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Cuban Journal of Agricultural Science

Print version ISSN 0864-0408On-line version ISSN 2079-3480

Cuban J. Agric. Sci. vol.54 no.4 Mayabeque Oct.-Dec. 2020  Epub Dec 01, 2020

 

Ciencia de los Pastos

Biofertilización con Azospirillum brasilense y Rhizoglomus irregulare y reducción de la fertilización nitrogenada en Urochloa híbrido cv. Mulato II

R. Reyes Rouseaux1  * 
http://orcid.org/0000-0001-7526-8456

P. J. González Cañizares2 
http://orcid.org/0000-0003-3206-0609

J. F. Ramírez Pedroso1 
http://orcid.org/0000-0003-3384-3904

1Instituto de Investigaciones de Pastos y Forrajes. Avenida Independencia, km 8 ½ Boyeros, La Habana, Cuba

2Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas. Gaveta Postal No. 1 San José de las Lajas, Mayabeque. Cuba

Resumen

Se realizó un experimento para evaluar la contribución de la biofertilización a la reducción de la fertilización nitrogenada en Urochloa híbrido cv. Mulato II con el uso de la rizobacteria Azospirillum brasilense y el hongo micorrízico arbuscular (HMA) Rhizoglomus irregulare. Se evaluaron tres dosis de nitrógeno (0, 70 y 100 kg ha-1), solas y combinadas con la aplicación de ambos biofertilizantes, en un diseño de bloques al azar, con arreglo factorial y cuatro réplicas. Para la biofertilización, se utilizaron inóculos que contenían A. brasilense con concentración de 109 UFC mL-1, y R. irregulare, con concentración de 30 esporas g-1. Ambos se aplicaron por el método del recubrimiento de las semillas en el momento de la siembra. En el caso de A. brasilense, se realizó una segunda aplicación, a razón de 20 L ha-1 después del primer corte. El pasto respondió significativamente (P<0.01) a la fertilización nitrogenada. Los mayores rendimientos (14.5 t ha-1), concentraciones de nitrógeno en la biomasa (16.1 g kg-1) y digestibilidad de la materia orgánica (64.7%), así como los menores contenidos de fibra detergente neutro (68,1 %) se obtuvieron con la dosis de 100 kg N ha-1. Con la biofertilización, sin la aplicación de nitrógeno, estos indicadores alcanzaron valores similares a los registrados con la adición de 100 kg N ha-1. El efecto los biofertilizantes se mantuvo durante un año. Se concluye que la biofertilización con A. brasilense y R. irregulare constituye una alternativa efectiva para reducir el uso de fertilizante nitrogenado en B. híbrido cv. Mulato II.

Palabras clave: rizobacterias; micorrizas arbusculares; estado nutricional; rendimiento de forraje

La fertilización constituye una herramienta para incrementar la oferta de forraje, y consecuentemente, la producción animal. Por esta vía no solo se restituyen los nutrientes que se extraen del suelo con la biomasa que consume el ganado, sino que se mejora el valor nutritivo y la persistencia de los pastos (Neves et al. 2019).

De todos los nutrientes minerales que se aplican con la fertilización, el nitrógeno es, cuantitativamente, el más importante para las especies forrajeras, debido a su efecto inmediato en el aumento de su productividad y calidad (Franco et al. 2015). En el caso específico de Urochloa, híbrido cv. Mulato II, cuya extensión en las zonas tropicales se ha incrementado por su alto potencial de producción de biomasa y valor nutritivo, los requerimientos de este elemento suelen ser elevados (Marques et al. 2017).

No obstante a lo anterior, el aumento creciente de los precios de los fertilizantes, y la necesidad de disponer de tecnologías amigables con el medio ambiente, han acrecentado el interés en diseñar estrategias de fertilización que garanticen una nutrición adecuada de los pastos y cultivos forrajeros, disminuyan el uso de insumos externos y, a la vez, aseguren la protección de los recursos naturales (Gupta et al. 2015).

