladores biológicos, hacer uso eficiente del agua, controlar arvenses e incrementar la productividad por unidad de área (Ferguson et al., 2009). La asociación maíz- frijol, alrededor del mundo la adoptan principalmente agricultores de bajos recursos que buscan incrementar la productividad del suelo haciendo uso eficiente de los recursos (Francis, 1989). Francis, Flor & Prager (1978) realizando ensayos en el Valle del Cauca (Colombia) en sistemas de cultivo maíz- frijol asociado y en monocultivo, encontraron incremento del 50% en el uso equivalente de la tierra (UET), con la asociación comparada con los sistemas en monocultivo. Como resultado alterno, encontraron menor incidencia de cogollero Spodoptera frugiperda Smith., en el maíz asociado, comparada con el sembrado en monocultivo. Al evaluar el uso de abonos verdes en sistemas de cultivo de maíz asociado con leguminosas del Valle Central de Oaxaca (México), investigadores registraron valores del UET de 1.59 en el sistema asociado maíz-soya, significativamente mayor que los obtenidos en sistemas maíz- Crotalaria y maíz- frijol común. Los resultados obtenidos se asociaron a mayor eficiencia en la absorción del N y P aportado con los abonos verdes por el sistema maíz-soya (Ruiz & Loaeza, 2003). En otro estudio donde se evaluaron algunos mecanismos simbióticos rizosféricos en el sistema asociado maíz- soya, se encontró correlación entre la presencia de HMA del género Glomus sp. en el suelo y la fijación de N2 atmosférico en soya. Los resultados se explicaron por una mayor absorción de P del suelo por parte de las raíces de maíz y soya asociadas con los HMA. La fijación de N2 atmosférico en la soya asociada fue significativamente mayor que el monocultivo (Van Kessel et al., 1985). En Nigeria (África), al evaluar la productividad de sistemas de cultivo asociado maíz- soya mediante variación en la densidad de siembra con arreglos 1:1, 2:2 y 1:2, se registraron incrementos en el UET del 51, 44 y 45% respectivamente, comparados con los monocultivos (Undie et al., 2012).


Al estudiar las interacciones rizosféricas en la asociación maíz-soya bajo condiciones controladas de invernadero, investigadores encontraron mejor acogida al medio con cepas de Glomus mosseae y Bradyrhizobium japonicum adicionadas en el sistema asociado, comparado con el monocultivo de soya. Como resultado alterno, observaron zonas de transferencia de nutrientes entre hifas comunes de Glomus mosseae asociadas a las raíces de maíz y soya. Estos resultados pueden explicar cómo gran parte del N2 fijado y metabolizado en la soya puede llegar a ser transferido al maíz y, éste a su vez transferir fotosintatos a la soya como retribución sinérgica (Bethlenfalvay et al., 1991).

Capítulo 2 23

2 Capítulo 2. Materiales y Métodos

2.1 Localización y Estado Inicial del Suelo El ensayo se desarrolló en campo durante los semestres 2011-II y 2012-I en instalaciones del Centro Experimental de la Universidad Nacional de Colombia CEUNP, ubicado a 990 m.s.n.m., 3° 24’ latitud N y 76° 26’ longitud O, jurisdicción del corregimiento El Carmelo municipio de Candelaria (Colombia). El suelo clasificado como Typic Haplustert francoso fino isohipertérmico (Roveiro et al.,1997), estuvo en descanso por ocho años antes del ensayo. En junio de 2011 se realizó caracterización inicial del suelo de (0-20) cm de acuerdo con metodología del IGAC2 (2004), mediante toma de submuestras del lote experimental, las cuales se recogieron en bolsas plásticas, se almacenaron en nevera de polipropileno y se transportaron hasta los laboratorios de servicios analíticos del CIAT3 y Física de suelos de la Universidad Nacional de Colombia- Sede Palmira, donde se analizaron algunas propiedades químicas y físicas, como lo muestra la Tabla 2-1.

2Tabla 2-1. Caracterización inicial del Suelo de (0- 20 cm).

Propiedades Químicas (*) Propiedades Físicas (**)

Parámetro Unidad Valor Parámetro Unidad Valor

pH (1:1) 6.8 Clase Textural Franco Arcillosa

M.O. g.kg-1 26.6 Densidad Aparente g.cm-3 1.8

N- total mg.kg-1 1174.5 Densidad Real g.cm-3 2.6

N-NH4 mg.kg-1 4.42 Porosidad cm3.cm-3 31.6

N-NO3 mg.kg-1 13.8 Índice de Estabilidad Estructural 0.8

P (Bray II) mg.kg-1 57.4

C.I.C. cmol.kg-1 21.1

K cmol.kg-1 0.4

Ca cmol.kg-1 10.9

Mg cmol.kg-1 5.6

Na cmol.kg-1 0.1

S mg.kg-1 28.0

B mg.kg-1 1.4

Fe mg.kg-1 8.8

Mn mg.kg-1 61.7

Cu mg.kg-1 0.6

Zn mg.kg-1 1.5

Fuentes: (*) Laboratorio de Servicios analíticos CIAT. (**) Laboratorio de Física de Suelos UNAL- Palmira (2011).

2 Instituto Geográfico Agustín Codazzi (Colombia). 3 Centro Internacional de Agricultura Tropical. Ubicado en el km 17 recta Cali- Palmira (Colombia).


De acuerdo con lo planteado por Jaramillo (2002), el suelo presentó bajo contenido de materia orgánica (26.6 g.kg-1), alta saturación de bases (K, Ca, Mg) con 80% de la CIC, contenido intermedio de N inorgánico (18.26 mg.kg-1) y alto contenido de P (57.4 mg.kg-

1). El contenido de elementos menores fue medio para S (28.0 mg.kg-1), B (1.4 mg.kg-1), Mn (61.7 mg.kg-1) y bajo para Fe (8.8 mg.kg-1), Cu (0.6 mg.kg-1) y Zn (1.5 mg.kg-1). Con respecto a propiedades físicas, el suelo presentó textura Franco arcillosa con predominio de arcillas 2:1 (características vérticas), alta densidad aparente (1.8 g.cm-3), baja porosidad (31.6%) y un índice de estabilidad estructural (0.79) haciéndolo susceptible a procesos de degradación como erosión laminar debido a su deficiente drenaje (Roveiro et al., 1997).

2.1.1 Lámina de Agua en el Sistema La entrada de agua al sistema se evaluó mediante metodología descrita por el IDEAM4 (2011), a través de la ponderación de registros de intensidad de lluvia y riego de tres (3) pluviómetros ubicados en el lote experimental (Figura 2-1). Los meses de agosto y septiembre de 2011, y febrero de 2012 se aplicó riego en el lote con cañón de aspersión. El agua de riego utilizada provino de aljibe ubicado en el CEUNP. El nivel de humedad alcanzado con el riego estuvo cercano a capacidad de campo, evitando saturación del suelo y anegamiento.

5Figura 2-1. Distribución semanal de lámina de agua en el suelo (precipitación + riego) en mm, durante los semestres 2011-II y 2012-I.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio

2011B 2012A

mm

4 Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (Colombia).

Capítulo 2 25

2.2 Establecimiento del Ensayo en Campo Para el establecimiento del ensayo se realizó preparación del terreno usando mecanización agrícola. Se realizó el trazado del lote experimental durante el semestre 2011-II, estableciéndose el sistema de cultivo intercalado Frijol terciopelo M. pruriens Var. Utilis, Accesión CIAT 9349 - Maíz Zea mays L. Var. ICA 305 comercial, en diseño de bloques completos al azar con tres repeticiones y tamaño de parcela 60m2 (6X10m). La siembra se realizó en surcos 2X1 (2 de M. pruriens x 1 de maíz) a razón de 110 y 14 kg de semilla.ha-1 respectivamente (Figura 2-2). Se realizó fertilización con roca fosfórica en (90 kgP.ha-1), KCl en (30 kg.K.ha-1), elementos menores Fe, Cu y Zn en (1.2 kg.ha-1). El manejo de las arvenses se hizo manual durante los primeros 30 días de iniciado el experimento. En periodos secos, se aplicó riego por aspersión.

6Figura 2-2. Establecimiento del sistema de cultivo M. pruriens- maíz (semestre 2011-II). A) trazos en surcos 2X1 (M. pruriens- Maíz). B) Desarrollo vegetativo 30 d.d.s. C) Estado fenológico de prefloración 50 d.d.s.

Fotografías: El Autor (2011).


2.2.1 Prácticas Agroecológicas de AV, AO y BA en el sistema comercial

Noventa (90) días después de la siembra del sistema M. pruriens- maíz, se cosechó el maíz choclo y se aprovecharon los residuos vegetales bajo las prácticas de AV y AO como mecanismo de aporte de nutrientes y materia orgánica al sistema maíz- soya, sembrado durante el 2012-I. El propósito de este aporte fue evaluar su efecto sobre la simbiosis rizosférica y la movilización de nutrientes como el N y P en el agroecosistema. Como control de la investigación, se utilizaron los residuos vegetales del barbecho (BA) predominante de la zona Rottboellia cochinchinensis (Figura 2-3).

7Figura 2-3. Manejo de residuos vegetales (Semestre 2011-II). A) Biomasa aérea del sistema M. pruriens- maíz. B) Incorporación de AV con uso de motocultor. C) Adición de AO. D) Adición de BA (R. cochinchinensis).

Fotografías: El Autor (2011). La cantidad de AV y AO proveniente de la mezcla de residuos de cosecha M. pruriens - maíz y BA R. cochinchinensis, se calculó mediante técnica del cuadrante de 1m2 (1m X 1m) el cual se lanzó al azar dentro de las parcelas para extracción de la biomasa (López et al., 2011). A la biomasa extraída se le estimó el contenido de materia seca, luego de usar deshidratación en horno a 1050C por 24 horas. La materia seca se distribuyó en

Capítulo 2 27

raíces, tallos y hojas para su posterior análisis químico. Para el AV y AO la materia seca fue de 4.174,4 kg.ha-1 y para el BA fue de 2.245,3 kg.ha-1. En el AV los residuos fueron incorporados de 0-10 cm del suelo, mediante uso de equipo motocultor para arado. En AO y BA los residuos fueron cortados mediante uso de guadaña y luego adicionados sobre la superficie del suelo, evitando disturbación.

2.2.2 Evaluación experimental Con el fin de evaluar los efectos de las prácticas agroecológicas de AV, AO y BA, se usó diseño de bloques completos al azar con arreglo en parcelas divididas y tres réplicas. Adicionalmente, se establecieron dos tratamientos como controles de la investigación consistiendo en los monocultivos convencionales de maíz y soya, para un total de 11 tratamientos. Las parcelas principales fueron: 1) AV (residuos vegetales de cosecha M. pruriens -maíz), 2) AO (residuos vegetales de cosecha M. pruriens -maíz), y 3) BA (residuos del barbecho espontáneo R. cochinchinensis), como lo muestra la Tabla 2-2.

3Tabla 2-2. Descripción de los tratamientos y su aporte de C, N, P y K en parcela principal y Subparcela.

Nombre

Descripción

Cultivos

Parcela Principal (kg.ha-1) Subparcela (kg.ha-1)

C N P C N P K

(T1) AV+C Abono verde + Compost Maíz- Soya 1668.3 78.6 10.9 646 50 136 119

(T2) AV+Q Abono verde + NPK (15- 15- 15) Maíz- Soya 1668.3 78.6 10.9 - 50 50 50

(T3) AV Abono verde Maíz- Soya 1668.3 78.6 10.9 - - - -

(T4) AO+C Acolchado orgánico + Compost Maíz- Soya 1668.3 78.6 10.9 646 50 136 119

(T5) AO+Q Acolchado orgánico + NPK (15- 15- 15) Maíz- Soya 1668.3 78.6 10.9 - 50 50 50

(T6) AO Acolchado orgánico Maíz- Soya 1668.3 78.6 10.9 - - - -

(T7) BA+C Barbecho + Compost Maíz- Soya 858.1 34.3 6.4 646 50 136 119

(T8) BA+Q Barbecho + NPK (15- 15- 15) Maíz- Soya 858.1 34.3 6.4 - 50 50 50

(T9) BA Barbecho Maíz- Soya 858.1 34.3 6.4 - - - -

(T10) CM+Q NPK (15- 15- 15) Maíz 858.1 34.3 6.4 - 50 50 50

(T11) CS+Q NPK (15- 15- 15) Soya 858.1 34.3 6.4 - 50 50 50

El tamaño de la parcela experimental fue de 20m2 (6 X 3.34m) donde se estableció el sistema de cultivo Maíz Zea mays L. - soya Glycine max L., en surcos 2 x 1, a razón de 200.000 plantas.ha-1 de soya y 60.000 plantas.ha-1 de maíz. Los dos monocultivos controles se sembraron con similar densidad. Las subparcelas consistieron en tres tipos de fertilización adicional del intercultivo: 1) Sin fertilización adicional, 2) Abono orgánico tipo compost a razón de 3.4 t.ha-1 (Anexo A.), y 3) Fertilizante de síntesis química (15- 15- 15) a razón de 334 kg.ha-1. Las dosis de aplicación de compost y fertilizante de síntesis química se calcularon con base al percentil más bajo de aplicación de N en el sistema de cultivo de 50 kgN.ha-1 (Departamento Administrativo Nacional de Estadística- DANE, 2013). En los monocultivos el manejo de la fertilización fue convencional (C), usándose la misma dosis de fertilizante de síntesis química (15- 15- 15).


2.2.3 Conducción del Experimento La Figura 2-4, ilustra la distribución de siembra en las parcelas experimentales. El sistema maíz- soya se sembró de manera sincrónica, 20 días después de haberse adicionado ó incorporado el AV, AO y BA.

8Figura 2-4. Distribución del experimento en campo (2012-1).

La adición del compost y fertilizante de síntesis en el manejo de las subparcelas, se hizo en dos épocas: 1) 10 días después de la siembra y, 2) 30 días después de la siembra, aplicándose en cada una de las épocas el 50% de la dosis total. En periodos secos, se usó riego por aspersión hasta llegar a nivel de humedad del suelo cercano a capacidad de campo. A todos los tratamientos se les aplicó vía foliar los elementos menores Fe, Zn y Cu quelatados, con el fin de suplir las deficiencias del suelo y no afectar el balance de elementos mayores. La dosis usada para los elementos menores fue de 500 g.ha-1. La estimación del rendimiento en grano seco se realizó 150 días después de la siembra en soya y 170 días después de la siembra en maíz, cosechando la parcela útil y descartando bordes. El rendimiento de los granos se expresó a contenido de humedad cercano al 14%.

2.3 Estimación de las Variables de Respuesta Las épocas de evaluación de las variables de respuesta en el experimento se muestran en la Tabla 2-3. Los muestreos en suelo se realizaron mediante uso de palín de 0-20cm, tomando tres (3) réplicas dentro de la parcela útil (Jaramillo, 2002).

Capítulo 2 29

4Tabla 2-3. Épocas de evaluación de las variables de respuesta en el ensayo. ------------Semestre 2011-II------------ -------------Semestre 2012-I------------

Variables Mes

1 Mes

2 Mes

3 Mes

4 Mes

5 Mes

6 Mes

7 Mes

8 Mes

9 Mes 10

Mes11

Mes12

C, P, N total, N- NH4, N-NO3 (Suelo) X X X X

Fosfatasa ácida y alcalina (Suelo) X

Humedad volumétrica (Suelo) X

Temperatura superficial (Suelo) X

C, N, P, Lignina (Tejido foliar) X X X X

Carotenos, Clorofilas a y b (Tejido foliar) X

LME, %MV, %MEA (Rizósfera y Raíz) X X

Número, Ɵ y Peso de Nódulos (Raíces) X X

Rizobios del suelo (Rizósfera) X

Rendimiento del cultivo en cosecha X X

En tejido foliar, se tomaron al azar varias muestras dentro de la parcela útil hasta completar 200g, de acuerdo con requerimientos del laboratorio de Servicios Analísticos del CIAT5. Las muestras de tejido radical y suelo rizosférico para evaluación de la actividad de la MA se tomaron de manera sincrónica mediante extracción de monolito de suelo (Sánchez de Prager et al., 2010).

2.3.1 Mediciones en el suelo Los contenidos de C se estimaron a través de la técnica Walkley-Black, usando oxidación fuerte de las muestras con K2Cr2O7 en ácido sulfúrico (96%), y posterior lectura por espectrofotometría. Los contenidos de N-NO3, se estimaron mediante reducción a NO2 por agente reductor compuesto de Cu y Cd, posteriormente se adicionó indicador colorimétrico (a-naphthylethylenediamina dihydrochloride y sulfanilamida) generando coloración rojo púrpura y finalmente lectura espectrofotométrica a longitud de onda de 543 nm. La estimación de N-NH4 se realizó mediante reacción de Berthelot, donde al extracto se adicionó solución compuesta de hipoclorito de sodio y nitroferricianida de sodio generando reacción catalítica con coloración azul (Margesin & Schinner, 2005). Posteriormente, se realizó lectura del extracto usando longitud de onda a 660 nm. El contenido de N total del suelo se estimó mediante digestión Kjeldahl y posterior lectura con espectrofotómetro, según lo descrito por (Radojevic & Bashkin, 2002). El contenido de P en suelo se estimó mediante la técnica Bray II descrita por Narváez (2008). La estimación de la actividad de fosfatasas, se realizó mediante lectura espectrofotométrica de la cantidad de p-nitrofenol (coloración amarilla) liberada posterior a la incubación de 1 g de suelo a 37ºC durante 1 hora con una disolución tamponada de p-nitrofenil fosfato disódico (incoloro) (pH 6.5 para la fosfomonoesterasa ácida y pH 11.0 para la alcalina). Se realizó calibración de la técnica a partir de espectrofotómetro,

5 Centro Internacional de Agricultura Tropical. Km 17 recta Cali- Palmira (Colombia). Comunicación personal.


tomando alícuotas de solución de 1000 ppm de p-nitrofenol (Anexo B.). Las muestras de suelo se prepararon inicialmente con cloruro de calcio e hidróxido de sodio para dispersión de arcillas y eliminación de la materia orgánica (Tabatabai, 1969; Yoshioka, 2005; Bolaños, 2006; Narváez, 2008). El contenido de humedad del suelo se estimó mediante sonda TDR (Tesaprobe) en tiempo real. La sonda fue enterrada (0-5 cm), en puntos concéntricos dentro de un área de 0.25 m2 para el mismo sitio de muestreo en cada tratamiento, con el fin de reducir los errores de medición. Se realizó transformación de valores de humedad volumétrica a humedad gravimétrica usando los valores de densidad aparente, evaluados mediante técnica de cilindro biselado. La temperatura del suelo se evaluó mediante termómetro digital (0-5 cm), usando puntos de muestreo en suelo cercano a la raíz (Rojas, 2002). La etapa de muestreo de humedad y temperatura, se realizó de manera sincrónica con las evaluaciones biológicas, en estado fenológico de floración del intercultivo maíz- soya.

