Effect of inoculating the arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) strain Glomus hoi-like on the response of Brachiaria hybrid cv. Mulato II (CIAT 36087) to organic and nitrogen fertilization

RESUMEN

Se evaluó el efecto de la inoculación de la cepa de hongo micorrízico arbuscular (HMA) Glomus hoi-like en la respuesta del pasto Brachiaria híbrido cv. Mulato II (CIAT 36087) a la fertilización orgánica y nitrogenada. El experimento se realizó en la Microestación de Pastos y Forrajes de la Empresa Pecuaria Genética Niña Bonita, en la provincia de Artemisa, sobre un suelo Ferralítico Rojo Lixiviado. Se evaluaron once tratamientos conformados por las aplicaciones de 15 y 30 t de estiércol vacuno ha-1; 30 t de estiércol vacuno ha-1 combinado con 150 kg de N ha-1 año-1; 15 y 30 t de estiércol vacuno ha-1 combinado con 0, 75 y 100 kg de N ha-1 año-1 más la inoculación de G. hoi-like, así como los correspondientes testigos sin estiércol ni fertilizante nitrogenado, con y sin la inoculación de la cepa de HMA, los cuales se distribuyeron en un diseño de bloques al azar con cuatro réplicas. El estiércol se aplicó sobre la superficie de las parcelas y se incorporó con la última labor de aradura durante la preparación del suelo; el fertilizante nitrogenado (urea) se aplicó de forma fraccionada, al momento de la siembra y después de cada corte. Para la inoculación de G. hoi-like se utilizó un inoculante micorrízico sólido que contenía 25 esporas g-1 de sustrato, y se aplicó al momento de la siembra del pasto por el método del recubrimiento de la semilla. Se presentan los resultados de los dos primeros años del establecimiento del pasto. El estiércol vacuno incrementó el pH y los contenidos de materia orgánica (MO), P asimilable y K intercambiable del suelo y su efecto se permaneció durante los dos primeros años de su aplicación; los mayores valores de esas variables se obtuvieron con la dosis de 30 t ha-1. La inoculación de G. hoi-like combinada con las aplicaciones de 15 t de estiércol ha-1 más 75 ó 100 kg de N ha-1 año-1, produjeron los mayores porcentajes de colonización micorrízica, densidad visual y densidad de esporas, así como contenidos de nutrientes en la biomasa y rendimientos de masa seca similares a los obtenidos con la aplicación de 30 t de estiércol ha-1 más 150 kg de N ha-1 año-1 sin inocular. El efecto de la inoculación de G. hoi-like en las estructuras micorrízicas y en la reducción de las dosis de ambos fertilizantes se mantuvo durante los dos años en que se condujo el experimento. Se evidenció la posibilidad de reducir, mediante la inoculación de la cepa de HMA G. hoi-like, las dosis de fertilizantes orgánico y nitrogenado a aplicar al pasto Brachiaria híbrido cv. Mulato II cultivado en suelo Ferralítico Rojo, sin afectar su rendimiento ni el valor nutritivo de la biomasa, al menos durante los dos primeros años de su establecimiento.

Palabras clave: micorrizas arbusculares, fertilización orgánica, fertilización nitrogenada, Brachiaria.