Entre estas estrategias se incluye la biofertilización, por sus potencialidades para aumentar la productividad de los cultivos, mejorar las propiedades biológicas de los suelos y la eficiencia del uso de los nutrientes (Mahanty et al. 2016 y Finkel et al. 2016). Se ha demostrado que el uso de bacterias asociativas, del género Azospirillum, incrementa el rendimiento de las gramíneas forrajeras, por su capacidad para fijar nitrógeno atmosférico, como por otros beneficios relacionados con la producción de fitohormonas y la protección de las plantas contra estreses abióticos (Cassan y Diaz-Zorita 2016 y Basu et al. 2017).

Los hongos formadores de micorrizas arbusculares (HMA) son componentes integrales de la rizosfera de los pastos, cuyas plantas permanecen interconectadas mediante una red de hifas que incrementan el volumen de suelo, exploran las raíces y facilitan la absorción de los nutrientes y el agua (Motta et al. 2017 y Jach-Smith y Jackson 2018), además de otros servicios importantes, como el restablecimiento de los tejidos fotosintéticos después de la defoliación (Ambrosino 2018). De hecho, el manejo de la biofertilización con estos microorganismos también ha arrojado resultados positivos en el aumento de los rendimientos y la mejora en la absorción del N y otros nutrientes en los pastos (Koziol y Bever 2017 y Teutscherova et al. 2019).

Estas premisas, además de la información acerca de los efectos benéficos de la coinoculación con A. brasilense y HMA en otros cultivos agrícolas (Villarreal et al. 2016 y Lopes et al. 2019), sugieren que la biofertilización con ambos microorganismos podría contribuir de manera importante a la reducción de la fertilización nitrogenada, sobre todo en especies forrajeras que requieren altas cantidades de este nutriente para alcanzar mayores rendimientos.

Este trabajo tuvo como objetivo evaluar el efecto de la aplicación conjunta de la rizobacteria A. brasilense y el HMA Rhizoglomus irregulare en la reducción de la fertilización nitrogenada en Urochloa híbrido cv. 36087 (Mulato II).

Materiales y Métodos

El experimento se realizó en la vaquería típica 23, de la Unidad Básica de Producción Cooperativa “Juan Oramas”, ubicada en el municipio de Guanabacoa, provincia La Habana. La instalación se encuentra ubicada en los 23o08’ de latitud norte y los 82º11’ de longitud oeste, en un suelo pardo mullido carbonatado (Hernández et al. 2015), cuyas principales características químicas se presentan en la tabla 1. Durante el tiempo en que se condujo el experimento (mayo 2016-abril 2017), la precipitación total fue de 1250 mm. De esta, 75 % ocurrió durante el período lluvioso (mayo-octubre de 2016), y el resto entre noviembre de 2016 y abril de 2017 (INSMET 2018).

Tabla 1 Características químicas del suelo, 0-20 cm de profundidad 

pH H2O MO (%) P2O5 Ca2+ Mg2+ Na+ K+ CIB
(mg 100 g-1) (cmolc kg-1)
7.7 3.85 122 50.8 5.0 0.32 0.99 59.09
(0.1) (0.20) (18) (2.4) (0.9) (0.09) (0.12) (3.75)

MO: materia orgánica, CIB: capacidad de intercambio de bases

Valores entre paréntesis indican intervalos de confianza (α=0.05)

Se evaluaron seis tratamientos, resultantes de la combinación de tres dosis de nitrógeno (0, 70 y 100 kg N ha-1), solas y combinadas con la aplicación conjunta de A. brasilense y R. irregulare, en un diseño de bloques al azar con arreglo factorial y cuatro réplicas. Las parcelas constituyeron la unidad experimental, y tenían una superficie total de 21 m2 y un área de cálculo de 14 m2.

El suelo se preparó mediante labores de roturación (arado), grada, cruce (arado) y grada, a intervalos aproximados de 25 d entre cada una. La siembra del pasto se realizó en mayo de 2016, en surcos separados a 50 cm y a chorrillo, con dosis de 10 kg de semilla total ha-1 (1 kg de semilla pura germinable ha-1), a profundidad de 1.5 cm.

Previo a la siembra, se tomaron 10 muestras de suelo con una barrena, por el método del zigzag, a profundidad de 0-20 cm. Se les determinó el pH en H2O (potenciometría, relación suelo-agua 1:2.5), los contenidos de materia orgánica (Walkley y Black), P asimilable (extracción con H2SO4 0.5 mol L-1 y determinación colorimétrica), bases intercambiables (extracción con NH4Ac 1 mol L-1 pH 7, determinación por complejometría para Ca y Mg, fotometría de llama para Na y K) y capacidad de intercambio de bases (suma de bases intercambiables), según las técnicas analíticas establecidas en el laboratorio de suelos y plantas del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), descritas por Paneque et al. (2011).