2.3.2 Micorriza Arbuscular MA La MA se evaluó mediante longitud de micelio externo de HMA (LME), porcentaje de micelio vital (%MV) y porcentaje de micelio externo activo (%MEA) durante los semestres 2011-II y 2012-I en los intercultivos.

2.3.2.1 Longitud del micelio externo de HMA (LME) La estimación del micelio externo de HMA, se realizó mediante metodología adaptada por Torres, (2002) y descrita por Sánchez de Prager et al., (2010). Se tomaron muestras de suelo rizosférico y se pasaron por tamiz No. 10 ( : 2 mm), posteriormente se pesaron 5 g de suelo tamizado que fueron adicionados en erlenmeyer de 600 ml con solución de hexametafosfato de sodio al 5% para generar dispersión. Luego de 12 horas, se separaron las partículas de suelo usando ultrasonido y agitador magnético. De la solución obtenida, se tomaron alícuotas que fueron transferidas a un tamiz fino ( : 20 m) para recoger el micelio externo. Se usó agua deionizada para realizar lavado del micelio que quedó retenido en el tamiz y el sobrenadante fue recogido en beaker de 50 ml. Posteriormente se filtró la muestra al vacío (usando equipo de filtración por succión y filtros de nitrocelulosa :1.2 m). El micelio retenido en el filtro de nitrocelulosa se tiñó durante 10 minutos, usando 2 ml de la mezcla de tinta sheffer al 5% en vinagre. Luego de ese tiempo, se aplicó nuevamente vacío para extraer el exceso de colorante y sin lavar la muestra se adicionaron 10 ml de agua acidificada con gotas de vinagre, dejando en contacto por 20 minutos para fijar el colorante (Figura 2-5).

Capítulo 2 31

9Figura 2-5. Estimación de la LME. A) Muestra de suelo. B) Solución (suelo + agente dispersante). C) Equipo de agitación. D) Equipo de filtración al vacío. E) Filtros de nitrocelulosa con tinción del ME. F) Placas para lectura en microscopio (2012-1).


La cuantificación del micelio externo de HMA, se realizó en el microscopio óptico (objetivo de 20X y ocular de 10X), donde se colocaron las muestras en los filtros de nitrocelulosa, y se cuantificaron 70 campos visuales, mediante cuadrículas de 10 x 10. Para hacer la lectura, se usó el método de Tennant, (1975) considerando las dimensiones de la cuadrícula y los factores involucrados en la ecuación, que para el caso del objetivo de 20X, se muestran a continuación: Longitud total del eje X o Y de la cuadrícula = 0,06 mm x 10 líneas = 0,6 mm x línea. Área neta del filtrado (FA) = 210 mm2. Área del filtro cubierta por los 70 campos leídos (CA) = ((5 x 0,06)2 x 70) mm2. (El número 5 correspondió a las líneas evaluadas).


Según Tennant (1975), la longitud total de las hifas sobre el área del filtro cubierta por los 70 campos leídos es: H = ((11/14) x N x 0,06) mm. Donde N= número total de interceptos sobre la línea de lectura Y. Longitud total de las hifas sobre un filtro HL = ((H/CA) x FA) mm. Longitud total de las hifas para una muestra TL= (HL/ factor de dilución)/ 1000) m.g-1 de suelo seco. Aquí se utiliza el valor de contenido de humedad para realizar la corrección del peso seco del suelo. Cuando se utilizaron las diluciones sugeridas, el factor de dilución calculado fue de 0,0066 (Torres, 2000; Sánchez de Prager et al., 2010).

2.3.2.2 Porcentaje de Micelio vital de HMA (%MV) Para estimar el %MV de HMA (fracción del micelio interno de HMA que actúa en la absorción de P), se siguió metodología de tinción de la enzima succinato-deshidrogenasa propuesta por el Instituto Canario de Investigaciones Agrarias de Santacruz de Tenerife- España, (2007) descrita por Sánchez de Prager et al., (2010). Se recolectaron raíces menores de 1mm de diámetro, se lavaron con agua deionizada y fueron seccionadas con bisturí en fragmentos de 5 cm. Las secciones fueron depositadas en erlenmeyer de 100 ml con solución incubadora (Succinato de sodio 2.5 M; azul de tetrazolio 4 mg.ml-1, Trizma 0.2M a pH 7.0, MgCl2.6H2O concentración 0.005M, hipoclorito de sodio al 3% y Fuschina al 0.1%). Debido a que la solución es fotosensible (se cubrió con papel aluminio) y se incubaron las raíces en la solución a 28oC durante 12 a 16 horas, con agitación suave. Posteriormente, se lavaron las raíces sobre tamiz de : 25 m y se depositaron en Beakers de 50 ml con una solución de hipoclorito de sodio (blanqueadora). Luego para contrastar, se utilizó la adición de Fuschina al 0.1% diluida en proporción 1:5 fuschina: agua deionizada. Para esto, las raíces se depositaron en tubos de ensayo junto con la solución de fuschina y posteriormente la mezcla se llevó a baño de María (100oC) durante 1 minuto (Sánchez de Prager et al., 2010). Para cuantificar el % MV de HMA, se hizo lectura mediante la intersección de campos en placa donde las raíces teñidas se seccionan en fragmentos de 1cm y posteriormente se colocan paralelas sobre portaobjetos (Vélez, 2012). Para fijar y conservar las muestras sobre el portaobjetos, se adicionó lactoglicerol y luego se selló la placa con cubreobjetos. Las observaciones se realizaron acudiendo al objetivo de 40X en el microscopio. De acuerdo con González, (1993) se definieron tres puntos equidistantes por cada portaobjetos montado, los cuales fueron recorridos ópticamente en sentido horizontal y perpendicular. Con la observación de los campos, se estimó la cantidad de segmentos donde el tejido radical presentaba coloración roja (Indicadora de presencia de enzima Succinato -deshidrogenasa), y se continuó hasta recorrer toda la placa. Se cuantificó el número de campos leídos y de ellos cuantos presentaron positivo para la enzima succinato- deshidrogenasa. El cálculo del % de micelio vital (%MV), se realizó mediante la Ecuación (2.1).

Capítulo 2 33

%MV = 100XobservadoscamposdetotalNúmero

rojacoloraciónconscolonizadoCamposdeNúmero (2.1)

2.3.2.3 Porcentaje de Micelio externo activo de HMA (%MEA) Para estimar el %MEA de HMA, se realizó previamente el mismo procedimiento para estimar la longitud del micelio externo, con la variante de que no se tiñó la muestra con tinta sheffer en vinagre, sino que se usó la solución indicadora de Fucsina ácida (0.2 g.L-

1) en proporción 1:10 fucsina: agua. La muestra se dejó teñir durante 30 minutos, posteriormente se eliminó el exceso de fucsina son suficiente agua deionizada y se continuó a filtrar nuevamente. Los filtros de nitrocelulosa se colocaron sobre portaobjetos, donde se les adicionó una gota de Polivinil lactoglicerol PVLG para conservar la muestra. Luego, la muestra se selló con el cubreobjetos para posteriormente realizar cuantificación en el microscopio. La cuantificación del %MEA de HMA se realizó mediante la Ecuación (2.2), que describe la razón entre la longitud del micelio externo activo (teñido de color rojo) y la longitud del micelio externo total, ambos valores obtenidos por método de cuadrantes (Tennant, 1975).

%MEA = 100)(

XexternomiceliodeltotalLongitud

rojocolordeteñidovivomiceliodelLongitud (2.2)

2.3.3 Simbiosis para Fijación de N2 La simbiosis para fijación de N2 se evaluó en M. pruriens y soya mediante la actividad de los nódulos radicales. Durante el semestre 2011-II se estimó la fijación de N2 en M. pruriens por el método diferencia total de N acumulado en la biomasa (Valles de la Mora et al., 2003). Adicionalmente, la actividad de poblaciones de rizobios del suelo se estimó en suelo rizosférico de soya durante el semestre 2012-I, como efecto de los tratamientos empleados.

2.3.3.1 Actividad de nódulos en las leguminosas M. pruriens y soya La evaluación de nódulos presentes en la raíz de M. pruriens Var. Utilis- Accesión CIAT 9349 (2011-II) y soya Glycine max L. Var P34 (2012-I), se realizó mediante conteo de número de nódulos por planta, tamaño y peso seco según técnica propuesta por Vincent, (1970) y descrita por Córdova et al., (2011). En cada parcela se tomaron 5 plantas al azar, las cuales se extrajeron junto con el monolito de suelo. Posteriormente, se realizó separación del tejido radical de los agregados del suelo mediante uso de tamiz No. 10 ( : 2 mm), los nódulos se recolectaron y llevaron al laboratorio. Se realizó conteo y se estimó el tamaño de los nódulos mediante evaluación de su diámetro (Ɵ) mayor, con el


uso de calibrador pie de rey de reloj (precisión 0.01mm). Posteriormente, los nódulos se llevaron al horno a una temperatura de 105oC durante 24 horas, donde finalmente se determinó el peso seco en balanza digital.

2.3.3.2 Estimación de la Fijación de N2 en M. pruriens La fijación de N2 atmosférico por M. pruriens se evaluó indirectamente mediante técnica de diferencia total de N, adaptada por Giller & Wilson (1991) y descrita por Valles de la Mora et al., (2003). Se determinó a los 90 días el contenido de N total en la biomasa de la leguminosa y se comparó con el contenido en la biomasa de una planta acompañante no fijadora, en este caso se usó la misma planta de maíz. Para calcular el contenido de N, se usó la Ecuación (2.3) del rendimiento de N total (RNT) (Giller & Wilson, 1991).

RNT = [%N en tejido M. pruriens X Materia seca M. pruriens (kg.ha-1)] - [%N en tejido maíz X

materia seca maíz (kg.ha-1)] (2.3)

Los contenidos de N y materia seca se estimaron para cada órgano (hojas, tallos y raíces). El N en tejidos se extrajo mediante digestión Kjeldhal y se valoró por espectrofotometría. La materia seca se calculó llevando la biomasa verde al horno a una temperatura de 105oC durante 24 horas, donde finalmente se determinó el peso en balanza digital. Los valores de peso seco se calcularon por hectárea de acuerdo con extrapolación realizada de los cuadrantes de 1m2 lanzados al azar en las parcelas experimentales (López et al., 2011).

2.3.3.3 Evaluación de poblaciones de rizobios del suelo La evaluación de las poblaciones de rizobios del suelo en soya, se realizó siguiendo la metodología propuesta por Brockwell (1982). El principio de la metodología consiste en evaluar el Número más Probable (NMP) de células de rizobios/g de suelo, a partir de la observación de presencia o ausencia de nódulos en raíces de plántulas de Siratro, las cuáles han sido previamente sembradas en medio nutritivo libre de nitrógeno e inoculadas con diluciones decimales del suelo rizosférico en estudio. Siratro Macroptilum atroporpureum, es considerada como leguminosa promiscua que tiene la habilidad de realizar simbiosis con diversas cepas de rizobios del suelo, en el proceso de fijación de N2 atmosférico. A su vez, Siratro es muy manejable bajo condiciones de laboratorio por su alto porcentaje de germinación, rápido crecimiento y rusticidad (Navia, 2006). Se usaron semillas de Macroptilum atroporpureum (Accesión URG -CIAT 4683), que fueron previamente esterilizadas al sumergirse en solución de etanol al 95% (durante tres minutos), hipoclorito de sodio al 3% (durante tres minutos) y posterior lavado con agua estéril. Luego, se realizó proceso de escarificación de la semilla haciendo un corte transversal en la testa con bisturí quirúrgico, para facilitar la germinación. Las semillas

Capítulo 2 35

escarificadas húmedas, se dispusieron en cajas de Petri envueltas en papel filtro Wathman No. 42 y se incubaron por 48 horas a una temperatura de 28oC. Una vez germinadas y con longitud radicular de aproximadamente 1 cm, las semillas fueron sembradas en tubos de ensayo (Ø: 2cm y alto 20 cm) que contenían 25 mL de medio nutritivo Jensen a pH 5.5 (Anexo C.). Los tubos sembrados se forraron con plástico negro desde la zona de siembra hasta la base para simular condiciones de poca luminosidad del suelo y facilitar el desarrollo radicular, posteriormente se dispusieron sobre gradillas de polipropileno con tapones de espuma para evitar contaminación aérea. Las gradillas fueron colocadas en cámaras de crecimiento estéril a temperatura ambiental promedio de 25oC, garantizando el fotoperiodo (12 horas). Seis días después de la siembra, se realizó la inoculación de las plántulas de Siratro con 1 mL de solución de suelo proveniente de diluciones decimales hasta 1 X 10-7, con cuatro repeticiones por dilución (Figura 2-6). Paralelamente, se incluyeron 12 tubos de ensayo (4 sin inocular, 4 con adición de KNO3 [0.75 g.L-1 de Jensen] y 4 con cepas puras de Bradyrhizobium sp. comercial de la empresa Fungicol S.A.), con el fin de evaluar la efectividad de la metodología. Las diluciones inoculantes se prepararon a partir de muestras del suelo rizosférico de soya en cada uno de los tratamientos. Las muestras de suelo rizosférico (0-10cm) fueron tomadas en época seca durante el estado fenológico de floración en soya, pesando en laboratorio 10 g por tratamiento para posterior mezcla con solución diluyente preparada con 90 mL de solución de Peptona [0.1 g.cm-3] + Tween [0.1 g.cm-3] y homogenizada con agitador de vaivén (durante 10 minutos), para la dilución 1 X 10-1. En frascos dilutores con 90 mL de solución diluyente, se transfirieron alícuotas seriadas de 10 mL desde la solución inicial 1 X 10-1 hasta 1 X 10-7, tomando de cada dilución 1 mL para inoculación de las plántulas. En la inoculación de las plántulas, se penetró el medio nutritivo con Asas de siembra estériles con el fin de mejorar el área de contacto de la raíz con la solución inoculante. Treinta (30) días después de la inoculación se evalúo la presencia (+) ó ausencia (-) de nódulos en las raíces de las plántulas de Siratro, para cada una de las siete diluciones y cuatro repeticiones por tratamiento. La matriz de datos generada fue analizada mediante uso del programa MPNES (Most Probable Number Enumeration System), con licencia del laboratorio de Microbiología de Suelos del CIAT, siguiendo metodología descrita por Woomer, Bennett & Yost (1990). Los datos de salida del programa se expresaron en número de células de rizobios.g-1 de suelo seco, haciendo corrección de los datos por humedad gravimétrica.


10Figura 2-6. Estimación de rizobios nativos (2012-1). A) Nódulos en soya. B) Inoculación de Siratro. C) Siratro (15 d.d.s.). D) Siratro (30 d.d.s.). E) Nodulación en Siratro (40 d.d.s.). F) Respuesta de Siratro a inoculación de suelo (10-1 a 10-7).

Fotografías: El autor.

2.3.4 Mediciones en Tejidos

La estimación de las variables en tejidos se realizó al mismo tiempo que la evaluación de las variables simbióticas. La biomasa extraída calculó mediante técnica del cuadrante de 1m2 (1m X 1m) el cual se lanzó al azar dentro de las parcelas para extracción de la biomasa (López et al., 2011). A la biomasa extraída se le estimó el contenido de materia

Capítulo 2 37

seca, luego de usar deshidratación en horno a 105oC por 24 horas. Se discriminó la materia seca en raíces, tallos y hojas para su posterior análisis químico. Los contenidos de N en tejidos se determinaron por espectrofotometría del extracto procedente de digestión Kjeldahl en ácido sulfúrico (Radojevic & Bashkin, 2002). El contenido de P total en tejidos se estimó usando espectrofotometría posterior al tratamiento de las muestras con nitro vanado molibdato (Sadzawca et al., 2007). Los contenidos de C se estimaron a través de la técnica Walkley-Black, usando oxidación fuerte de las muestras de tejidos con K2Cr2O7 en ácido sulfúrico (96%), y posterior lectura por espectrofotometría. El contenido de lignina en tejidos se estimó mediante espectrofotometría según técnica descrita por Goering & Van Soest (1970). Los contenidos de Clorofila y Carotenos, se estimaron mediante lectura en colorímetro del extracto foliar obtenido a partir de 100 mg de tejido. El extracto obtenido se centrifuga a 10.000 rpm durante 4 minutos a 4ºC y se mide la absorbancia (abs) del sobrenadante a 470, 647 y 663 nm (Lichtenthaler, 1987).

2.3.5 Balance de C, N y P en el Agroecosistema El balance de C, N y P en el agroecosistema se cuantificó mediante el contenido inicial de los elementos en el suelo antes de la siembra, su adición por medio de abonamiento y la cantidad de extraída por parte de la biomasa aérea (Chikowo et al., 2010; Kumar et al., 2011). El contenido de los elementos en el suelo, se calculó como el producto entre su concentración y el peso de la capa arable (0- 30 cm). La cantidad adicionada por abonamiento se estimó durante el semestre 2011-II con el aporte de P vía mineral y en el semestre 2012-I mediante suma entre el aporte en parcelas principales y las subparcelas, como lo muestra la Tabla 2-2. La cantidad extraída por la biomasa aérea en los dos semestres se estimó en cosecha, usando la ecuación del rendimiento total, que relaciona la concentración del elemento en la biomasa aérea y su respectiva materia seca.

2.3.5.1 Contenidos de C, N y P en el suelo El contenido de los tres elementos en el suelo, se obtuvo como el producto entre la concentración de cada elemento y el peso de la capa arable de (0-30) cm, como lo describe la Ecuación (2.4). El peso de la capa arable por hectárea se obtuvo como el producto entre el área, la profundidad efectiva de absorción (0-30) cm y la densidad aparente por técnica de cilindro biselado (Jaramillo, 2002).