ABSTRACT
]]> The objective of this work was to evaluate the effect of inoculating the arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) strain Glomus hoi-like on the response of Brachiaria hybrid cv. Mulato II (CIAT 36087) to organic and nitrogen fertilization. The experiment was carried out in the Pastures and Forages Station of the Genetic Breeding Enterprise “Niña Bonita”, located in Artemisa province, on a Lixiviated Red Ferralitic soil. Rates of 15 and 30 t of cattle dung ha-1, 30 t of cattle dung ha-1 combined with 150 kg N ha-1 year-1, 15 and 30 t of cattle dung ha-1 combined with 0, 75 and 100kg N ha-1 year-1 plus the inoculation of AMF strain Glomus hoi-like, and the corresponding controls without cattle dung or N, to establish eleven treatments, were assessed. These were distributed in a random block design with four replications. Cattle dung was uniformly spread on the plots and incorporated into the soil with the last plowing labor; the N fertilizer (urea) was applied in split dosages, distributed at sowing and after the each cut of the forage. G. hoi-like was applied trough a mycorrhizal formulation containing 25 spores g-1. The mycorrhizal formulation was applied at sowing by seed recovering method. Cattle dung improved the soil chemical properties when increasing its pH, organic matter and available P and K contents, and its effects was observed during the first two years after its application; the highest effects were observed with the application of 30 t ha-1. The inoculation of G. hoi-like combined with the application of 75 or 100 kg N ha-1 year-1 produced the highest mycorrhizal colonization percentages, visual density and spore density, so as dry matter (DM) nutrient contents and DM yields similar to those obtained with 30 t of cattle dung ha-1 plus 150 kg N ha-1 year-1 without inoculation. The effects of G. hoi-like inoculation on the mycorrhizal structures and on the reduction of both fertilizer dosages was observed during the first two years of the experiment. It was shown the possibility for reducing the dosages of cattle manure and N fertilizer for applying to Brachiaria híbrido cv. Mulato II cultivated in a Red Ferralitic soil without affecting the yields and the nutritive value of the forage, at least during the first two years of the pasture establishment, through the inoculation of AMF strain G. hoi-like.

Key words: arbuscular mycorrhizal fungi, organic fertilization, N fertilization, Brachiaria.

INTRODUCCIÓN

En Cuba, los pastos y forrajes constituyen la base alimentaria del ganado vacuno (1) y ello demanda la obtención de adecuados volúmenes de biomasa con suficiente calidad para satisfacer los requerimientos nutricionales de los animales.

Muchos factores inciden en la producción de los pastos; sin embargo, la baja fertilidad de los suelos dedicados a la ganadería y la imposibilidad de disponer de cantidades suficientes de fertilizantes para garantizar una adecuada nutrición de estos cultivos debido a sus altos precios en el mercado internacional, limitan los rendimientos y la calidad de la biomasa que consume el ganado y en consecuencia, reducen su productividad (2, 3).

Ello, unido a la necesidad de disponer de tecnologías limpias que contribuyan a satisfacer la creciente demanda de alimentos procedentes del sector ganadero sin comprometer la calidad del entorno, sugiere la búsqueda de alternativas basadas en el máximo aprovechamiento de los recursos locales y en el manejo eficiente de los procesos biológicos que tienen lugar en el sistema suelo-planta-animal, para garantizar la explotación sostenible de los pastos (4).

El manejo efectivo de las asociaciones micorrízicas puede ser una vía para mejorar la productividad de los pastizales y a la vez reducir su dependencia de los fertilizantes, pues se conoce que los hongos formadores de micorrizas arbusculares (HMA) son componentes integrales de la rizosfera de estos cultivos, cuyas plantas permanecen estrechamente asociadas mediante una red de hifas interconectadas que incrementan el volumen de suelo que exploran las raíces, mejoran su estructura y facilitan la absorción de los nutrientes y el agua, entre otras funciones no menos importantes (5, 6).

Basado en lo antes expuesto se realizó el presente trabajo, con el objetivo de evaluar la contribución de la inoculación de la cepa de HMA G. hoi-like a la reducción de la fertilización orgánica y nitrogenada en el pasto Brachiaria híbrido cv. Mulato II (CIAT 36087).

MATERIALES Y MÉTODOS

El experimento se realizó en la Microestación de Pastos y Forrajes de la Empresa Pecuaria Genética Niña Bonita, en la provincia de Artemisa, sobre un suelo Ferralítico Rojo Lixiviado (12) cuyas principales características químicas se muestran en la tabla I. Este presentó un pH ligeramente ácido, con un contenido medio de materia orgánica y bajos tenores de P asimilable y K intercambiable (13).