Las dosis de fertilizante nitrogenado se fraccionaron. Se aplicó 50 % a los 30 días posteriores a la siembra y el resto después del primer corte, ambos durante el período lluvioso. Para ello se abrieron con una azada pequeños surcos, de 10 cm de profundidad, a 10 cm de las hileras de las plantas, y se taparon después de colocado el fertilizante. En el período poco lluvioso, no se aplicó fertilizante nitrogenado, ya que el experimento se condujo en condiciones de secano. Como portador del fertilizante nitrogenado se utilizó la urea. No se aplicó fertilizante fosfórico y potásico porque se consideró que los contenidos de ambos nutrientes en el suelo eran suficientes para el pasto.

Para la biofertilización con A. brasilense se utilizó el producto comercial Nitrofix®, procedente del Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA), que contenía la cepa 8I, con concentración de 109 UFC mL-1. Para la aplicación del biofertilizante micorrízico se empleó la cepa INCAM-11 de la especie de HMA Rhizoglomus irregulare (Sieverding et al. 2014), procedente de la colección del INCA. El inóculo se multiplicó en un sustrato arcilloso, esterilizado en autoclave a 120 °C por una hora durante tres días, con el uso de Urochloa decumbens vc. Basilisk como planta hospedera. Contenía 30 esporas por gramo de inoculante, así como abundantes fragmentos de raicillas e hifas del hongo.

La coinoculación se realizó por el método del recubrimiento de las semillas. Estas se sumergieron en una pasta fluida, elaborada mediante la mezcla de 1 kg de inoculante micorrízico, 6 mL de Nitrofix® y 600 mL de agua. Las semillas se secaron a la sombra e inmediatamente se sembraron. Después del primer corte, se preparó una mezcla de Nitrofix® y agua en una relación 1:10. Mediante una mochila manual se aplicó al suelo, muy próximo a los surcos, a razón de 20 L ha-1 del producto comercial.

Se realizaron cuatro cortes, el primero a los 120 días después de la siembra y el resto cada 60 y 90 días en período lluvioso y poco lluvioso, respectivamente, a una altura de 10 cm con respecto a la superficie del suelo. En cada corte, se pesó la masa fresca de la parte aérea del pasto, que ocupaba el área de cálculo de las parcelas y se tomaron muestras de 200 g. Se llevaron a una estufa de circulación de aire a 70 ºC durante 72 h, para determinar el porcentaje de masa seca, el rendimiento de masa seca, y las concentraciones de N, P, K en la biomasa (Paneque et al. 2011), así como los contenidos de proteína bruta (N x 6.25), digestibilidad de la materia orgánica (Kesting 1977) y FDN (van Soest et al. 1991).

En el momento del segundo y cuarto corte, enmarcados en el período lluvioso y poco lluvioso, respectivamente en cada parcela se tomaron tres sub-muestras de raíces y de suelo de la rizosfera, a profundidad de 0‒20 cm mediante el empleo de un cilindro metálico de 5 cm de diámetro y 20 cm de altura. Los puntos de muestreo se distribuyeron equidistantes, y separados a 10 cm de los surcos.

Las submuestras se homogenizaron para formar una muestra compuesta por parcela, y extraer 1 g de raicillas para su tinción y clarificación (Rodríguez et al. 2015). Se evaluaron la frecuencia de colonización micorrízica mediante el método de los interceptos (Giovanetti y Mosseae 1980), la densidad visual o intensidad de la colonización (Trouvelot et al. 1986), y el número de esporas en la rizosfera, a partir del tamizado y decantado por vía húmeda de dichas estructuras y su observación en microscopio (Herrera et al. 1995).

El procesamiento estadístico de los datos se realizó mediante el análisis de varianza y la prueba de rangos múltiples de Duncan (1955) a P<0.05. En las variables correspondientes a la caracterización química del suelo, así como en aquellas cuyos resultados se muestran en gráficos, se utilizó, en ese orden, el intervalo de confianza (α=0.05) para estimar la variabilidad de las medias y como criterio para su comparación (Payton et al. 2000). En todos los casos, se utilizó el programa estadístico SPSS 25 (2017).