C, N y P en suelo (kg.ha-1)= [Concentración C, N y P (kg.kg-1) X densidad aparente

(kg.m-3) X 10.000 m2.ha-1 X 0.3 m] (2.4)


2.3.5.2 Contenidos de C, N y P en la biomasa aérea La cantidad de C, N y P extraída en cosecha por la biomasa aérea se estimó como el producto entre la concentración de los elementos en tejidos y su respectiva materia seca. Se tuvo en cuenta la sumatoria entre los elementos extraídos en grano seco y los extraídos por la biomasa restante en cosecha, como lo describe la Ecuación (2.5). El rendimiento se calculó cosechando los granos de maíz y soya en la parcela útil, descartando los bordes. La biomasa aérea restante en cosecha, se calculó mediante técnica descrita por López et al., (2011) usando cuadrante de 1m2 (1m X 1m) el cuál fue lanzado al azar en las parcelas. La materia seca en tejidos se obtuvo mediante deshidratación en horno a 105oC por 24 horas.

C, N y P extraídos en cosecha (kg.ha-1) = [Concentración C, N y P en granos (kg.kg-1) X

Materia seca granos (kg.ha-1)] + [Concentración C, N y P en biomasa (kg.kg-1) X Materia

seca biomasa (kg.ha-1)] (2.5)

2.3.5.3 Uso eficiente de C, N y P en el Agroecosistema El índice de uso eficiente IUE de C, N y P se calculó al final del semestre 2012-I. El IUE se calculó como la razón entre la cantidad de cada elemento extraída en cosecha sobre la sumatoria entre el contenido del suelo y la adición de cada elemento en los tratamientos (Kumar et al., 2011) de acuerdo con la Ecuación (2.6).

IUE de C, N, P =

].[,,].[,,

.cos,,11

1

hakgostratamientPNChakgsueloPNC

hakgechaenextraídoPNC (2.6)

2.3.6 Análisis estadístico de la información El análisis de los resultados de la variables del suelo y la actividad simbiótica rizosférica en el semestre 2011-II, se realizó mediante estadística univariada para Análisis de Varianza ANDEVA y comparación de medias de TUKEY (p<0.05). Para el análisis de resultados durante el semestre 2012-I, se realizó análisis de contrastes ortogonales que discriminó las fuentes de variación: bloque, parcela principal (AV, AO y BA) y subparcela (Sin fertilización, Compost y Fertilizante de síntesis química). Debido a la variabilidad espacial de los datos en cada tratamiento, se usó la ilustración gráfica de cajas y alambres donde se visualizan los valores máximos y mínimos, la media, la mediana y los percentiles 25 y 75%. Para realizar comparación de los manejos convencionales en policultivo vs. monocultivo convencional, se realizó prueba de comparación de medias de DUNNETT (p<0.05). El análisis de las variables del suelo y la actividad fotosintética en tejido, se realizó mediante prueba de promedio de TUKEY (p<0.05) para análisis en bloques completos al azar. Finalmente se realizó análisis multivariado de componentes principales para identificación de variables de mayor peso dentro del experimento. Se usó el paquete estadístico SAS versión 9.2 (2008).

Capítulo 3 39

3 Capítulo 3. Resultados y Discusión

3.1 Simbiosis Rizosférica y Absorción de N y P en el Sistema de Cultivo Mucuna pruriens –Maíz (Semestre 2011-II)

3.1.1 Hongos que forman Micorriza Arbuscular (HMA)

3.1.1.1 Longitud de Micelio Externo (LME)

El análisis de varianza para LME no mostró diferencias significativas entre bloques, las dos especies así como tampoco en la interacción (Anexos D y E). A pesar de que ANDEVA no detectó diferencias, se puede observar en la Figura 3-1, que LME se incrementó a través del tiempo y alcanzó mayores valores en M. pruriens (aumentó de 6 a 9 m.g-1suelo), sin mostrar relación con la entrada de agua al sistema.

11Figura 3-1. Longitud de micelio externo (m.g-1 suelo seco) en HMA asociados a M. pruriens y maíz, para dos épocas de muestreo (45 y 90 días después de la siembra), en el año 2011. Se realizó prueba de Tukey (p<0.05).

a

aa

a

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0123456789

10

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Agosto Septiembre Octubre Noviembre

mm

LM

E(m

. g

-1 s

ue

lo s

eco

)

Longitud micelio externo HMA - Maíz

Longitud micelio externo HMA- M. pruriens

Lámina de Agua (mm)

Es de recordar que la longitud de micelio externo LME hace referencia a la prolongación de las ramificaciones hifales que conforman el micelio de HMA, externas a las raíces (Figura 3-4A) que se extienden al interior del suelo, absorbiendo agua y nutrientes como el P en el volumen de suelo (Jakobsen et al., 1992; Salamanca & Silva, 1998; Sánchez de Prager et al., 2007; Siqueira, 2010).


Las épocas fenológicas de los dos cultivos no coinciden, en la primera evaluación, M. pruriens se encontraba en desarrollo vegetativo y en la segunda, en prefloración. El maíz en floración en la primera y, en la segunda en llenado de grano. Para ambas especies, LME se incrementó a medida que el desarrollo de las plantas aumentó.

3.1.1.2 % Micelio Externo Activo (MEA) El análisis de varianza para esta variable (Anexos F y G), mostró que no hubo diferencias entre las fuentes de variación en la primera etapa de evaluación (45 d.d.s), mientras que a los 90 d.d.s. se encontró diferencias altamente significativas entre especies. El MEA hace referencia a la fracción de las hifas que componen ME y están absorbiendo P desde la solución del suelo, acomplejándolo en gránulos de polifosfato que se transportan vía corrientes citoplasmáticas hasta el interior de las raíces (Figura 3-4B), quedando a disposición de las plantas colonizadas (Velásquez y Sánchez de Prager, 2011). En maíz MEA fue mayor durante las dos épocas evaluadas (18.9%, 12.8%, respectivamente), por el contrario en M. pruriens la variable disminuyó significativamente en prefloración, de 12.5% descendió a 2.9% (Figura 3-2). La entrada de agua al suelo se incrementó en el segundo período y aparentemente, tuvo efectos sobre el desarrollo de MEA, como de discutirá más adelante.

12Figura 3-2. %MEA de HMA asociados al sistema M. pruriens- maíz, para dos épocas de muestreo (45 y 90 d.d.s.), en el año 2011. Se realizó prueba de Tukey (p<0.05).

a

aa

b

0102030405060708090100

02468

101214161820

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4


mm

% M

EA

HMA- MaízHMA- M. pruriensLámina de agua (mm)

3.1.1.3 % Micelio Vital MV Para dar continuidad a las observaciones en esta investigación, como se describió en la metodología, se evaluó MV, teniendo en cuenta que hace referencia a la fracción de hifas de HMA que penetran y colonizan el tejido radical, en el cual ocurre la transferencia del P asimilado por el MEA y transportado hasta la interfase de membranas fungosa-vegetal (Sánchez de Prager et al., 2010).

Capítulo 3 41

El análisis de varianza de MV (Anexos H e I), señaló diferencias altamente significativas entre las dos especies durante las dos épocas evaluadas, sin detectar cambios dentro de la misma especie (Figura 3-3). En ambas etapas fenológicas de las plantas y con valores cercanos, se pudo observar que la participación de MV en el transporte de P dentro del tejido radical (Figura 3-4D.) es significativamente mayor en maíz (entre 70.5% y 76.2% de las hifas de HMA están participando) mientras que en M. pruriens (sólo entre el 47.1% y 55.5% de ellas).

13Figura 3-3. % MV de HMA que colonizan el tejido radical del sistema M. pruriens- maíz, para dos épocas de muestreo (45 y 90 d.d.s.), en el año 2011. Se realizó prueba de Tukey (p<0.05).

aa

bb

0102030405060708090100

010

20

3040

50

6070

80

90

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4


mm

% M

V

Raíces de MaízRaíces de M. pruriensLámina de Agua (mm)

El análisis de las variables de HMA evaluadas señalaron que LME en esta investigación alcanzó valores entre 3.3 y 5.6 m.g-1 suelo en maíz, mientras que en M. pruriens variaron entre 6.1 y 8.6 m.g-1 suelo (Figura 3-2.). Resultados obtenidos en suelos contrastantes con los de este estudio (bajo pH, bajo contenido de P) han encontrado que la LME ha alcanzado hasta 27 m.g-1 suelo en frijol (Navia, 2006). Diferentes autores, en distintas condiciones han sostenido que en la medida que se incrementa la fertilidad química de los suelos, es especial el P, tanto el % de colonización como LME disminuyen, puesto que hay mayor disponibilidad de este elemento en la rizósfera (Kurle & Pfleger, 1996; Munyanziza et al., 1997; Covacevich, Echeverría & Aguirrezabal, 2007; Velásquez & Sánchez de Prager, 2011). A nivel ecológico, el micelio externo de HMA ligado al sistema de cultivo M. pruriens- maíz pudo adicionalmente aportar en la absorción de agua y la conservación del suelo bajo estudio por amarre mecánico de las partículas de suelo (Sánchez de Prager & Velásquez, 2008; Veresoglou et al., 2012). Esto es importante en este tipo de suelo que presenta características físicas como alto contenido de arcillas, alta densidad aparente y baja porosidad, que reducen la infiltración e incrementan notablemente la escorrentía superficial en épocas de fuertes precipitaciones, generando desprendimiento y arrastre de materiales (Roveiro et al., 1997). La actividad del micelio externo de HMA para absorción de P, fluctuó en maíz entre 0.68 y 0.71 m.g-1 suelo durante las dos épocas evaluadas, mientras que en M. pruriens estuvo entre 0.76 y 0.24 m.g-1 suelo, siendo significativamente menor en la prefloración. Algunos


investigadores registran alta actividad del micelio de HMA para absorción de P en gramíneas, que por su metabolismo C4 les permite invertir alta cantidad de fotosintatos en forma de exudados, secreciones, mucigeles y otros carbohidratos en la simbiosis (Nwoko & Sanginga, 1999; Lugo, González & Cabello, 2003; Urcelay & Battistella, 2007, Sánchez de Prager et al., 2007). Por su parte, M. pruriens como la mayoría de las fabáceas presenta metabolismo C3, al tiempo que realiza asociación tripartita tanto con HMA y rizobios del suelo, implicando repartición de los fotosintatos transferidos a la raíz para la doble simbiosis (Pypers et al., 2007; Vance, 2008, Shoko, 2009).

14Figura 3-4. HMA en el sistema M. pruriens- maíz. A) ME de HMA en M. pruriens. B) MEA de HMA en M. pruriens. C) Colonización de HMA en maíz. D) MV de HMA en maíz. E) Espora de HMA en M. pruriens. F) Esporas de HMA en suelo rizosférico.

Fotografías: El Autor (2011). Similares resultados se obtuvieron en el MV de HMA, que para maíz representó entre el 85 y 89% de la colonización total (Figura 3-4C) y para M. pruriens entre el 63 y 74%, durante las épocas 1 y 2 respectivamente. La diferente colonización y transferencia de P por HMA en maíz y M. pruriens, pudo adicionalmente atribuirse al tipo de arquitectura

Capítulo 3 43

radical de las especies como lo registran otros investigadores (Lugo, González & Cabello, 2003; Urcelay & Battistella, 2007; Parodi & Pezziani, 2011). En maíz, la raíz adventicia fasciculada se distribuye de manera uniforme dentro de los primeros centímetros del suelo (Delgado et al., 2008), y en M. pruriens por el contrario, la raíz pivotante se divide en raíz principal y raíces secundarias que penetran hacia horizontes más profundos (Buckles & Tiomphe, 1998). De esta forma, la transferencia de P por el MV de HMA en maíz pudo ser mayor que en M. pruriens, ya que su sistema radical logró abarcar mayor superficie específica dentro de los primeros centímetros de suelo donde se encuentra el mayor contenido del elemento, contrastando con lo ocurrido en M. pruriens que requirió de una LME mayor para absorber el elemento desde las zonas de agotamiento (Figura 3-4C). Estos resultados indican que a pesar que el contenido de P disponible inicial del suelo fue alto (57.4 mg.kg-1), se registró transferencia del elemento al sistema de cultivo vía HMA. Lo anterior pudo deberse a la baja movilidad del elemento en condiciones de sequía, como se observó en la época 1 donde la actividad del MEA fue mayor y coincidente con la baja lámina de agua. En estas épocas se incrementa la esporulación de los HMA en el tejido radical y el suelo (Figuras 3-4E y 3-4F), como estrategia reproductiva y de supervivencia de la especie ante el estrés hídrico, siendo un factor positivo para conservación del recurso biológico en el suelo para posteriores cultivos como maíz-soya (Sánchez de Prager et al., 2007).

3.1.2 Nodulación en Mucuna pruriens para Fijación Biológica de N2

La actividad simbiótica para la fijación de N2 en M. pruriens, se evaluó indirectamente a través de la nodulación radical (Figura 3-5). Como se describió en la metodología, características como número, tamaño y peso seco de nódulos se estimaron durante los dos periodos de muestreo, observando incremento de estas variables con el desarrollo del cultivo (Tabla 3-1).

15Figura 3-5. Muestreo de nódulos presentes en Mucuna pruriens en estado fenológico de prefloración.



5Tabla 3-1. Características de los nódulos presentes en raíces de M. pruriens durante las etapas de desarrollo vegetativo y prefloración. Año 2011. Estado Fenológico

Peso Seco (g)

Nódulos.planta-1

Ø Nódulo.planta-1 (mm)

Desarrollo Vegetativo 0.78 (±0.10) 36 (±4.5) 7.03 (±0.55) Prefloración

0.94 (±0.14)

43 (±4.4)

7.7 (±0.46)

Los valores entre paréntesis indican la desviación estándar de las observaciones.

Durante la prefloración se registró incremento del 20.5% en el peso seco de los nódulos en M. pruriens comparado con la etapa de desarrollo vegetativo, lo pudo deberse a mayores requerimientos de N por la planta previo al inicio de su etapa reproductiva donde se incrementan los procesos de asimilación del elemento en moléculas nitrogenadas como aminoácidos, proteínas, ácidos nucleicos, entre otras (Cobo et al., 2008; Shoko, 2009). Este incremento coincidió con la mayor actividad del MV de HMA en la planta, evidenciando posibles mecanismos de cooperación simbiótica entre la absorción de P como elemento energético y el proceso de fijación de N2 en la leguminosa, como lo registran algunos autores (Pypers et al., 2007; Shoko, 2009).

Como indicador de la actividad de los nódulos sobre el proceso de fijación de N2 en M. pruriens se evaluó la acumulación de nutrientes en tejidos (Tabla 3-2). En nódulos, se observó incremento de 8 y 39.6 g.kg-1 en el contenido de N con respecto al presente en hojas y raíz adyacente.

6Tabla 3-2. Contenido de nutrientes en algunos tejidos de M. pruriens durante estado fenológico de Prefloración. Año 2011. Tejidos C N P K Ca Mg S Na B Cu Fe Mn Zn

----------------------------------g.kg-1--------------------------------- -------------------------mg.kg-1------------------------

Hojas 417.2 50.1 3.4 14.6 19.8 5.43 2.9 90.5 21.4 20.8 417.6 112.6 31.7

Raíz 425.4 18.5 3,0 19.9 5.6 5.13 10.8 863.3 18.9 18.4 1845.2 47.6 24.5

Nódulos 323.7 58.1 4.6 20.4 3.7 4.46 3.0 153.2 10.3 18.3 4508.3 80.8 33.9

*Datos suministrados por el Laboratorio de Servicios Analíticos del CIAT en 2011.

De igual forma el contenido de P se incrementó en los nódulos en 1.2 y 1.6 g.kg-1 comparado con hoja y raíz, reflejando la importancia del elemento en el proceso de fijación de N2. La enzima nitrogenasa (encargada de la ruptura del triple enlace estructural de la molécula de N2 atmosférico), se ha relacionado en leguminosas con la absorción de P disponible en solución, por sus altos requerimientos energéticos en forma de ATP (Poole et al., 2008; Vozza, 2012). Con respecto al Fe, los nódulos presentaron 10.7 y 2.4 veces mayor concentración que las hojas y la raíz adyacente, indicando la importancia del micronutriente dentro de la fijación de N2, al ser constituyente de la proteína leghemoglobina, fundamental en el

Capítulo 3 45

proceso simbiótico (Johnston, 2004; Poole et al., 2008; Vozza, 2012). De igual forma, los altos contenidos de Fe en nódulos suponen la posible formación de sideróforos en M. pruriens, como lo registran otros autores (Kumar et al., 2006). La formación de sideróforos por los rizobios asociados a M. pruriens, constituye estrategia adaptativa para asimilación del Fe, como elemento limitante en este tipo de suelo. Parte del N fijado en M. pruriens puede transferirse al cultivo asociado (no fijador), vía micelio externo de HMA como mecanismo de cooperación sinérgica entre las especies (Bethlenfalvay et al., 1991; Xiao et al., 2010). De igual forma, el N fijado se recicla en el suelo con el aporte de la biomasa de M. pruriens, una vez sus restos de hojas, tallos, raíces y nódulos inician el proceso de mineralización (Cobo et al., 2008; Sanclemente & Prager, 2009). Algunas investigaciones resaltan el papel de la hojarasca de M. pruriens dentro del ciclaje de N en el sistema de rotación con maíz (Bunch & Kadar, 1994; Buckles & Thiompe, 1998). Inicialmente, el N orgánico aportado al suelo con los restos vegetales de M. pruriens se inmoviliza por acción de los microorganismos y posteriormente se transforma a formas inorgánicas disponibles (NO3

- y NH4+) vía amonificación y/o

mineralización (Baijukya et al., 2004; Cobo et al., 2008; Sanclemente & Prager, 2009). Prácticas agroecológicas como los abonos verdes AV y acolchados orgánicos AO, tienen como objetivo principal reciclar los nutrientes de la necromasa vegetal, especialmente de leguminosas, y así aprovechar el aporte simbiótico dentro de la fertilización de suelo y la economía del cultivo (Da Costa et al., 1993; Crespo et al., 2011; Prager et al., 2012).

3.1.3 Asimilación de C, N y P por el Sistema de Cultivo Mucuna pruriens –Maíz (Semestre 2011-II)

La actividad simbiótica rizosférica M. pruriens- rizobios y MA en el sistema de cultivo, finalmente se traduce en absorción y asimilación de nutrientes. En el ensayo, la biomasa aérea y el sistema radical acumularon altos contenidos de C, N, P y lignina (Tabla 3-3). El mayor contenido de N en M. pruriens se concentró en las hojas (42.6 kg.ha-1) donde es mayor la actividad enzimática para asimilar el NH4

+ aportado por la fijación. La cantidad de N2 fijado por simbiosis M. pruriens – rizobios se estimó mediante el método de diferencia total en 60.3 kgN.ha-1, considerándose alta ya que factores de interferencia como luz, agua y nutrientes en maíz pudieron afectarla. En M. pruriens la biomasa constituida por nódulos fue relativamente baja comparada con los demás órganos, sin embargo su alta concentración de N permitió asimilar cerca de 7.6 kgN.ha-1 enriqueciendo el suelo del nutriente una vez los nódulos se desprenden de la planta (Anthofer & Kroschel, 2005). En maíz, se observó alta absorción de N en la mazorca de choclo y su capacho protector (31 y 16 kgN.ha-1, respectivamente). Estos valores indicaron salidas de N en el agroecosistema en la cosecha, pudiendo sustituirse con la incorporación de los residuos vegetales. La absorción de P, fue mayor en maíz y coincidente con el mayor % de MEA de HMA asociados a la gramínea. Esto se debió a las altas necesidades energéticas de la gramínea para elaboración de proteínas y carbohidratos presentes en las mazorcas


cosechadas. El P acumulado por la biomasa restante del sistema M. pruriens- maíz, fue de 10.9 kg.ha-1 posterior a la cosecha, 2 kg.ha-1 más bajo al exportado con el choclo. Este desbalance indica la necesidad de aporte de P al suelo para compensar el valor exportado, siendo las enmiendas fosfóricas minerales una alternativa. De igual forma, la permanencia de esporas de HMA en el suelo posterior a la cosecha se convierte en recurso valioso para la siembra de posteriores cultivos (Sánchez de Prager et al., 2007).

7Tabla 3-3. Contenidos de C, N, P y Lignina (kg.ha-1) en la biomasa vegetal del sistema de cultivo M. pruriens- maíz.

Especie Componente Materia

Seca C N P LigninaRelación

C/N Relación

C/P Relación Lignina/N

-----------------------------kg.ha-1---------------------------

Mucuna pruriens

Hojas 869.3 362.7 42.6 3.0 357.6 8.5 122.8 8.4

Tallo 1021.5 399.2 16.5 2.3 173.6 24.2 171.5 10.5

Raíz 152.1 59.5 2.8 0.4 25.9 21.1 132.2 9.2

Nódulos 130.4 51.0 7.6 0.6 22.2 6.7 85.7 2.9

Subtotal 2173.3 872.4 69.5 6.3 579.3 12.6 137.9 8.3

60.3* Fijación de N2 atmosférico

Maíz

Hojas 700.4 275.0 5.4 1.8 64.4 51.2 156.1 12.0

Tallo 1100.6 434.3 3.0 2.6 373.3 145.9 166.7 125.5

Raíz 200.1 86.6 0.8 0.3 71.4 103.3 306.1 85.3

Capacho- cosecha 2083.8 818.3 16.0 5.2 191.7 51.2 156.1 12.0

Choclo- cosecha 2299.9 933.3 31.0 7.7 142.1 30.1 122.4 4.6

Subtotal 6384.9 2547.5 56.1 17.5 843.1 45.4 145.4 15.0 * Valor obtenido mediante la Ecuación [2.3].

El C asimilado por el cultivo de maíz fue casi tres veces mayor que en M. pruriens. Lo anterior pudo explicarse por la mayor capacidad fotosintética de la gramínea como C4, comparada con la leguminosa. Esta cualidad le permite al maíz trasladar mayor cantidad de fotoasimilados a la zona radical, potenciado las interacciones con microorganismos rizosféricos como los HMA (Sánchez de Prager et al., 2007; Velásquez y Sánchez de Prager, 2011). La relación C/N en M. pruriens fue bastante baja (12.6), indicando rápida mineralización y posibles pérdidas de N por volatilización cuando los residuos se incorporan al suelo de forma individual (Cobo et al., 2008; Sanclemente & Prager, 2009). De otro lado, la alta relación C/N en los residuos de maíz (51.2 y 145.9 en hojas y tallos, respectivamente) mejoró el promedio de los residuos de cosecha, con efecto sobre la retención de N en el suelo. La lignina, presente en los residuos vegetales contiene moléculas de C altamente estables que fomentan la MOS una vez se adicionan en superficie (Labrador, 2012). La mezcla de residuos vegetales en el sistema M. pruriens- maíz aportó cerca de 1088.4 kg.ha-1 de lignina en la cosecha, siendo importante para el suelo, considerando su alta tasa de mineralización. Horwath (2007), resalta la función de los residuos de tallos y

Capítulo 3 47

raíces de maíz como precursores de humus estable en suelos con bajos contenidos de materia orgánica. La relación C/P de los residuos vegetales es indicadora de los procesos de mineralización ó inmovilización del P durante la descomposición (Curtin et al., 2003). Se estima que valores de C/P mayores a 300 favorecen la inmovilización del P por los microorganismos del suelo (Brady & Weil, 1996; Ha, Marschner & Bünemann, 2008). En el ensayo se registraron valores de C/P por debajo de 300 en la mayoría de residuos vegetales, indicando alto potencial de mineralización del P asimilado y suministro de fosfatos para el siguiente cultivo. A diferencia de los residuos adicionados en superficie, las raíces de maíz presentaron valores cercanos a 306.1 en la C/P, favoreciendo la inmovilización del P aportado por los microorganismos del suelo.

3.1.4 Balance de N en el Sistema M. pruriens- Maíz Al momento de la cosecha se registró acumulación de 125.6 kgN.ha-1 en la biomasa del sistema de cultivo, de los cuales cerca del 40.8% (51.3 kgN.ha-1) procedieron de la solución del suelo y el resto, 59.2% (74.3 kgN.ha-1) fueron asimilados vía fijación biológica de N2 (Figura 3-6.). Del N total asimilado, se exportó el 37.4% (47 kgN.ha-1) en cosecha de maíz choclo como constituyente de proteínas, aminoácidos y ácidos nucleicos, pudiendo ser aprovechados por los productores y sus familias para el consumo doméstico ó comercializarse en el mercado. Lo anterior externalidad no afectó la economía de N en el agrosistema, ya que el restante 62.6% (78.6 kgN.ha-1) logra retornar al suelo, favoreciendo los procesos de mineralización del elemento a formas inorgánicas asimilables. Adicionalmente, el aporte de estos residuos al suelo pudo mantener activas las poblaciones de rizobios que aprovechan el N por otras rutas metabólicas (Shoko, 2009). De esta forma se conservan los microorganismos simbióticos in-situ y se evita el uso de inoculantes para posteriores cultivos de leguminosas como soya.

16Figura 3-6. Balance de N en el sistema de cultivo M. pruriens- maíz. Año 2011.

125.6

51.3

74.3

47.0

78.6

0

20

40

60

80

100

120

140

1

kg

.ha

-1

N- Asimilado en intercultivo. Ecuación [2.5]. (A)

N- inorgánico absorbido del Suelo. Ecuación [2.4]. (B)

N- Fijado biológicamente. (A) - (B)

N- Extraído en granos. Ecuación [2.5]. (C)

N- Orgánico aprovechable como AV/AO. (A) - (C)

Estos resultados resaltan la importancia de la simbiosis M. pruriens- rizobios, y de la fijación asimbiótica de N2 de vida libre en el suelo, que favorecen el suministro de N al sistema de cultivo de forma directa, por absorción del N mineralizado y/o transferencia de


hifas de HMA que colonizan simultáneamente a maíz y M. pruriens (Bethlenfalvay et al., 1991).

3.1.5 Balance de P en el Sistema M. pruriens- Maíz El contenido de P en el suelo antes del ensayo fue alto (313.7 kgP.ha-1), la roca fosfórica aportó 90 kgP.ha-1 y la extracción por el sistema de cultivo llegó a 23.8 kgP.ha-1 cuya eficiencia de absorción se vio favorecida vía MA (Figura 3-7). La externalidad constituida por maíz- choclo que sale del sistema constituyó 12.9 kgP.ha-1 (54.2%) quedando como remanente 10.9 kgP.ha-1 como P orgánico para ser mineralizado y aprovechado por cultivos posteriores.

17Figura 3-7. Balance de P en el sistema de cultivo M. pruriens- maíz. Año 2011.

313,7

90

23,812,9 10,9

0

50

100

150

200

250

300

350

1

kg.h

a-1

P- Disponible en el suelo. Ecuación [2.4]. (A)

P- Adicionado con Roca fosfórica. (B)

P- Asimilado por el sistema de cultivo. Ecuación [2.5]. (C)

P- Extraído en granos.Ecuación [2.5]. (D)

P- Orgánico potencialmente aprovechable AV/AO. (C )- (D)

Del P total asimilado en el sistema, el 75% (17.5 kgP.ha-1) fue absorbido por el maíz que tuvo altos requerimientos del elemento al encontrarse en estado fenológico de llenado de grano. Lo anterior coincidió con la mayor actividad del micelio vital de HMA asociado a la gramínea, comparada con la misma actividad en M. pruriens. Cerca del 54.3% del P asimilado se extrajo en cosecha, dejando el restante 45.7% aprovechable como AV y AO mediante aporte de los residuos vegetales al suelo. La mineralización del P presente en los restos vegetales dependerá de su relación C/P y de la actividad de las fosfatasas presentes en el suelo (Dick & Tabatabai, 1993; Curtin et al., 2003) quienes mediante procesos de hidrólisis de ésteres y anhídridos de ácido fosfórico, se encargan de metabolizar estos materiales orgánicos en formas inorgánicas que pueden ser absorbidas por las plantas y los microorganismos (Spiers & McGill, 1979; Amador et al., 1997). En esta forma, tecnologías como AV y AO potencian la mineralización del P gracias al contacto de los residuos vegetales con las partículas de suelo, incrementando la actividad enzimática y microbiana (Prager et al., 2012).

Capítulo 3 49

3.2 Simbiosis Rizosférica en el Sistema de Cultivo Maíz- Soya (Semestre 2012-I)

Posterior a la cosecha del choclo en el sistema M. pruriens – maíz, y a la incorporación de AV y AO, se evaluaron los efectos de la actividad simbiótica rizosférica en el sistema maíz- soya (semestre 2012-I), cuyos resultados se presentan a continuación.

3.2.1 Resultados en las Variables del Suelo Los resultados obtenidos en las variables químicas y físicas del suelo (0-10cm) evaluadas durante el ensayo, se muestran en la Tabla 8. Para estimar los efectos de los tratamientos sobre cada variable se tuvo como referente el resultado de los análisis de suelo antes del ensayo (Tabla 3-4).

8Tabla 3-4. Efecto de los tratamientos sobre algunas propiedades químicas, físicas y biológicas del

suelo (0-10cm).

Tratamiento

C N-Total Relación N-NO3 N-NH4 P Fosfatasas

Ácidas Fosfatasas Alcalinas

Humedad Gravimétrica

Temperatura del Suelo

(g.kg-1) (mg.kg-1) C/N (mg.kg-1) (mg.kg-1) (mg.kg-1) (mg

PNF.Kg-1) (mg

PNF.Kg-1) % oC

(T1) AV+C 18.4ab 1384.8ab 13.3a 4.1ab 4.8a 112.5ab 10.4a 52.4a 26.8a 24.3b

(T2) AV+Q 18.9 a 1521.3ab 12.4a 4.7ab 3.3a 118.7ab 11.0a 44.5abc 24.4ab 24.1b

(T3) AV 16.4ab 1628.4a 10.1a 2.8b 5.3a 85.4ab 9.5a 41.3bc 23.8ab 24.3b

(T4) AO+C 17.3ab 1627.1a 10.6a 3.9ab 5.0a 71.2b 10.8a 48.4ab 26.0a 24.5ab

(T5) AO+Q 16.3ab 1645.1a 9.9a 4.0ab 3.7a 79.4ab 12.2a 38.1c 23.8ab 24.2b

(T6) AO 18.1a 1689.3a 10.9a 2.6b 8.3a 86.2ab 9.7a 37.9c 19.2c 24.4ab

(T7) BA+C 15.7ab 1563.3a 10.2a 6.4ab 3.8a 148.4a 11.5a 42.0bc 20.6bc 24.4ab

(T8) BA+Q 14.1b 1242.6b 11.4a 9.8a 25.9a 92.7ab 12.2a 47.1abc 18.2c 24.2b

(T9) BA 16.0ab 1485.4ab 10.9a 3.2b 16.0a 96.1ab 12.0a 46.5abc 20.2bc 24.4ab

(T10) CM+Q* 18.9a 1705.0a 11.3a 5.7ab 3.0a 105.5ab 8.7a 40.6bc 20.2bc 24.9a

(T11) CS+Q** 18.9a 1704.9a 11.3a 5.6ab 3.0a 105.4ab 8.6a 40.5bc 19.0c 24.3b

(*) Monocultivo de maíz. (**) Monocultivo de soya. Las letras indican diferencias estadísticamente significativas, mediante prueba de Tukey (p<0.05). Fuente: Laboratorio de Servicios Analíticos del CIAT y datos tomados en campo durante 2012-I.

Se observó incremento significativo en el C orgánico del suelo en AV+Q (25.6%), AO (20.1%), el CM+Q (25.0%) y el CS+Q (25.0%), difiriendo de los demás. El contenido de N total del suelo se incrementó en todas las parcelas con respecto a su valor inicial. Este incremento fue significativo en el AV (84.8%), AO+C (84.6%), AO+Q (86.7%), AO (91.7%), BA+C (77.4%), el CM+Q (93.5%) y CS+Q (93.5%), siendo superiores a los demás. La relación C/N se redujo en todos los tratamientos con respecto a su valor inicial, sin diferencia estadística aparente. Posterior a los tratamientos, el NO3 se incrementó en BA+Q (178%) siendo estadísticamente diferente al AV, AO y BA que obtuvieron los valores más bajos,


indicando agotamiento del nutriente por absorción del sistema maíz-soya. El contenido de NH4

+ se incrementó notablemente en AO (58.0%), BA+Q (388.5%) y BA (203.0%) con respecto a su valor inicial, sin diferencia estadística con los demás tratamientos. El tratamiento BA+C incrementó el P en 175.7%, siendo significativamente mayor al AO+C. Este incremento se debió principalmente a procesos de solubilización de la roca fosfórica, el uso de compost y la baja retención del P por los residuos aportados en el BA, contrario al efecto en AO, que pudo retener el P aplicado por mayor espacio de tiempo mediante imbibición de los residuos en superficie. El contenido de fosfatasas ácidas del suelo no difirió significativamente en los tratamientos, debido a que su actividad es casi nula en suelos con pH neutro como el caso de estudio (Narváez, 2008). Por su parte, la actividad de fosfatasas alcalinas fue significativamente mayor en el AV+C, indicando mineralización del P orgánico incorporado al suelo con la práctica de AV, que a diferencia del AO genera mayor contacto de los residuos vegetales con los microorganismos del suelo. Adicionalmente, el compost aportó altos contenidos de P al suelo siendo proporcional a la actividad de fosfatasas alcalinas, unido al aporte de microorganismos y enzimas que favorecen los procesos de transformación de la materia orgánica (Saison et al., 2006; Saha et al., 2008). La menor actividad de fosfatasas alcalinas del suelo se presentó en AO+Q y AO debido al menor contacto de los residuos vegetales con las partículas de suelo, factor que reduce la mineralización del P orgánico (Findeling et al., 2007). La humedad del suelo afecta en gran medida su actividad biológica (Wan et al., 2008; Sánchez de Prager et al., 2012). Los tratamientos que lograron mayor efecto sobre la retención de humedad del suelo fueron AV+C (26.8%) y AO+C (26.0%), donde el uso de compost afectó positivamente la variable comparado con su adición en el BA. Esto pudo deberse al mayor aporte de residuos con la mezcla M. pruriens-maíz y las características de los materiales vegetales que pudieron permanecer mayor tiempo en el suelo. Por su alta retención de humedad (148%)6, el compost adicionado favoreció el almacenamiento de agua e incrementó la solubilidad de nutrientes y la actividad microbial del suelo, siendo importante el efecto en temporadas secas. Por su parte, los tratamientos que lograron contenidos de humedad significativamente bajos fueron AO (19.3%), BA+C (18.3%) y CS+Q (19.0%). En estos tratamientos, la baja retención de humedad coincidió con la reducción en la actividad de fosfatasas alcalinas del suelo y su efecto sobre la mineralización del P orgánico. Los datos de temperatura superficial del suelo presentaron pequeñas diferencias entre sí en todos los tratamientos (<1.0 oC). El mayor valor se obtuvo en CM+Q (24.9oC) en el monocultivo de maíz, pudiendo explicarlo su baja cobertura vegetal y la amplia distancia de siembra entre surcos, favoreciendo la solarización y consecuente incremento de la temperatura superficial. La incorporación de los residuos vegetales logró reducción de la temperatura superficial del suelo en AV+C (0.6 oC), AV+Q (0.8 oC) y AV (0.6 oC) con respecto al CM+Q, debido a la alta retención de humedad en estos tratamientos. Por su parte, la adición de fertilizante de síntesis redujo el valor de temperatura superficial del suelo en AO+Q (0.8 oC), BA+Q (0.7 oC) y CS+Q (0.6 oC) con respecto al CM+Q.

6 Ver anexo A. Características del compost usado en el ensayo.

Capítulo 3 51

3.2.2 Hongos que forman Micorriza Arbuscular (HMA)

3.2.2.1 Longitud de Micelio Externo (LME)

El análisis de varianza para LME no mostró diferencias significativas entre tratamientos en parcelas principales y la interacción parcela principal por subparcela, en el sistema maíz- soya (Anexos J y K). A pesar de que ANDEVA no detectó diferencias, se puede observar en la Figura 3-8, que LME fue mayor en maíz que fluctuó en el experimento entre 1 y 15 m.g-1 suelo, comparado con soya que obtuvo valores entre 0.5 y 9.2 m.g-1 suelo. En maíz este efecto fue aparentemente mayor con el AO+C. Esto indica que el uso de tecnologías agroecológicas alternativas como AV y AO en el sistema de cultivo maíz- soya, aportan nutrientes al suelo (Tabla 2-2), al tiempo que favorecen la producción de micelio externo de HMA para incrementar el área de contacto de la planta con el volumen de suelo para la consecución de agua y nutrientes de la solución, con efectos adicionales sobre la agregación del suelo (Sánchez de Prager & Velásquez, 2008; Bainard, Klironomos & Gordon, 2011).