Resultados y Discusión

En la figura 1 se muestra la interacción entre la aplicación de los biofertilizantes y las dosis de N en las variables fúngicas.

0 N: 0 kg ha-1de nitrógeno; 35 N: 35 kg ha-1; 50 N: 50 kg ha-1; 50 N: 50 kg ha-1

B: biofertilizado con A. brasilense y R. irregulare

Las barras verticales muestran el intervalo de confianza de la media

Intervalos de confianza que se solapan entre sí no difieren significativamente (α = 0.05).

Figura 1 Efecto de los tratamientos en las variables fúngicas 

Los mayores valores de la frecuencia e intensidad de la colonización micorrízica y número de esporas en la rizosfera se alcanzaron en los tratamientos con la aplicación de A. brasilense y R. irregulare sin N, o con la adición de 70 kg N ha-1. Este efecto se mantuvo hasta el período poco lluvioso. Con la aplicación de los biofertilizantes más la adición de 100 kg N ha-1, en el muestreo realizado durante el período lluvioso, hubo valores de estas variables que, aunque superaron los tratamientos no inoculados, que mostraron el nivel de ocupación radical de los HMA residentes, fueron significativamente menores que los no biofertilizados y acompañados de dosis de 0 y 70 kg N ha-1. En este tratamiento, el efecto de los biofertilizantes en el incremento de las estructuras micorrízicas desapareció en la época de menores precipitaciones.

Las menores cifras de las variables fúngicas, así como la menor permanencia del efecto de la inoculación, observado en el tratamiento donde se aplicaron los biofertilizantes y la dosis de 100 kg N ha-1, parecen indicar un funcionamiento micorrízico no efectivo, provocado por la adición de una cantidad de fertilizante nitrogenado, que pudo exceder las necesidades del pasto biofertilizado.

Se conoce que la disponibilidad de nutrientes en el suelo controla el crecimiento de las estructuras micorrízicas, de modo que estas se reducen cuando los pastos han sido suficientemente fertilizados, ya que la entrega de estos recursos a la planta hospedera a través de los HMA pierde importancia (Baoming y Bever 2016).

Los valores de las variables fúngicas fueron menores en el período poco lluvioso que en el lluvioso, debido, probablemente, a que no se aplicó fertilizante nitrogenado durante esa época, y al comportamiento estacional de la producción de biomasa de los pastos. Durante las lluvias ocurre un rápido crecimiento, en virtud de los mayores niveles de precipitaciones, temperatura y luminosidad, lo que incrementa la absorción de nutrientes para la formación de biomasa (Bueno et al. 2019) y, consecuentemente, lleva a la formación de mayores cantidades de estructuras micorrízicas para garantizar el acceso de las plantas a los recursos del suelo (Adil et al. 2017).

La tabla 2 muestra el efecto de los tratamientos en las concentraciones de macronutrientes (N, P y K) en la biomasa aérea del pasto. En el período lluvioso, hubo una respuesta creciente de las concentraciones de N, que alcanzaron valores de 17.1 g kg-1 de masa seca, con la adición de 100 kg N ha-1. Sin embargo, con la coinoculación de los biofertilizantes, incluso sin la aplicación de fertilizante nitrogenado, se obtuvieron valores similares. Ello parece indicar que la aplicación conjunta de ambos puede garantizar la adecuada nutrición nitrogenada del pasto, al menos durante esa época.

En el período menos lluvioso, si bien desapareció el efecto de la fertilización nitrogenada en las concentraciones de N en la biomasa, debido a que no se aplicó este nutriente, permaneció el efecto de los biofertilizantes, solos o acompañados de la adición de 70 kg N ha-1 en la época de lluvias.

Los tratamientos no influyeron en las concentraciones de P y K en la biomasa, lo que unido a los valores que mostraron ambos elementos, indica que el pasto estuvo bien abastecido, a partir sus altos contenidos en el suelo (tabla 1). De hecho, este criterio se tuvo en cuenta para no aplicar los fertilizantes fosfórico y potásico al experimento.