18Figura 3-8. Diagrama de cajas y alambres para la variable LME de HMA (m.g-1 suelo). (A y B) Efecto en parcelas principales de soya y maíz (n=9). (C y D) Efecto en subparcelas de soya y maíz (n=3). Año 2012.


3.2.2.2 % Micelio Externo Activo MEA de HMA El análisis de varianza para el %MEA mostró diferencias significativas entre tratamientos en parcelas principales en soya (Anexo L), que fluctuó entre 20 y 95% en el ensayo, destacándose el uso de AO con un promedio de 81.9%, significativamente mayor al BA con 52.2% y al AV con 59.6% (Figura 3-9). De acuerdo con estos resultados, el uso de AO puede llegar a estimular la actividad de cerca de 7.5 m.g-1 suelo de micelio y su incidencia sobre la absorción de P desde las zonas de agotamiento del suelo. En maíz, a pesar de que el %MEA obtuvo valores entre 8 y 90%, no se detectaron diferencias en parcelas principales. Sin embargo, los contrastes ortogonales mostraron (Anexo M), que la aplicación compost en subparcelas incrementó significativamente el % MEA, comparado con el fertilizante de síntesis química en el cultivo de maíz manejado con BA.

19Figura 3-9. Diagrama de cajas y alambres para la variable %MEA de HMA. (A y B) Efecto en parcelas principales de soya y maíz (n=9). (C y D) Efecto en subparcelas de soya y maíz (n=3). Año 2012.

3.2.2.3 % Micelio Vital MV de HMA En el sistema maíz- soya, la transferencia de P absorbido por los HMA en la interfase de membranas fungosa-vegetal no registró diferencias significativas en el ensayo, como lo muestra el análisis de varianza para el % MV (Anexos N y Ñ). A pesar de que ANDEVA no detectó diferencias, el % MV obtuvo mayores valores en soya, fluctuando entre 28 y 78%, comparado con maíz que obtuvo valores entre 38 y 57% (Figura 3-10).

Capítulo 3 53

20Figura 3-10. Diagrama de cajas y alambres para la variable %MV de HMA. (A y B) Efecto en parcelas principales de soya y maíz (n=9). (C y D) Efecto en subparcelas de soya y maíz (n=3). Año 2012.

Los altos contenidos de P disponible en el suelo durante el ensayo (71.2 a 148.4 mg.kg-

1), no limitaron la LME de HMA en floración de maíz, que fue en promedio de 7.5 m.g-1 suelo, similar a la registrada en Molisoles de zona plana del departamento del Valle del Cauca (Colombia), con P disponible de hasta 197.3 mg.kg-1 y 8.7 m.g-1 suelo (Velásquez y Sánchez de Prager, 2011). En Inceptisoles de zona de ladera del departamento (pH= 5.6 y P disponible de 11.4 mg.kg-1) investigaciones han registrado valores de LME entre 8 y 12 m.g-1 suelo con el uso de Abonos verdes (AV) más compost y, entre 2 y 4 m.g-1 suelo con fertilizante de síntesis química, siendo estos últimos significativamente menores (Vélez, 2012). Bajo estas condiciones de baja fertilidad, la incorporación de mezclas de residuos vegetales de Canavalia ensiformis L. y Axonopus scoparius F., como AV logró impactos significativos sobre la LME en maíz. Estos resultados fueron atribuidos al efecto priming de la materia orgánica incorporada. A pesar de que soya y M. pruriens, pertenecen a la familia de las fabáceas, se observaron diferencias en la simbiosis con HMA nativos, entre las dos especies. En soya la LME fue en promedio de 2.7 m.g-1 suelo y en M. pruriens esta variable alcanzó los 9 m.g-1 suelo, beneficiándose en mayor medida de la simbiosis. En suelos del Cauca (Colombia) contrastantes con el ensayo (pH= 4.5 y P= disponible de 1.8 mg.kg-1) se registraron LME de HMA asociados a frijol Phaseolus vulgaris de hasta 27 m.g-1 suelo con la adición de residuos vegetales de Tithonia diversifolia al suelo como acolchado orgánico (Navia, 2006). Similares resultados se encontraron en este mismo suelo en


leguminosas usadas como barbecho mejorado, que lograron valores de LME de hasta 29.3 m.g-1 suelo (Torres, 2002). Lo anterior, reafirma que la LME de HMA en suelos con baja materia orgánica se ve afectada negativamente tanto en leguminosas como en gramíneas con la alta disponibilidad de P en suelo (Miller, 2000). Sin embargo, el aporte de residuos vegetales de calidad sobre el suelo puede incrementar el %MEA de HMA, como se observó en soya con el uso de AO. En el ensayo, estos resultados coincidieron con la menor disponibilidad de P en el suelo como efecto de la adición del AO, así como la baja mineralización del elemento por fosfatasas alcalinas, favoreciendo la absorción hifal desde las zonas de agotamiento. Resultados similares confirman que el uso de M. pruriens como AO en sistemas de policultivo maíz-frijol, genera incrementos del % MEA de HMA asociados (Nwoko & Sanginga, 1999; Horst et al., 2008). Por su parte, el aporte de residuos de baja calidad como el BA R. cochinchinensis, no generó efectos aparentes sobre la LME en el sistema de cultivo y su actividad para absorber P de la solución. Por el contrario, la adición de fertilizante de síntesis en el BA redujo significativamente el %MEA de HMA en maíz, pudiendo deberse a la absorción directa de los nutrientes solubles por parte del sistema radical como lo plantean otros investigadores (Sánchez de Prager y Sieverding, 1997; Sawers, Gutjahr & Paszkowski, 2008; Siqueira, 2010). De igual forma, la incorporación del AV bajo las condiciones ambientales del ensayo, mejoró la mineralización de los residuos de M. pruriens- maíz, comparado con su adición superficial como AO. Lo anterior lo muestra la mayor actividad de fosfatasas alcalinas de suelo y la alta disponibilidad de P cuando el AV se usó sólo y complementado con compost o fertilizante sintético. Estas características del AV podrían incidir notoriamente sobre la nutrición directa del sistema maíz- soya y la baja participación de los HMA asociados. Estos resultados contrastan con los obtenidos por Vélez (2012) en zona de ladera de Palmira, donde las diferentes condiciones de humedad y temperatura ralentizan la mineralización de los residuos en el AV y favorecen la actividad de los HMA por liberación racional de nutrientes.

3.2.3 Actividad Simbiótica para Fijación de N2 en Soya

3.2.3.1 Poblaciones de Rizobios Nativos del Suelo Las poblaciones de rizobios nativos del suelo, indican el potencial simbiótico para la fijación de N2 atmosférico en leguminosas (Navia, 2006; Villanueva & Quintana, 2012). El análisis de varianza para las poblaciones de rizobios nativos (Anexo O), señaló diferencias altamente significativas entre bloques, tratamientos en parcelas principales y subparcelas. De acuerdo con el análisis de contrastes ortogonales, se observaron diferencias significativas entre el Número más Probable (NMP) de rizobios del suelo en el

Capítulo 3 55

AV, comparado con los manejos de AO y BA que no difirieron entre sí (Figura 3-11). Este incremento en las poblaciones de rizobios del suelo en el AV fue de 85.7% y 111.3% con respecto al AO y BA respectivamente.

21Figura 3-11. Diagrama de cajas y alambres para poblaciones de rizobios nativos del suelo en (células.g-1 suelo seco). A) Efecto en parcelas principales (n=9). B) Efecto en subparcelas (n=3). Año 2012.

El AV sin fertilización adicional, logró incrementar significativamente el tamaño de las poblaciones de rizobios nativos con respecto al AV+C (102.4%) y AV+Q (38.5%). Estos resultados en el AV coinciden con altos contenidos de N-total y bajos de N-NO3 en el suelo, pudiendo explicar el incremento de los rizobios nativos. El AO+C incrementó de manera significativa las poblaciones de rizobios nativos de suelo, comparado con AO (181%) y AO+Q (120%). El BA+Q incrementó las poblaciones de rizobios con respecto al BA+C (74.6%) y 9.5 veces las mismas poblaciones en el BA sin fertilización.

3.2.3.2 Número, Tamaño y Peso Seco de nódulos en soya Recordemos que la simbiosis efectiva para fijación de N2 en leguminosas, depende no solo del tamaño de las poblaciones de rizobios en la rizósfera, sino de otros de factores como la producción de hormonas, disponibilidad de nutrientes, temperatura, humedad,


aireación y especificidad planta-microorganismo (Pietrarelli et al., 2008; Borisov et al., 2008). La prueba de promedios mostró diferencias significativas entre el número y peso seco de nódulos de soya en el AO+C con respecto a los demás tratamientos (Tabla 3-5). Estos resultados en el AO+C coincidieron con altos valores de humedad del suelo y número de rizobios nativos como efecto de la adición de compost.

9Tabla 3-5. Efecto de los tratamientos sobre el desarrollo de nódulos en raíces de soya Glycine max L. Var- ICA P34.

Tratamiento Nódulos.planta-1 Ø Nódulo.planta-1 (mm) Peso seco Nódulo.planta-1 (g)

AV+C 9.0ab 4.31a 0.15b

AV+Q 5.2b 5.25a 0.14b

AV 7.3b 4.52a 0.13b

AO+C 18.8a 4.39a 0.26a

AO+Q 9.3ab 4.43a 0.14b

AO 9.8ab 4.31a 0.16b

BA+C 6.1b 4.92a 0.15b

BA+Q 9.4ab 4.12a 0.15b

BA 8.8ab 4.84a 0.16b

Las letras indican diferencias estadísticamente significativas, mediante análisis de interacción Parcela principal vs. Subparcela, usando prueba de promedios de Tukey (p<0.05). Año 2012. El AV+Q incrementó significativamente las poblaciones de rizobios nativos del suelo, sin embargo obtuvo la menor cantidad y peso seco de nódulos en soya. Similares resultados se obtuvieron en el BA+Q donde el número y peso seco de nódulos en soya no difirió del BA+C. De igual forma, los rizobios asociados a M. pruriens lograron en promedio (2011-II) la formación de 0.94 g.planta-1 en nódulos, sin embargo las parcelas de soya tratada con AV y AO durante el 2012-I, lograron 0.15 g.planta-1, significando mayor fijación de N2 en M. pruriens, en este tipo de suelo. Hirsch (1996), indica que algunas especies de rizobios del suelo sobreviven como parte de la microflora saprofítica del suelo cuando no están realizando simbiosis con leguminosas hospederas. Esto pudo ocurrir en el AV, que favoreció la mineralización de nutrientes como N y P en el suelo, su disponibilidad para el sistema maíz- soya, y los microorganismos nativos como el caso de los rizobios. En el BA, la adición de residuos vegetales de baja calidad limitó el crecimiento de poblaciones nativas de rizobios por bajo aporte de nutrientes, que se vieron favorecidas con la adición de fertilizante en el BA+Q. Resultados similares fueron encontrados por Pérez-Giménez & Lodeiro (2013) quienes reportaron incrementos en las poblaciones de Rhizobium etli con la adición de nitrógeno inorgánico, comparado con el manejo orgánico en leguminosas. Otro estudio reportó incrementos en poblaciones de vida libre de Rhizobium sullae, Rhizobium etli, Sinorhizobium meliloti y Bradyrhizobium japonicum con la aplicación de nitrógeno inorgánico en suelos con bajos contenidos de materia orgánica, generando procesos de inmovilización microbiana y desnitrificación (Delgado, Casella & Bedmar, 2007). Similares incrementos en poblaciones de rizobios del suelo al mismo tiempo que reducción en su

Capítulo 3 57

diversidad genética fueron encontrados en suelos del Reino Unido manejados con fertilización nitrogenada de síntesis química, comparados con el manejo orgánico (Palmer & Young, 2000). Por su parte, la adición de residuos vegetales de calidad complementada con compost puede incrementar las poblaciones de rizobios nativos, al tiempo que favorecer la nodulación en soya como lo muestra el AO+C. Lo anterior coincide con resultados obtenidos en otras investigaciones, donde, la adición de materia orgánica al suelo favoreció el crecimiento de poblaciones de organismos benéficos como los rizobios nativos, explicado por su aporte energético y de fuentes de C (Woomer, Singleton & Ben Bohlool, 1988; Escobar, 2003; Grossman et al., 2011). El crecimiento de estas poblaciones al igual que la actividad de los HMA dependerá de las condiciones del suelo. En suelos del Cauca (Colombia) contrastantes a los del ensayo (pH= 4.1, P= 1.8 mg.kg-1 y N=0.2 mg.kg-1) se registraron poblaciones de hasta 6.7 X106 celulas.g-1 suelo con la adición de residuos vegetales de Calliandra houstoniana en el cultivo de frijol Phaseolus vulgaris (Navia, 2006). En suelos del Valle del Cauca (Colombia) con alto grado de erosión (pH=4.6, P=4.8 mg.kg-1 y N= 0.01 mg.kg-1) estas poblaciones fueron de 3.1 X104 celulas.g-1 suelo (Zapata, 2000). Sin embargo, el número de células de rizobios en el suelo es sólo uno de los factores que incide sobre la nodulación radical en soya (Ohyama et al., 2009; Grossman et al., 2011). De acuerdo con Ferguson & Mathesius (2003), la formación de nódulos en soya está regulada por la acción de hormonas como el ácido abscisico, y la relación entre el contenido de auxinas y citoquinonas. El ácido abscisico, es importante regulador del paso de fotosintatos a la zona radical, donde son usados como fuente de energía para el desarrollo del proceso de respiración y fijación de N2, por acción de los rizobios asociados (Dangar & Basu, 1991). Algunos estudios en plantas de soya micorrizadas mostraron incrementos significativos del contenido de ácido abscisico en raíces y nódulos comparado con plantas no micorrizadas, indicando contribución del HMA a la fijación de N2 (Murakami-Mizukami et al., 1991). Por su parte, incrementos en los niveles de auxinas como el ácido indol acético han sido observadas en la raíz de soya durante la formación de nódulos (Fedorova et al., 2000). En el proceso de nodulación, la división de células corticales en soya ha sido atribuida a la presencia de citoquinonas que pueden llegar a ser sintetizadas por los mismos rizobios (Phillips & Torrey, 1970; D’Agostino & Kieber, 1999). La disponibilidad de N en el suelo, es otro factor que reduce la nodulación en leguminosas. Algunas investigaciones han registrado reducciones significativas del peso de nódulos en algunas leguminosas, con la presencia de altos contenidos de N-NO3 en solución del suelo (Pietrarelli et al., 2008; Salvagiotti et al., 2008; Lau et al., 2012). En el ensayo, a pesar de que algunas poblaciones nativas de rizobios de vida libre en el suelo se incrementaron con la adición de N inorgánico vía síntesis química, la colonización de estas cepas en raíces de soya fue baja comparada con la adición de compost que tuvo mejor respuesta en nodulación cuando fue adicionado al AV y AO.


La mayor nodulación en M. pruriens comparada con soya, puede ser explicada por la especificidad genética para la fijación de N2 entre rizobios nativos y la leguminosa hospedera. Algunos investigadores, evaluando nodulación efectiva en soya mediante inoculación de diferentes rizobios nativos de Nigeria (África), encontraron que cepas de Bradyrhizobium sp. provenientes de nódulos de M. pruriens tuvieron muy baja respuesta en nodulación de soya, comparada con cepas aisladas de Vigna unguiculata (Sanginga, Thottappilly & Dashiell, 2000). Resultados similares fueron obtenidos en Zimbabwe (África), donde se aislaron rizobios nativos de distintas líneas de soya y se inocularon las cepas más representativas en algunas leguminosas forrajeras, encontrando alta nodulación en Macroptilium atropurpúreum y Vigna unguiculata (Musiyiwa, Mpepereki & Giller, 2005). Adicionalmente, el grado de especificidad de la simbiosis leguminosa- rizobio puede presentarse a nivel varietal y de ecotipos en una misma especie, siendo fundamental la respuesta del rizobio ante estímulos de la raíz mediante liberación de compuestos de reconocimiento, como flavonas y flavonoides (Zhang et al., 2002; Antunes et al., 2006).

3.2.4 Análisis Comparativos de Variables Simbióticas en Maíz y Soya Sembrados en Sistema de Cultivo Intercalado y Monocultivo

El análisis de promedios de Dunnett, no mostró diferencias significativas entre la actividad de HMA en maíz y soya sembrados en sistema de cultivo, comparada con los monocultivos convencionales (Tabla 3-6). Esto indicó que la simbiosis planta-HMA, no se redujo con el sistema de cultivo maíz- soya, logrando en cambio mejor uso del suelo, por sinergias que benefician la absorción de agua y nutrientes como el P, con consecuencias sobre la economía del agroecosistema. Por su parte, las parcelas sembradas con monocultivo de soya registraron incremento significativo en el tamaño de las poblaciones de rizobios del suelo, comparado con las sembradas en el sistema maíz- soya, sin embargo, la nodulación radical no difirió. Como se explicó anteriormente, esto pudo deberse al incremento del N disponible en el monocultivo por la baja competencia de nutrientes, como ocurrió en sistema maíz- soya.

10Tabla 3-6. Variables simbióticas en maíz y soya sembrados en sistema de cultivo y monocultivo. Se usó prueba de Dunnett (p<0.05). Año 2012.

Tratamiento LME

%MEA %MV Nódulos.planta-1Ɵ Nódulo.planta-1 Peso seco

nódulo.planta-1 (g)

Rizobios (celulas.g-1

suelo) (m.g-1 suelo) (mm)

Soya:

(T8) BA+Q 4.1 a 48.4 a 56.6 a 9.5 a 4.1 a 0.14 a 340.2 b

(T11) CS+Q 4.6 a 72.1 a 43.5 a 4.7 a 5.0 a 0.11 a 608.6 a

Maíz:

(T8) BA+Q 3.5 a 53.1 a 49.5 a

(T10) CM+Q 5.4 a 64.0 a 45.5 a

Capítulo 3 59

Delgado, Casella & Bedmar (2007), indican que Rhizobium sullae, Rhizobium etli, Sinorhizobium meliloti y Bradyrhizobium japonicum, cuando se encuentran de vida libre en el suelo, poseen la habilidad de reducir el NO3

- disponible, en condiciones de óxido- reducción. Esta habilidad, se debe a la presencia de la enzima nitrato reductasa, que facilita el proceso de desnitrificación del N inorgánico, a formas de N gaseoso como el NO2, NO y N2O en su mayoría nocivas por su contribución al smog fotoquímico y efecto invernadero (Galloway et al., 2004; Rockstrom et al., 2009).