Tabla 2 Efecto de los tratamientos con fertilización nitrogenada y biofertilización en las concentraciones de macronutrientes en la biomasa de la parte aérea 

Tratamientos Período lluvioso Período poco lluvioso
N (kg ha-1) Biofertilización N (g kg-1) P (g kg-1) K (g kg-1) N (g kg-1) P (g kg-1) K (g kg-1)
0 NB 11.6c 2.1 17.5 12.5b 2.2 18.5
70 NB 14.1b 2.2 16.9 13.3b 2.4 17.9
100 NB 17.1a 2.0 16.7 12.9b 2.3 17.8
0 A. brasilense + R. irregulare 16.7a 2.2 17.2 15.5a 2.2 18.4
70 A. brasilense + R. irregulare 15.8a 2.1 17.0 16.9a 2.3 17.1
100 A. brasilense + R. irregulare 16.3a 2.2 16.7 12.3b 2.4 18.3
ES 0.2** 0.1 0.3 0.3** 0.1 0.4

NB: no biofertilizado. A. brasilense + R. irregulare: biofertilizado con Azospirillum brasilense y R. irregulare. Promedios con letras no comunes en la misma columna difieren significativamente a P < 0.05, según dócima de Duncan

El comportamiento del rendimiento del pasto fue similar al de las concentraciones de N en la biomasa de la parte aérea (tabla 3). Es decir, en el período lluvioso, hubo aumento creciente de la producción de biomasa por unidad de superficie, hasta alcanzar los valores más altos con la aplicación de 100 kg N ha-1. Sin embargo, con los biofertilizantes, la adición de fertilizante nitrogenado resultó innecesaria para alcanzar rendimientos similares a los logrados con la dosis más alta de N.

Tabla 3 Efecto de los tratamientos en el rendimiento (t ha-1) MS 

Tratamientos Período lluvioso Período poco lluvioso
Primer corte Segundo corte Tercer corte Cuarto corte
N (kg ha-1) Biofertilización
0 NB 5.10c 4.87c 2.68b 2.32b
70 NB 6.29b 6.03b 2.72b 2.28b
100 NB 7.39a 7.13a 2.84b 2.31b
0 A. brasilense + R. intraradices 7.37a 6.87a 4.07a 3.68a
70 A. brasilense + R. intraradices 7.43a 6.93a 4.23a 3.77a
100 A. brasilense + R. intraradices 7.51a 7.01a 2.71b 2.29b
ES 0.19** 0.17** 0.15** 0.13**

NB: no biofertilizado

A. brasilense + R. irregulare: biofertilizado con Azospirillum brasilense y R. irregulare.

MS: masa seca.

Promedios con letras no comunes en la misma columna difieren significativamente a P < 0.05, según dócima de Duncan

Al analizar la influencia de los tratamientos en algunas variables del valor nutritivo del pasto (tabla 4), las aplicaciones de N sin biofertilizantes produjeron incremento de los tenores de proteína bruta y digestibilidad de la materia orgánica, así como disminución significativa del contenido de fibra detergente neutro. No obstante, con la coinoculación con A. brasilense y R. irregulare, sola o acompañada de fertilizante nitrogenado, se obtuvieron resultados similares a los alcanzados con la dosis mayor de N, en ausencia de los biofertilizantes. Este efecto fue más marcado durante el período lluvioso, aunque en la época poco lluviosa permaneció el efecto de los biofertilizantes en los contenidos de proteína bruta del pasto.

Tabla 4 Efecto de la fertilización nitrogenada y la biofertilización en indicadores del valor nutritivo del pasto 

Tratamientos Período lluvioso Período poco lluvioso
PB (%) FDN (%) DMO (%) PB (%) FDN (%) DMO (%)
N (kg ha-1 corte-1) Biofertilización
0 NB 7.23c 70.3a 62.5b 7.81b 71.7 61.7
70 NB 8.81b 69.9a 61.9b 8.31b 70.4 60.6
100 NB 9.95a 68.1b 64.7a 8.06b 69.9 60.8
0 A. brasilense + R.intraradices 10.07a 67.9b 65.2a 9. 94a 71.5 61.3
75 A. brasilense + R. intraradices 9.86a 68.3b 65.0a 10.13a 70.2 60.0
100 A. brasilense + R. intraradices 10.19a 67.7b 64.7a 7.69b 69.5 61.7
ES 0.17** 0.28** 0.26** 0.16** 0.23 0.31

NB: no biofertilizado. A. brasilense + R. irregulare: biofertilizado con Azospirillum brasilense y R. irregulare. PB: proteína bruta; FDN: fibra detergente neutro; DMO: digestibilidad de la materia orgánica. Promedios con letras no comunes en la misma columna difieren significativamente a P<0.05, según dócima de Duncan.