3.3 Productividad del Ensayo

3.3.1 Rendimiento en Grano Seco de Maíz y Soya

El efecto de los tratamientos sobre los rendimientos en grano seco de maíz y soya al finalizar el semestre 2012-I, se presenta en la Figura 3-12. En maíz, la prueba de Tukey (p<0.05) no presentó diferencia significativa, para esta variable entre tratamientos, fluctuando entre 4.124 kg.ha-1 (BA) y 6.092 kg.ha-1 (CM+Q). Estos valores fueron inferiores a los reportados a nivel local en variedades comerciales, con 7.200 kg.ha-1

(Federación Nacional de Cultivadores de Cereales y leguminosas- FENALCE, 2013). A pesar de que no se registraron diferencias, se observa que el monocultivo de maíz logró mejor desarrollo de granos por estimulo generado, con la adición de N- P- K solubles en el suelo. Por su parte, el menor rendimiento en el BA fue consecuente con el bajo aporte de nutrientes vía residuos vegetales.

22Figura 3-12. Rendimiento en grano seco de maíz y soya (kg.ha-1) para los tratamientos evaluados, durante 2012-I. Las letras en las barras indican diferencias significativas entre promedios, según prueba de Tukey (p<0.05).

abc abc abcab

abca

bc abcc

ab

a a aa a

a

a

a

a

a

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Compost Sintesisquímica

Sinfertilización


Sinfertilización


Sinfertilización

Sintesisquímica

Sintesisquímica

Abono Verde Acolchado Orgánico Barbecho MonocultivoMonocultivo

kg.h

a-1

Rendimiento en grano seco de soya Rendimiento en grano seco de maíz

El rendimiento en soya, fue significativamente mayor en el AO con un valor de 2.466 kg.ha-1. Esto, pudo deberse a que la adición superficial de residuos, favoreció la toma de nutrientes y la actividad simbiótica rizosferica en soya, como se describió con


anterioridad, comparada con la incorporación en el AV donde se removió el suelo y se redujo la relación C/N con consecuencias sobre la pérdida de nutrientes vía mineralización y/o lixiviación. El BA obtuvo el menor rendimiento en grano seco de soya con 1.139 kg.ha-1, coincidente a su efecto en maíz. El CS+Q logró rendimiento de grano seco de 2.197 kg.ha-1 sin diferir de los manejos de AV y AO. El AO+C a pesar de que logró la mayor nodulación en soya, sus rendimientos en grano no difirieron del AO, debido al efecto del compost sobre absorción y lenta liberación de los nutrientes aportados (Sanclemente y Prager, 2009). Los rendimientos en grano seco de soya obtenidos con la adición en parcelas principales de residuos como AO, fueron superiores al promedio actual de la región de 1.800 kg.ha-1 (Federación Nacional de Cultivadores de Cereales y leguminosas- FENALCE, 2013).

3.3.2 Actividad Fotosintética y su Relación con el Contenido Proteico de Granos

Recordemos que la clorofila, es el pigmento que permite la transformación de la energía lumínica a energía química en las plantas, considerándose indicadora de su actividad fotosintética (Cambron et al., 2011). La clorofila-a es el pigmento principal por su mayor capacidad de absorber la energía lumínica en amplias longitudes de onda y la clorofila-b se considera accesoria ya que absorbe menor espectro lumínico (García, 2012). En maíz se ha encontrado relación entre los contenidos foliares de N y clorofilas, siendo estas últimas indicadoras indirectas de nutrición (Cambron et al., 2011). Los carotenoides, son pigmentos liposolubles que permiten la absorción de ondas lumínicas del espectro visible de color rojo, amarillo y naranja (Martínez, 2003). El análisis estadístico del ensayo, no registró correlación entre la actividad fotosintética y el contenido proteico de granos en el sistema maíz- soya (Anexos P y Q). A pesar de esto, se registró incremento significativo en los contenidos de pigmentos en maíz para el BA+Q con relación a los demás tratamientos (Tabla 3-7). Esta diferencia en BA+Q fue de 50.6% en clorofila a, 77.6% en clorofila b y 43% en carotenoides, con respecto al AV+Q, que obtuvo los contenidos significativamente más bajos. La alta asimilación en la gramínea del N inorgánico aplicado vía fertilizante sintético en el BA+Q, pudo incidir sobre el incremento en el contenido de pigmentos foliares. En el AV no esto no ocurrió, ya que gran parte del N inorgánico, producto de la mineralización de los residuos vegetales incorporados y de la adición de fertilizante de síntesis, se inmovilizó en el suelo por acción microbiana como lo registran las altas poblaciones de rizobios del suelo, dejando poca disponibilidad para la absorción radical en maíz. Sin embargo, la alta actividad fotosintética registrada en el BA+Q, no se tradujo en contenidos significativamente altos de proteína de granos. Similar resultado se obtuvo en el AV+C donde los contenidos de clorofila b y carotenoides en maíz fueron significativamente altos, pero el contenido proteico en granos estuvo entre los más bajos. El CM+Q donde se sembró el maíz en monocultivo, obtuvo de igual

Capítulo 3 61

manera valores significativamente altos de carotenoides, sin embargo su contenido proteico en granos se encontró cercano al promedio. En maíz esto indica que la asimilación de nutrientes y los productos de la fotosíntesis no necesariamente se transforman en proteínas de grano, pudiendo invertirse en crecimiento aéreo, transferirse a la raíz ó secretarse a la rizósfera (Scianca et al., 2011).

11Tabla 3-7. Contenido de pigmentos foliares y proteína en granos, en 2012-I. Se realizó prueba de Tukey (p<0.05).

Tratamiento Clorofila a (mg-kg-1) Clorofila b (mg.kg-1) Carotenos (mg.kg-1) Proteína (g.kg-1)

Maíz Soya Maíz Soya Maíz Soya Maíz Soya

(T1) AV+C 1452.6ab 1579.3a 962.2a 819.4a 343.7a 367.5a 85.3a 366.0ab

(T2) AV+Q 1040.1b 1832.6a 513.6b 954.7a 240.8b 440.9a 89.4a 373.1ab

(T3) AV 1389.8ab 1957.6a 744.5ab 1166.5a 339.2ab 404.6a 81.5a 354.8ab

(T4) AO+C 1319.3ab 1869.6a 713.6ab 997.5a 286.2ab 451.0a 90.8a 362.8ab

(T5) AO+Q 1221.2ab 1325.5a 607.8ab 704.0a 313.3ab 380.6a 94.0a 354.2ab

(T6) AO 1194.2ab 1808.6a 695.0ab 921.0a 312.4ab 448.1a 94.9a 327.3b

(T7) BA+C 1341.8ab 1432.7a 732.7ab 826.3a 281.4ab 413.5a 91.2a 360.1ab

(T8) BA+Q 1567.2a 1760.1a 912.5a 919.0a 344.3a 398.8a 89.3a 366.6ab

(T9) BA 1427.4ab 1479.6a 775.0ab 763.8a 318.2ab 380.6a 82.4a 378.5a

(T10) CM+Q 1244.7ab -- 765.0ab -- 371.3a -- 88.5a --

(T11) CS+Q -- 1813.7a -- 955.7a -- 412.8a -- 350.4ab

En soya, no se obtuvieron diferencias significativas entre los diferentes tratamientos para los pigmentos evaluados. Sin embargo, el AV+Q en soya a diferencia del maíz logró altos contenidos de pigmentos, mostrando diferencias en la asimilación de nutrientes, siendo la leguminosa más adaptable al medio por su doble simbiosis. El AO, a pesar de lograr los rendimientos en grano más altos del ensayo, obtuvo los menores contenidos de proteína en granos por balance del N asimilado. Resultados contrastantes se obtuvieron en el BA que presentó la mayor concentración proteica en granos por efecto dilución, bajo contenido de pigmentos y la menor productividad. Bajo estos resultados, el N2 fijado en soya en este tipo de suelos con la adición de materiales orgánicos de bajo aporte de nutrientes, se tradujo en mayor concentración proteica de granos y no en rendimiento total. El monocultivo de soya en CS+Q, obtuvo contenidos intermedios de pigmentos foliares y proteínas en granos, alto rendimiento y escasa fijación simbiótica de N2, indicando baja economía del cultivo por dependencia de insumos externos.

3.4 Balance de C, N y P en el Sistema Maíz- Soya

El ciclaje de nutrientes y su uso eficiente son principios agroecológicos para la sustentabilidad de los agroecosistemas (Altieri & Nicholls, 2012). Cabe recordar que el balance salida/disponibilidad de nutrientes indica el grado de eficiencia del


agroecosistema, donde las interacciones simbióticas planta- HMA y leguminosa- rizobios son fundamentales en el suministro de elementos como N y P. El balance de C, N y P en el sistema maíz – soya durante el semestre 2012-I, se presenta en la Tabla 3-8. La prueba de Tukey (p<0.05), para el uso eficiente de nitrógeno UEN registró valores significativamente altos en BA (2.91) y AO (2.53), con respecto a los demás tratamientos. Como se observa en la Tabla 3-8, el BA acumuló altos contenidos de N en cosecha del sistema maíz- soya (156.2 kg.ha-1) comparado con el escaso suministro de nutrientes al suelo mediante residuos vegetales (34.3 kgN.ha-1). Lo anterior resalta la importancia de la fijación simbiótica de N2 en soya, como alternativa biológica para producción de granos con alto contenido proteico en suelos con baja disponibilidad de nutrientes.

12Tabla 3-8. Balance de C, N y P en el sistema maíz- soya durante el semestre 2012-I.

Tratamiento N.

N. Adicionado

N. Extraído cosecha

UEN P.

P. Adicionado

P. UEP

C. Inicial suelo

C. Adicionado

C. Extraído cosecha

UEC Inicial Suelo

Inicial Suelo

Extraído cosecha

-----------------kg.ha-1--------------

-------------------kg.ha-1---------------

-----------------kg.ha-1----------------

T1(AV+C) 24.0 128.6 209.2 1.37b 467.8 146.9 40.65 0.07b 81193.2 2314.3 7579.0 0.09b

T2 (AV+Q) 21.6 128.6 200.5 1.34b 587.4 60.9 45.30 0.07b 72237.3 1668.3 7400.4 0.10ab

T3 (AV) 15.7 78.6 180.6 1.91ab 420.4 10.9 42.36 0.10ab 76586.0 1668.3 6326.0 0.08b

T4 (AO+C) 20.0 128.6 244.5 1.65b 242.0 146.9 49.33 0.13a 72550.4 2314.3 8181.1 0.11ab

T5 (AO+Q) 25.9 128.6 216.7 1.40b 372.9 60.9 48.72 0.11ab 67289.1 1668.3 7180.8 0.10ab

T6 (AO) 21.8 78.6 253.8 2.53a 460.2 10.9 52.27 0.11ab 69539.5 1668.3 8389.5 0.12a

T7 (BA+C) 32.7 84.3 177.8 1.52b 668.3 142.4 46.79 0.06b 70356.5 1504.1 6916.2 0.10ab

T8 (BA+Q) 39.6 84.3 214.8 1.73b 450.0 56.4 54.40 0.11ab 69677.8 858.1 8361.2 0.12a

T9 (BA) 19.3 34.3 156.2 2.91a 518.5 6.4 42.03 0.08b 64499.9 858.1 6252.3 0.10ab

T10 (CM+Q) 22.4 50.0 121.2 1.68b 406.1 50.0 45.81 0.10ab 70922.0 858.1 7174.2 0.10ab

T11 (CS+Q) 31.0 50.0 133.4 1.65b 525.9 50.0 15.43 0.03c 64074.7 858.1 1632.5 0.03c

Los contenidos de C, N y P en el suelo se hallaron mediante la Ecuación [2.4]. Los contenidos de C, N y P adicionados se obtuvieron a partir de los datos presentados en la Tabla 2.2. Los contenidos de C, N y P extraídos en cosecha se hallaron mediante la Ecuación [2.5]. El Uso Eficiente de C, N y P fue calculado mediante la Ecuación [2.6]. Las letras en UEN, UEP y UEC indican diferencia estadística de Tukey (p<0.05).

Por su parte, el AO logró alta acumulación de N en cosecha (253.8 kg.ha-1) comparada con el aporte al suelo mediante los residuos vegetales (78.4 kgN.ha-1). El N asimilado por los granos en cosecha fue más equilibrado en el AO con respecto a los demás tratamientos, indicando alta sinergia y posible transferencia del elemento vía MA entre las dos especies (Bethlenfalvay et al., 1991; Sánchez de Prager et al., 2007). Los tratamientos CM+Q y CS+Q donde se realizó manejo convencional de los monocultivos, obtuvieron valores del UEN significativamente bajos con 1.68 y 1.65, respectivamente. En estos tratamientos se obtuvieron altos rendimientos, sin embargo la productividad combinada fue mayor en el sistema maíz- soya que logró mejor uso eficiente de nutrientes del suelo, como lo registran otros autores (Francis, Flor & Prager, 1978; Undie et al., 2012).

Capítulo 3 63

El P, es un elemento limitante en muchos agroecosistemas y la eficiencia de absorción en las plantas dependerá entre otros factores, a simbiosis como la MA. Recordemos que el P, es fundamental en el proceso de fijación simbiótica de N en soya, y su uso eficiente incrementa la productividad de grano seco (Pypers et al, 2007; Shoko, 2009). La prueba de Tukey (p<0.05) mostró que el AO+C logró el mayor valor de UEP (0.13) en el ensayo, coincidente con la alta actividad de la MA en los intercultivos y la menor disponibilidad de P en el suelo. El CS+Q obtuvo el menor valor del UEP (0.03) explicado por la baja relación productividad/disponibilidad del elemento en el suelo. Lo anterior, contrastó con el CM+Q donde el monocultivo de maíz registró UEP (0.10) por alta productividad de grano. Valores significativamente bajos de UEP se registraron en BA (0.08) y BA+C (0.06), consecuentes con los bajos rendimientos en soya. El C, es el principal elemento de la MOS, y su ciclaje en los agroecosistemas es muy dinámico (Labrador, 2012). Es de recordar, que el proceso fotosintético permite la captura del C inorgánico (C-CO2), para posterior asimilación en la biomasa vegetal (Morris & Blackwood, 2007; Labrador, 2012). Los restos vegetales que se adicionan e incorporan al suelo como AO, AV y BA permiten mejorar los niveles de C, y por ende, a través del tiempo, el humus estable. El uso eficiente de carbono UEC, establece la razón entre el C que se captura en el sistema y aquel que se pierde por procesos de mineralización. La prueba de Tukey (p<0.05) mostró valores significativamente altos del UEC (0.12) en AO y BA+Q, comparados con CS+Q (0.03), AV (0.08) y AV+C (0.09) que lograron valores de UEC significativamente bajos. Estos resultados confirman que el aporte de residuos de calidad sobre la superficie como AO, favorece el ciclaje de nutrientes en el agroecosistema con cooperación simbiótica, al tiempo que beneficia los rendimientos en maíz- soya y reduce la emisión de GEI por ralentización de la mineralización de C y N en el suelo.

3.5 Los Resultados desde el Enfoque Sistémico de la Agroecología

La implementación del manejo agroecológico lleva implícitas premisas muy claras con respecto al beneficio que representa para la economía de la naturaleza y de las comunidades, desde diferentes perspectivas: agua, suelo, atmósfera, economía del agricultor y lo que esto significa para la economía comunal, local, regional, nacional y mundial dentro de la premisa de conexiones universales. El ensayo diseñado y ejecutado en esta investigación, ubicado a 990 m.s.n.m., 3° 24’ latitud N y 76° 26’ longitud O, con suelo Typic Haplustert cultivado con sistemas de rotación M. pruriens- maíz y maíz- soya, aportó resultados que se suman a registros locales, regionales y mundiales, en torno a lo que aporta la adición de materiales orgánicos de alta calidad como lo es Mucuna pruriens, más residuos de cosecha de maíz aplicados como AV y/o AO en diferentes combinaciones, como prácticas agroecológicas que contribuyen a la comprensión científica de los principios que fundamentan la Agroecología y su implementación en los agroecosistemas.


3.5.1 Economía del Agua: Su Uso Eficiente en el Sistema Maíz- Soya

El agua, es un bien natural escaso en agroecosistemas tropicales, sobre todo en zonas como el caso en estudio donde la precipitación anual es menor a la evapotranspiración, y la mayoría de cultivos utilizan el recurso hídrico subterráneo para riego, con costos adicionales para el productor, la comunidad local, regional e impactos al ambiente (Páez, 2013). En el ensayo, los tratamientos que lograron alta retención de humedad en el suelo fueron aquellos en los cuáles se aplicó el aporte orgánico de M. pruriens+ restos de maíz incorporados o sobre el suelo como AV y AO, combinados con compost (AV+C, 26.8%) y (AO+C, 26.0%). Sólo el uso de compost en estos tratamientos incrementó la retención de humedad en 3.0 % y 6.8% en AV y AO, lo que representa en este tipo de suelo (densidad aparente 1.8 g.cm-3) un ahorro de agua hasta de 245 m3.ha-1 en los primeros 20 cm del suelo. Esto indica la importancia del aporte de recursos orgánicos con alta porosidad sobre la retención de humedad del suelo y demás consecuencias que se discutirán a continuación. La adición de fertilizante de síntesis a suelos con bajo aporte de residuos vegetales, como el caso de BA+Q y CS+Q, incrementó la tasa de evapotranspiración del suelo y redujo la retención de humedad. Efecto contrario se observó en el AV+C que generó ahorro de entre 280.8 y 309.6 m3.ha-1 de agua en los primeros 20 cm, comparado con el CS+Q y BA+Q, respectivamente. Estos valores son representativos, considerando que los requerimientos hídricos semestrales del maíz y la soya en el departamento del Valle del Cauca son cercanos a 5.000 m3.ha-1 (Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria- CORPOICA, 2012), de los cuales cerca del 20% (1.000 m3.ha-1) deben ser provistos al cultivo mediante riego durante el primer semestre del año, entre enero y marzo, cuando existe déficit (Roveiro et al., 1997). De acuerdo con estas cifras, el uso de tecnologías como el AV+C significaría ahorro de agua utilizada en riego cercano al 30% con beneficios sobre el ambiente, la economía del cultivo y la comunidad, pues en esta región, hay problemas de disponibilidad de agua para consumo (Páez, 2013), por diferentes causas: rodeada del sector cañicultor que se abastece de las fuentes superficiales y profundas, clima semiárido y poca vegetación forestal de protección de las cuencas hidrográficas. Los resultados de esta investigación coinciden con los obtenidos en alfisoles del Valle del Cauca (Colombia) con la adición de residuos vegetales de la misma leguminosa utilizada en este ensayo (M. pruriens) más compost en el cultivo de maíz (Sanclemente, 2009), allí se logró incremento del 6% en la retención de humedad volumétrica del suelo, comparado con el suelo desnudo. En Chiapas (México), el establecimiento de la cobertura vegetal de M. pruriens en el cultivo de maíz, generó incrementos del 20% en la retención de humedad del suelo con respecto al manejo convencional (León et al., 1998).

Capítulo 3 65

3.5.2 La simbiosis como Estrategia de Economía y Regulación en el Agroecosistema Maíz- Soya

En esta investigación el análisis de interacciones permitió establecer la correlación existente entre el aporte de dos de las principales simbiosis existentes en la naturaleza: leguminosa- rizobios, leguminosa- MA, gramínea- MA, la movilidad de nutrientes, su uso eficiente y el rendimiento de grano en el sistema maíz- soya, como lo muestran los componentes principales (Tabla 3-9).

13Tabla 3-9. Aporte de los primeros cuatro componentes principales a la varianza acumulada del experimento.

Componente Autovalor Diferencia Proporción% Acumulada%

1 5.569 3.885 50.6 50.6

2 1.684 0.190 15.3 65.9

3 1.494 0.585 13.5 79.5

4 0.908 0.291 8.2 87.7

Las primeros cuatro componentes principales abarcaron el 87.7% de la variabilidad total de los resultados en el ensayo. La componente 1, relacionada con el rendimiento de grano, el uso eficiente de C y P, la nodulación en soya y el ME de HMA como integrantes del agroecosistema, explicó el 50.6% de la variabilidad (Tabla 3-10). La doble simbiosis le permitió al sistema maíz- soya, por una parte, explorar mayor volumen de suelo para absorción de agua y nutrientes, aunado a la fijación de N2 para la producción de granos.

14Tabla 3-10. Aporte independiente de las variables evaluadas en cada componente principal. Año 2012.

Componentes

Variables 1 2 3 4

Rendimiento 0.398* 0.012 0.012 -0.182

UEN 0.066 0.131 0.546* 0.706*

UEP 0.369* 0.003 -0.080 0.074

UEC 0.385* -0.199 0.130 -0.078

No. Nódulos 0.366* 0.124 0.060 -0.257

Ɵ Nódulos 0.326* -0.210 -0.164 0.196

Peso Nódulos 0.396* 0.031 0.001 0.033

Rizobios (NMP) 0.133 -0.344* -0.633* 0.245

ME 0.320* 0.430* -0.395 0.099

MV 0.164 -0.415* 0.471* -0.476*

MEA 0.076 0.637* -0.146 -0.343

[*] Indica las variables de mayor peso en cada componente.


En esta primera componente es significativo el uso eficiente del C, P (UEC y el UEP) en el sistema de cultivo maíz- soya que indica balance de nutrientes en el sistema. Aunque en UEN estas señales se invisibilizan en la inmediatez, las variables número, diámetro y peso de nódulos hacen pensar en reservorio de N para el futuro cercano, pues estos materiales orgánicos, finalizado el sistema de cultivo quedan disponibles en el suelo para una nueva cosecha. Entonces, se podría suponer que en el futuro cercano, en las nuevas siembras, habrá disponibilidad de las fuentes aportadas por este manejo. También se detecta aporte significativo por parte del micelio externo (ME) de los HMA, el cual sucede durante el ensayo vía transporte de nutrientes, fuera de ello, la permanencia de las raíces de los cultivos en el suelo, hace que este material orgánico constituido por tejidos vegetales y las hifas de HMA, también se constituyan en reservorios de nutrientes y banco de microorganismos para nuevas siembras (Sánchez de Prager et al., 2007; Siqueira, 2010).

Esta afirmación general es válida a pesar de que la incidencia de ME sobre la absorción y transferencia de P a los granos no fue significativa, posiblemente por la alta disponibilidad del elemento en el suelo (Gutjahr & Paszkowski, 2008), que enmascara el efecto de los HMA. El mayor aporte de ME al rendimiento de grano pudo estar dirigido a la absorción de micronutrientes y agua en el sistema de cultivo, sobre todo en épocas secas donde la retención de humedad por la fracción mineral es elevada. La componente 2 explica el 15.3% de la variabilidad y el mayor peso de su influencia en el sistema maíz-soya, recae sobre variables relacionadas con las dos simbiosis. El NMP en la medida que crece, aparentemente tiene influencia negativa sobre la producción de los cultivos, al igual que el micelio vivo (MV) de HMA, por el contrario, con longitud de ME y MEA la relación es directa. La relación directa del ME y MEA de los HMA sobre el rendimiento del sistema de cultivo señala que las hifas de los HMA se extienden en el suelo y captan P y otros nutrimientos (Sánchez de Prager et al., 2007), los cuales se transportan por corrientes citoplasmáticas con destino a su propio crecimiento y a ser transferido a las plantas (Gryndler et al., 2006). La relación inversa con MV podría señalar necesidades metabólicas del elemento por el HMA para el crecimiento hifal en el proceso de exploración del volumen de suelo y/o la necesidad restringida del sistema de cultivo ante la disponibilidad de P en el suelo. Por su parte, existió relación directa entre la disponibilidad de nutrientes solubles en el suelo y el crecimiento en las poblaciones de rizobios, los cuales estando de vida libre en el suelo pueden metabolizar compuestos inorgánicos como NO3

- mediante desnitrificación (Palmer & Young, 2000; Delgado, Casella & Bedmar, 2007; Pérez-Giménez & Lodeiro; 2013). Contrario al efecto sobre los rizobios del suelo, la disponibilidad de nutrientes solubles redujo la actividad del ME de HMA al convertirse en fuente de fácil absorción por el sistema radical del cultivo, como lo plantean otros investigadores (Gryndler et al., 2006; Vélez, 2012). La componente 3 explicó el 13.5% de la variabilidad y recaba sobre dos componentes de los organismos simbióticos: poblaciones de rizobios (NMP) y micelio vivo (MV) de HMA. La relación inversa con rizobios podría relacionarse con el principio de “quórum sensing”, el cual señala que para que en un proceso metabólico se produzca la molécula esperada,

Capítulo 3 67

debe haber una concentración de población ideal que haga que se disparen los mecanismos genéticos y metabólicos requeridos en el proceso. Esto señala que no necesariamente altas poblaciones de rizobios aseguran fijación de N2, sino que también una condición como alta disponibilidad de N y P en el suelo, puede llevar a que las poblaciones crezcan sin que necesariamente se reflejen en la eficiencia de la actividad y a que se inhiba el proceso de fijación de N2 (Poole et al., 2008; Pérez-Giménez & Lodeiro; 201). La componente 4 explicó el 8.2% de la variabilidad y permite apreciar una relación directa alta de la UEN con la producción del agroecosistema estudiado e indirecta con el MV de HMA. Esta respuesta señala nuevamente, por una parte, la importancia de la adición al suelo de materiales de alta calidad vía AV o AO, que estimula la mineralización y economía de nutrientes, en especial de N, pues es de amplio conocimiento que este ciclo es inminentemente biológico y los microorganismos juegan papel fundamental. Por otro lado, la relación inversa con MV, que hace referencia al porcentaje de micelio de HMA ligado a las raíces y que transporta P a la planta confirma que la alta disponibilidad de P presente en este suelo inhibe y disminuye la participación de los HMA en el transporte de este elemento (Gryndler et al., 2006).

3.5.3 El Ciclaje de Nutrientes como Vía Agroecológica que Optimiza el Rendimiento en el Sistema Maíz- Soya

La gráfica cartesiana de las dos primeras componentes, explicó el 65.9% de la variabilidad del experimento (Figura 3-12). El primer cuadrante describió la optimización del rendimiento en grano a partir del uso eficiente de C y P en el sistema, absorción de agua y nutrientes por la MA y la fijación simbiótica de N2 en soya. La ubicación de los tratamientos involucrados como el acolchado orgánico (AO+C, AO+Q y AO) indican los beneficios de esta práctica sobre el aporte gradual de nutrientes al sistema maíz- soya por mediación simbiótica. El AO+C generó beneficios adicionales como retención de humedad y, aporte de C orgánico, cenizas y fósforo al suelo. El AO constituye un recurso económico, asequible y de independencia para el agricultor y la comunidad, ya que a diferencia del fertilizante de síntesis química industrial, éste constituye una característica de autosuficiencia como insumo interno que se puede producir en la finca (Navia, 2006; Piotrowsca & Wilczewski, 2012). El aporte de residuos vegetales en AO y AV a pesar de ser similar en cantidad, varía en que en el primero se adiciona superficialmente y en el segundo, se incorpora al suelo e implica una remoción del mismo. Este proceso en AV favoreció la mineralización de nutrientes como lo muestra la alta actividad de fosfatasas alcalinas del suelo (Tabla 3-4), generando procesos de inmovilización microbiana y/o posibles pérdidas que finalmente afectaron los rendimientos de grano. Los tratamientos AV+Q y AV lograron efectos intermedios sobre el rendimiento de grano y uso eficiente de nutrientes, destacándose el AV donde no se usó fertilización adicional.


23Figura 3-13. Distribución de los tratamientos en el plano cartesiano (Componente 1 vs. Componente 2). Año 2012.

Sin embargo, el efecto de los residuos vegetales dependerá de su calidad en términos de aporte de moléculas con altos contenidos de C, N, P y otros elementos valiosos para el agroecosistema. El BA a pesar de que es un recurso alternativo para los productores, logró bajo aporte de nutrientes al suelo y poca permanencia en el tiempo, que finalmente se tradujo en bajos rendimientos de grano en el sistema maíz- soya. La adición de fertilizante en el BA logró incrementar los rendimientos de grano, sin embargo su uso redujo ostensiblemente la actividad simbiótica en el sistema como lo muestra su correlación negativa con la componente 2. El manejo convencional del monocultivo de maíz favoreció el rendimiento de grano, sin embargo la aplicación de fertilizantes y el bajo aporte de residuos vegetales al suelo tornan al sistema como altamente dependiente de insumos externos, sobre todo de N inorgánico. Contrario efecto se observó en el monocultivo convencional de soya, que presentó simbiosis con rizobios del suelo para fijación de N2, pero sus rendimientos fueron bajos comparados con la productividad en granos de maíz- soya alcanzada en el sistema de cultivo intercalado.

3.5.4 Los Sistemas de Cultivo, Rotaciones y Uso de Materiales Orgánicos de Alta Calidad como Prácticas Agroecológicas que Incrementan la Resiliencia del Agroecosistema

El uso de prácticas convencionales en la agricultura está generando impactos ambientales globales como la degradación de suelos, la contaminación de acuíferos, la emisión de GEI, entre otros, con consecuencias crecientes sobre el cambio climático

Capítulo 3 69

global y la pérdida de la capacidad para resistir sus efectos (Tilman et al., 2001; FAO, 2008; Rockstrom et al., 2009; Pengue, 2010; Altieri y Nicholls, 2012). Los monocultivos intensivos de maíz y soya a nivel mundial, son ejemplo de la implementación de estas prácticas, como la mecanización intensiva, la alta aplicación de insumos externos dependientes del petróleo y el uso ineficiente de los ciclos del agua, del C, N y P. Por el contrario, la Agroecología basa sus principios en la agrobiodiversidad, el uso eficiente de los recursos, el aprovechamiento de las sinergias y las dinámicas ecológicas, entre otros, para el diseño de agroecosistemas más resilientes a los efectos del cambio climático (Altieri y Nicholls, 2013). Dentro de estas premisas, se diseñó la fase experimental de esta investigación, en la cual, en una primera etapa se implementó el sistema M. pruriens- maíz para la producción de biomasa de calidad, mediada por el aporte simbiótico rizosférico de rizobios y HMA, su contribución en el ciclaje y absorción de nutrientes en el suelo objeto de estudio, buscando que en este primer sistema, el agricultor tuviese un aporte económico a través de la cosecha de choclo. En una segunda etapa, los residuos orgánicos obtenidos en esta asociación, se mezclaron e incorporaron al suelo como AV o AO y se sembró el cultivo intercalado maíz-soya y nuevamente se interrogaron variables ligadas a la simbiosis, ligándolas a otras que evaluaban el rendimiento en grano y la fisiología de los cultivos intercalados, al igual que la dinámica del C, N y P en el agroecosistema planteado bajo criterios agroecológicos vs convencionales. En el diagrama comparativo (Figura 3-14), se puede observar la disposición de las respuestas de las diferentes variables en los tratamientos planteados: a) una maximización de las variables evaluadas, observable en AO, que convierte esta condición en la más recomendable dentro de las condiciones de la zona y suelo estudiado, sin condiciones complementarias, b) un constreñimiento acentuado en la mayoría de ellas, visualizado en CS + Q y CM + Q, que señala las inconveniencias agroecosistémicas del monocultivo, aún suplementado con fertilización de síntesis química industrial, c) algunos puntos intermedios y coincidentes entre AV, BA y sus combinaciones, que señala ventajas comparativas puntuales. El uso de compost en el AO logra efectos adicionales sobre la fijación de N2 en soya y el desarrollo de micelio externo en los intercultivos, al tiempo que mejora la retención de humedad en el sistema. Contrario efecto se observa con la adición de fertilizante al BA que reduce la actividad del micelio externo en el intercultivo, la fijación de N2 en soya y la retención de humedad, tornándose poco resiliente ante eventos de sequía y poca disponibilidad de nutrientes en el agroecosistema. En AV, los pliegues en los vértices de la figura para el uso eficiente de nutrientes y la actividad simbiótica contrastan con picos en la actividad fotosintética y la mineralización en el suelo, indicando suministros directos de N y P al intercultivo, provenientes de la transformación de moléculas orgánicas presentes en los residuos incorporados. Esta condición del AV no es del todo deseada en la zona de estudio donde la mineralización del C presente en la MOS trae consecuencias sobre la estabilidad de subsistema suelo y la emisión del CO2 como gas de efecto invernadero.


24Figura 3-14. Diagrama comparativo de respuesta de los tratamientos sobre algunas variables del ensayo. Año 2012.

De acuerdo con Altieri & Nicholls (2013), un agroecosistema es resiliente si es capaz de seguir produciendo alimentos suficientes a pesar de eventos climáticos extremos. Los policultivos como el sistema maíz- soya evaluado, incrementaron la productividad del agroecosistema por aumento del uso eficiente de nutrientes del suelo comparado con los monocultivos convencionales, al tiempo mejoraron la retención de humedad en el suelo (Figura 3-14). Desde esta perspectiva socio-ecológica, el uso de policultivos favorece las sinergias y complementariedades, mejoran la relación beneficio/costo y reducen las externalidades ambientales que implica su utilización.

3.5.5 Confluencia de los Resultados con Otras Investigaciones

Los resultados obtenidos en esta investigación, coinciden con los registrados por Boomsma & Vyn (2008), quienes concluyeron que la aplicación continua de mulching en maíz bajo sistemas de labranza mínima favorece la actividad biológica del suelo y la retención de humedad, con consecuencias sobre la absorción de nutrientes y el rendimiento en grano, comparado con los obtenidos en sistemas de labranza convencional.

Capítulo 3 71

En Finlandia, en un estudio efectuado por Kahiluoto, Ketoja & Vestberg (2009), evaluaron sistemas de rotación de cultivos leguminosas- gramíneas y, observaron que la aplicación de compost combinada con residuos vegetales favoreció la actividad de la MA comparado con el uso de fertilización convencional, al tiempo que incrementó la relación beneficio/costo y el contenido de la MOS. En estudio de quince años en sistemas de cultivo de maíz-soya de los Estados Unidos, no observaron diferencias entre la diversidad de HMA en la rizósfera para manejos de fertilización orgánica y sintética. Sin embargo, en el mismo estudio se observó mayor cantidad de esporas de HMA en el suelo bajo manejo orgánico, predominando la especie Gigaspora gigantea (Snyder et al., 2001). Similares resultados se obtuvieron evaluando impactos a largo plazo de las prácticas de fertilización de maíz con N de síntesis industrial en monocultivo y en rotación con soya, en los Estados Unidos. Los investigadores concluyeron que no existió influencia de los tratamientos sobre la colonización de HMA en maíz, sin embargo, la diversidad de HMA disminuyó considerablemente con las altas dosis de aplicación de N (Tian et al., 2013). En otra investigación desarrollada en diferentes tipos de suelo sembrados con maíz en Canadá, se observó mayor desarrollo del micelio externo de HMA en sistemas de labranza mínima con respecto a la labranza convencional (Kabir et al., 1998). En sistemas de labranza mínima, esto coincidió con los mayores contenidos de P y rendimiento en grano de maíz. En Canadá, algunos investigadores al analizar diversos factores que intervienen en la transferencia al intercultivo de maíz del N fijado en soya bajo condiciones de invernadero, observaron alta influencia de la colonización micorrícica, la nodulación radical y el rendimiento de N en granos (Martin et al., 1995). En Nueva Zelanda, Kumar & Goh (2002) evaluando el balance de N en cereales manejados con mulching de residuos de leguminosas en un Udic Ustochrept, observaron que los procesos de mineralización y liberación gradual del elemento generan excedentes en el suelo para uso de subsiguientes cultivos en el mediano plazo. Similares resultados fueron obtenidos por Sanclemente & Prager (2009) con el uso de mulching de M. pruriens en el cultivo de maíz bajo condiciones de ladera en un suelo Typic Haplustalfs de Colombia. En suelos contrastantes a los del ensayo anterior en un Palehumult ortóxico con pH= 4.1, Navia (2006) encontró que la adición superficial de residuos vegetales de Cratylia argentea logró incrementos significativos en la humedad del suelo, correlacionando con la actividad biológica de rizobios y HMA en el cultivo de frijol Phaseolus vulgaris. Shafqat & Pierzynski (2013), realizando balance de P en seis tipos de suelos de Estados Unidos cultivados con maíz, observaron mayor eficiencia de uso del elemento por extracción en cosecha con la aplicación de estiércol animal, explicado por su efecto sobre la reducción en la relaciones C/N y C/P del suelo. Similares resultados fueron obtenidos por Reddy et al., (1999) en suelo Typic Haplustert de India con la evaluación del balance de P en el cultivo intercalado trigo- soya manejado con abonamiento órgano-mineral tratamiento que logró la mayor eficiencia de asimilación del elemento. Costa et al., (2010) evaluando en Brasil la absorción de P en maíz cultivado en Rhodic Paleudult bajo labranza convencional y cero labranza, observaron mayor acumulación del elemento en el suelo bajo el modelo alternativo de cero labranza, explicado por la adición permanente de residuos vegetales como mulch. Esto tuvo relación con la acumulación de C estable en el suelo y el consecuente incremento de la MOS.