Los valores de PB, DMO y FDN, obtenidos con la aplicación de la dosis más alta de N, coinciden con los informados por Leal et al. (2017) y Teixeira et al. (2018) en híbridos de Urochloa, fertilizados con una cantidad de N similar. Estos autores atribuyen dicho resultado a que la adición de este elemento estimula el crecimiento de la planta y aumenta la utilización de los carbohidratos disponibles para la formación de células y de protoplasma, en vez de provocar el engrosamiento de la pared celular, que trae como resultado la disminución de los contenidos de fibra del pasto.

No obstante a lo anterior, lo más destacado fue que la coinoculación con ambos microorganismos, sin aplicaciones adicionales de N, hizo posible que estas variables alcanzaran valores similares a los obtenidos con la adición de 100 kg N ha-1. De este modo, la disminución de la dosis de N con la inclusión de la biofertilización no implicó reducción del valor nutritivo de la biomasa.

Al analizar de forma integral los resultados, se pudo constatar la contribución significativa de la biofertilización a la nutrición nitrogenada del pasto. Ello se hizo evidente en los niveles de colonización micorrízica, que fueron el resultado de la efectividad de la cepa de HMA R. irregulare, y de la posible contribución de A. brasilense a la mejora de los niveles de ocupación radical del hongo. Se ha demostrado que las estructuras fúngicas pueden ser utilizadas por la bacteria como puentes para alcanzar la epidermis del tejido radical, y que su producción de fitohormonas estimula el crecimiento de las raíces y, de hecho, la colonización micorrízica (Villarreal et al. 2016). A esto se une el propio aporte de A. brasilense a la nutrición nitrogenada, a partir de la fijación de cantidades importantes de N.

En especies del género Urochloa, se ha encontrado que el incremento en la producción de biomasa, obtenido con la inoculación con A. brasilense, puede ser equivalente a una aplicación adicional de 40 kg N ha-1 (Hungria et al. 2016), sin descartar otros beneficios no menos importantes. Este es el caso de la producción de fitohormonas y otros fotosintatos, que pudieron estimular el crecimiento de las plantas (Hanisch et al. 2017 y Oliveira et al. 2018).

La interacción sinérgica entre ambos microorganismos se pudo haber favorecido por las características del suelo donde se realizó el experimento. Este posee un horizonte A mullido, de estructura granular, con espesor no menor de 18 cm (Hernández et al. 2015) y contenido de materia orgánica superior a 3.5 %, que favoreció el crecimiento de las raíces y la absorción del N del suelo.

La conjunción de estos factores trajo como resultado una biofertilización efectiva, que garantizó una adecuada nutrición nitrogenada y la obtención de rendimientos de biomasa, con indicadores del valor nutritivo similares a los alcanzados con la aplicación de 100 kg N ha-1 mediante la fertilización mineral, al menos durante el período lluvioso. No obstante, se sugiere realizar estudios a más largo plazo para determinar la permanencia del efecto de la biofertilización en el sistema suelo-pasto, y cuantificar en el tiempo su influencia en la reducción de la fertilización nitrogenada.

Conclusiones

La biofertilización con la rizobaceria Azospirillum brasilense y el hongo micorrízico arbuscular Rhizoglomus irregulare constituye una alternativa efectiva para reducir la aplicación de fertilizante nitrogenado en el pasto Urochloa híbrido cv. 36087 (Mulato II).

Agradecimientos

Se agradece al Fondo Financiero de Ciencia e Innovación (FONCI) por haber aportado el financiamiento para la ejecución del trabajo. Se expresa gratitud a Ana N. San Juan Rodríguez y Daisy Dopico Ramírez, especialistas del ICIDCA, por su colaboración para la inclusión del biofertilizante Nitrofix® en el experimento.

REFERENCIAS

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Recibido: 04 de Septiembre de 2020; Aprobado: 05 de Octubre de 2020

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