Como se puede observar hay alta confluencia en los resultados obtenidos en este ensayo con registros de diferentes autores, en los cuales, es importante apreciar que existen diferencias explicables en función de los sistemas de cultivo utilizados, prácticas y tipos de residuos vegetales utilizados. En esta dirección, los policultivos intercalados, la adición superficial de residuos vegetales de alta calidad al suelo y el uso de compost potencian las sinergias en el agroecosistema e incrementan su resiliencia, convirtiéndose en tecnologías de fácil acceso para productores de bajos recursos.

3.5.6 Consideraciones Finales La producción de cereales y leguminosas como maíz y soya en Colombia, está atravesando un momento crítico, debido entre otros factores, a la importación de granos a bajo precio y a los altos costos de producción que hacen poco viable la actividad, ocasionado por el sistema de manejo convencional predominante en el país. Esto afecta de manera considerable la seguridad y soberanía alimentaria de la nación, ya que los dos productos culturalmente hacen parte de la dieta básica de los colombianos al tiempo que se utilizan en la industria pecuaria para producción de carnes, huevos, lácteos y otros alimentos de consumo diario (Departamento Administrativo Nacional de Estadística- DANE, 2013). Uno de los costos de producción que ha tenido alzas considerables es el de los insumos. En maíz, sólo la aplicación de fertilizantes significa el 20% de los costos de producción y en soya el 37.8% (Federación Nacional de Cultivadores de Cereales y leguminosas- FENALCE, 2013). El uso de estas tecnologías de fertilización, genera además externalidades ambientales como la emisión de GEI, incrementos ligados al uso del petróleo en su fabricación y la contaminación de acuíferos, con costos energéticos elevados (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales- IDEAM, 2009; Rockstrom et al., 2009). Lo anterior hace urgente la propuesta de alternativas al modelo productivo actual que validadas a través de la investigación y la implementación en las comunidades campesinas, beneficien la economía de cultivo, su productividad, además de aportar a la economía de los agricultores y de la naturaleza. La agroecología reconoce y practica la economía de la naturaleza, valora la importancia de interacciones simbióticas en los agroecosistemas como la micorriza arbuscular MA, la simbiosis leguminosa- rizobios, entre otras, por sus beneficios en términos de ciclaje de la materia orgánica, uso eficiente del agua y conservación del suelo (Gosling et al., 2006; Altieri y Nicholls, 2012). Prácticas agroecológicas como los policultivos, el compostaje, la rotación de cultivos, los cultivos de cobertura, abonos verdes, acolchados orgánicos, entre otras, potencian estas interacciones simbióticas en los agroecosistemas al tiempo que maximizan el uso de recursos escasos como el agua y los nutrientes del suelo, siendo más resilientes a los retos que impone el cambio climático global (Altieri y Nicholls, 2013). En este estudio realizado en un suelo Typic Haplustert caracterizado por condiciones químicas que se califican como de fertilidad química alta, con condiciones físicas

Capítulo 3 73

limitantes dado su textura pesada, presencia de arcillas tipo 2:1, agregación que favorece la compactación y dificulta el movimiento de agua en el suelo, el sistema M. pruriens- maíz (2011-II) aportó alta cantidad de residuos vegetales al suelo (4.174 kg.ha-1) utilizados como AV ó AO durante la rotación con maíz intercalado con soya (2012-I). Este sistema de manejo favoreció el rendimiento de grano, la retención de humedad del suelo y la optimización de nutrientes como el N y P por aporte simbiótico. El aporte de residuos vegetales en la zona de estudio (alta temperatura ambiente y baja relación precipitación/evapotranspiración anual), obtuvo diferentes resultados cuando se adicionó en superficie como AO, e incorporó al suelo como AV. El AO logró retener los nutrientes por mayor espacio de tiempo en el agroecosistema debido a su menor tasa mineralización en superficie, al tiempo que potenció las interacciones simbióticas y su aporte sobre la productividad del sistema maíz- soya. En el AV la incorporación de residuos vegetales incrementó la mineralización y movilización de nutrientes en el suelo, limitando la simbiosis rizosférica y el uso eficiente de C, con efectos negativos sobre la MOS y la sustentabilidad del agroecosistema. El barbecho R. cochinchinensis, aportó 2245 kg.ha-1 de residuos vegetales con bajo contenido de nutrientes al suelo, logrando poca incidencia sobre las variables evaluadas. Sin embargo, las condiciones de BA llevaron a que algunas variables ligadas a la dinámica del N (UEN) y a la simbiosis MA como en el caso de MV, incrementaran su expresión y actividad, situación que ha sido descrita por varios autores cuando se presenta déficit nutricional por diferentes causas (Kaizzi et al., 2006; Pypers et al, 2007; Shoko, 2009). El uso de compost de gallinaza generó beneficios adicionales como retención de humedad, aporte de P, K, C orgánico y cenizas al suelo, al tiempo que favoreció la fijación de N2 y la actividad de la MA en el sistema de cultivo maíz- soya. Efecto contrario se registró con el uso de fertilizante de síntesis, que redujo la simbiosis efectiva para fijación de N2 por aporte de nutrientes solubles, generando al tiempo pérdidas en el sistema con consecuencias sobre la contaminación de recursos hídricos y la emisión de GEI. La integración animal en el agroecosistema permitiría por un lado el aprovechamiento de excedentes de granos de maíz- soya para obtención de proteína animal dentro de la unidad familiar, y por otro, el ciclaje de nutrientes al suelo mediante compostaje de estiércoles, logrando beneficios sobre la MOS y la nutrición vegetal. En el agroecosistema maíz- soya estudiado, el uso de AO sólo o acompañado de compost constituyó la mejor alternativa de aprovechamiento de los residuos vegetales de M. pruriens- maíz, por uso racional de los nutrientes aportados a través de mediación simbiótica, la protección del suelo y los beneficios socio-ecológicos derivados de la productividad del sistema, la economía del cultivo, la reducción en la emisión de GEI y la mitigación de la contaminación de recursos hídricos locales.


4 Conclusiones y Recomendaciones

4.1 Conclusiones

Bajo las condiciones edafoclimáticas en las cuales se estableció este ensayo, en el sistema M. pruriens- maíz se encontró alta actividad de las dos simbiosis evaluadas que contribuyó efectivamente al aporte de biomasa rica en N y P potencialmente aprovechable como AV/AO para el siguiente cultivo de maíz-soya. En AV y AO, los componentes de HMA y la simbiosis soya- rizobios presentaron resultados similares en ambos cultivos intercalados, con excepción de la leguminosa en la cual se detectó mayor participación del MEA en la absorción de P y mayor expresión de nodulación con AO. La baja correlación entre la actividad fotosintética del sistema maíz- soya y el contenido proteico de granos, señala la importancia de la valoración de otros indicadores complementarios como son el uso eficiente de C, N y P, los rendimientos, las pérdidas, entre otros, que contribuyen a comprender la dinámica del agroecosistema. El balance de C, N y P en el sistema maíz- soya manejado con AO mostró el uso más eficiente de estos nutrientes y una alta influencia en los rendimientos de las simbiosis rizosféricas estudiadas. Este ensayo mostró que la siembra de M. pruriens asociada a maíz con destino AV/AO para el cultivo intercalado maíz- soya, favoreció los principios agroecológicos para la sustentabilidad de los agroecosistemas: ciclaje de nutrientes a partir de materiales orgánicos de alta calidad, estímulo para la expresión de la simbiosis MA, leguminosa- rizobios y sus sinergias, economía del agua, materia orgánica, entre otros, componentes con los cuales además de contribuir a la economía social y de la naturaleza se beneficia la resiliencia socio-ecológica.

4.2 Recomendaciones

Hacer seguimiento a más largo plazo de los aportes de los AV/AO con el fin de establecer cada cuánto se deben aplicar, los cambios que sufren ante diversas condiciones edafoclimáticas y en qué medida se acomplejan con el uso de más de dos especies. Esto con miras a identificar puntos de encuentro en torno a los procesos simbióticos, su aporte a la economía del cultivo y adaptación a los efectos del cambio climático global.

Conclusiones y Recomendaciones 75

Es conveniente el aprovechamiento de la agrobiodiversidad nativa y su capacidad adaptativa al medio, para mejorar el aporte de materia orgánica y nutrientes al suelo. El establecimiento de coberturas vegetales de permanente floración, favorecería adicionalmente la sanidad del cultivo por manutención de organismos reguladores en el agroecosistema, al tiempo que beneficiaría la protección del suelo y la retención de humedad. La integración animal en estos sistemas de producción, permitiría el aprovechamiento nutricional de los excedentes de grano cosechados al tiempo que la transformación de estiércoles en el proceso de compostaje. Para lograr la valoración sistémica de estas prácticas agroecológicas, se recomienda que en estudios de esta naturaleza se incorpore el uso de herramientas de la economía ecológica como el balance energético, los aportes simbióticos como estrategia de reducción de las externalidades y el uso eficiente de los componentes de los agroecosistemas a fin de identificar indicadores sencillos de sustentabilidad.


Anexos 1. Anexo A. Composición del Compost, empresa Abonissa KIKES (Cauca).

Nitrógeno Total N 1.5%

Fósforo Total P2O5 4.0%

Potasio Total K2O 3.5% Calcio Total CaO 10.0% Magnesio Total MgO 1.3% Carbono Orgánico Oxidable 19.0% Relación C/N 16 Cenizas 29.0% pH 8.2

Densidad a 20 oC (Base seca) 0.56 g.cm-3

Capacidad de Intercambio Catiónico 35 meq.100g-1 Capacidad de retención de Humedad 148%

Compost a partir de gallinaza de jaula, aserrín y bagazo de caña 2. Anexo B. Curvas de calibración de equipo para espectrofotometría en la determinación de fosfatasas ácidas y alcalinas del suelo (Semestre 2012-I). CIAT.

y = 0,1095x + 0,0155

R2 = 0,9966

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 2 4 6 8 10 12 14

Concentración pNF mg/L

Abs

y = 0,1185x + 0,0279

R2 = 0,9952

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0 2 4 6 8 10 12 14

Concentración pNF mg/L

Abs

Anexos 77

3. Anexo C. Reactivos para la preparación de Medio Jensen (1 Litro), NMP en soya.

Reactivos Cantidad

CaHPO4 0.43 g

K2HPO4 0.20 g

MgSO4. 7H2O 0.20 g NaCl 0.20 g

FeCl3. 6H2O 0.23 g Solución de micronutrientes (stock) 1 ml Agar (Oxoid) 12 g Agua destilada estéril Completar hasta 1 Litro

Solución stock de micronutrientes (1 Litro), NMP en soya.

Reactivos Cantidad

H3BO3 2.86 g

MnSO4. H2O 2.08 g

ZnSO4. 7 H2O 0.22 g

CuSO4. 5 H2O 0.08 g

Na2MO4. 2 H2O 0.13 g Agua destilada estéril Completar hasta 1 Litro

4. Anexo D. ANDEVA- Variable: Longitud del micelio externo de HMA- época 1 (45 días después de la siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz.

Fuentes de Variación GL

Suma de Cuadrados

Cuadrado Medio del Error F Calculado Pr > F

Bloque 2 29.46 14.73 0.78 0.56 NS

Especie 1 11.76 11.76 0.62 0.51 NS

Especie*Bloque 2 37.83 18.92

Total 5

5. Anexo E. ANDEVA- Variable: Longitud del micelio externo de HMA- época 2 (90 días después de la siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz.


Suma de Cuadrados


Bloque 2 79.45 39.73 1.46 0.40 NS

Especie 1 13.65 13.65 0.5 0.55 NS


Total 5


6. Anexo F. ANDEVA- Variable: % Micelio Externo activo de HMA- época 1 (45 días después de la siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz.


Suma de Cuadrados


Bloque 2 95.21 47.61 2.03 0.33 NS

Especie 1 60.8 60.8 2.59 0.24 NS


Total 5

7. Anexo G. ANDEVA- Variable: % Micelio Externo activo de HMA- época 2 (90 días después de la siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz.


Suma de Cuadrados


Bloque 2 5.66 2.83 1.64 0.37 NS

Especie 1 146.32 146.32 84.82 <0.01 **


Total 5

8. Anexo H. ANDEVA- Variable: % Micelio vital de HMA- época 1 (45 días después de la siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz.


Suma de Cuadrados


Bloque 2 172.24 86.12 4.92 0.16 NS

Especie 1 819.01 819.01 46.77 <0.01 **


Total 5

9. Anexo I. ANDEVA- Variable: % Micelio vital de HMA- época 2 (90 días después de la siembra) (p<0.05). Mucuna pruriens vs. Maíz.


Suma de Cuadrados


Bloque 2 191.22 95.61 2.95 0.25 NS

Especie 1 640.66 640.66 19.77 <0.05 *


Total 5

Anexos 79

10. Anexo J. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable Longitud de micelio externo de HMA en soya.

Contraste DF Contraste SS Cuadrado de la

media F-Valor Pr > F

Abono verde -vs- Acolchado 1 5.75941816 5.75941816 1.73 0.258 NS

Abono verde -vs- Barbecho 1 1.92325113 1.92325113 0.58 0.489 NS

Acolchado -vs- Barbecho 1 1.02630167 1.02630167 0.31 0.607 NS

T1+T3-vs-T2 en AV 1 0.58193007 0.58193007 0.16 0.699 NS

T4+T6-vs-T5 en AC 1 2.72129052 2.72129052 0.73 0.409 NS

T7+T9-vs-T8 en BA 1 2.50711849 2.50711849 0.67 0.428 NS

11. Anexo K. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable Longitud de micelio externo de HMA en maíz.






T1+T3-vs-T2 en AV 1 5.09680392 5.09680392 0.30 0.592 NS

T4+T6-vs-T5 en AC 1 15.02425370 15.02425370 0.88 0.361 NS

T7+T9-vs-T8 en BA 1 21.66855714 21.66855714 1.26 0.276 NS

12. Anexo L. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable % de Micelio Externo Activo de HMA en soya.





Acolchado -vs- Barbecho 1 3963.255435 3963.255435 19.00 <0.01*

T1+T3-vs-T2 en AV 1 163.344136 163.344136 0.19 0.672 NS

T4+T6-vs-T5 en AC 1 265.697190 265.697190 0.31 0.590 NS

T7+T9-vs-T8 en BA 1 849.805626 849.805626 0.98 0.342 NS


13. Anexo M. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable % de micelio externo activo de HMA en maíz.






T1+T3-vs-T2 en AV 1 0.26352194 0.26352194 0.66 0.427 NS

T4+T6-vs-T5 en AC 1 0.00059817 0.00059817 0.00 0.969 NS

T7+T9-vs-T8 en B 1 6.56573899 6.56573899 Infty <.005*

14. Anexo N. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable % de Micelio Vital de HMA en soya.






T1+T3-vs-T2 en AV 1 61.7283951 61.7283951 1.26 0.284 NS

T4+T6-vs-T5 en AC 1 3.1884502 3.1884502 0.06 0.803 NS

T7+T9-vs-T8 en B 1 56.2442608 56.2442608 1.14 0.305 NS

15. Anexo Ñ. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable % de micelio vital de HMA en maíz.

Contraste DF Contraste SS Cuadrado de

la media F-Valor Pr > F




T1+T3-vs-T2 en AV 1 36.85848383 36.85848383 1.35 0.259 NS

T4+T6-vs-T5 en AC 1 46.04122028 46.04122028 1.69 0.209 NS

T7+T9-vs-T8 en B 1 1.14784206 1.14784206 0.04 0.839 NS

Anexos 81

16. Anexo O. ANDEVA de Contrastes ortogonales para variable NMP de rizobios del suelo.



Abono verde -vs- Acolchado 1 2.08781694 2.08781694 3.08E30 <.0001**

Abono verde -vs- Barbecho 1 5.07367260 5.07367260 7.49E30 <.0001**

Acolchado -vs- Barbecho 1 0.65214253 0.65214253 9.63E29 <.0001**

T1+T3-vs-T2 en AV 1 0.53102143 0.53102143 Infty <.0001**

T4+T6-vs-T5 en AC 1 0.81690464 0.81690464 Infty <.0001**

T7+T9-vs-T8 en B 1 7.75311509 7.75311509 Infty <.0001**

17. Anexo P. Coeficientes de correlación entre el contenido de pigmentos, el rendimiento y el contenido proteico de granos en soya (semestre 2012-I).

CLORA CLORB CAROTENO RTO PROT

CLORA 1.00000 0.93272 0.70868 0.43156 ‐0.27768

<.0001 <.0001 0.0173 0.1374

CLORB 1.00000 0.68620 0.36357 ‐0.31047

<.0001 0.0483 0.0950

CAROTENO 1.00000 0.25433 ‐0.36776

0.1750 0.0456

RTO 1.00000 ‐0.39423

0.0311

PROT 1.00000


18. Anexo Q. Coeficientes de correlación entre el contenido de pigmentos, el rendimiento y el contenido proteico de granos en maíz (semestre 2012-I).

CLORA CLORB CAROTENO RTO PROT

CLORA 1.00000 0.74728 0.49065 0.35631 0.23361

<.0001 0.0059 0.0533 0.2141

CLORB 1.00000 0.59013 0.32878 0.13723

0.0006 0.0761 0.4696

CAROTENO 1.00000 0.13005 0.18040

0.4934 0.3401

RTO 1.00000 0.37934

0.0387

PROT 1.00000

Bibliografía 83

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