La distribución de las precipitaciones durante el período en que se condujo el experimento se presenta en la figura 1.

Se observa que el nivel de precipitaciones acumulado entre los meses de junio y octubre de 2008, superó en 602.6 mm al acumulado entre mayo y octubre de 2009.

Se evaluaron 11 tratamientos, los cuales consistieron en aplicaciones de 15 y 30 t ha-1 de estiércol vacuno solo; 30 t ha-1 de estiércol vacuno combinado con 150 kg ha-1 de N sin inocular; 15 y 30 t ha-1 de estiércol vacuno combinados con 0, 75 y 100 kg ha-1 de N más la inoculación de G. hoi-like, así como los correspondientes testigos sin estiércol ni fertilizante nitrogenado, con y sin inoculación de la cepa de HMA. Estos se distribuyeron en un diseño de bloques al azar con cuatro réplicas. Las parcelas tenían una superficie de de 25.2 m2 y un área de cálculo de 16.8 m2.

El suelo se preparó de forma convencional, con una secuencia de labores de roturación (arado), grada, cruce (arado) y grada, a intervalos aproximados de 20 días entre cada una. La siembra del pasto se realizó el 30 de mayo de 2008, en surcos separados a 70 cm y a chorrillo, con una dosis de 8 kg de semilla total ha-1 (1 kg de semilla pura germinable ha-1) y a una profundidad de 1.5 cm. El estiércol vacuno, cuyas características químicas se presentan en la tabla 2, se aplicó sobre la superficie de la parcela y se incorporó al suelo con la última labor de aradura. Este procedía de una de las vaquerías de la propia Microestación y tenía tiempo de deposición en el estercolero de cuatro meses. El fertilizante nitrogenado (urea) se aplicó de forma fraccionada, al momento de la siembra y después de cada corte. El experimento se condujo en condiciones de secano.

El primer corte del pasto se realizó a los 90 días después de la siembra y posteriormente a intervalos de 45 días, sólo durante el período lluvioso, para un total de tres cortes cada año. Estos se realizaron a una altura de 10 cm de la superficie del suelo y en cada uno se pesó la masa verde (MV) de la parte aérea de las parcelas; de la cual se tomaron muestras de 200 g para determinar el porcentaje de masa seca (MS) y los contenidos de proteína bruta (N x 6.25), P y K de la biomasa. El rendimiento de MS se estimó a partir del rendimiento de MV y el % de MS.

En cortes alternos, de cada parcela se tomaron 10 submuestras de raíces a una 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 (5). Estas se homogenizaron para formar una muestra compuesta por parcela, de las cuales se extrajo 1 g de raicillas para su tinción y clarificación (16). Se evaluaron la colonización micorrízica (17), la densidad visual (18) y la densidad de esporas en la rizosfera (19).

Durante el último corte de cada año, se tomaron 5 submuestras de suelo a la profundidad de 0-20 cm de manera aleatoria, para formar una muestra representativa de por parcela. Para la caracterización química inicial y el resto de los análisis del suelo se utilizaron las siguientes técnicas analíticas:

• pH H2O y KCl: potenciometría. Relación suelo-agua: 1:2.5.
• Materia orgánica: Walkley y Black
• P2O5 asimilable: Oniani
• Cationes intercambiables: extracción con NH4AC 1 mol L-1 a pH 7 y determinación por compejometría (Ca y Mg) y fotometría de llama (Na y K).

Los métodos para los análisis del suelo, el abonos orgánico y los contenidos de nutrientes de la biomasa del pasto se describen en el Manual de técnicas analíticas para el análisis de suelo, foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos del INCA (20).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El estiércol vacuno incrementó significativamente el pH y los contenidos de materia orgánica (MO), P asimilable y K intercambiable del suelo, y su efecto se observó en el primer y segundo año de su aplicación (fig. 2). Los mayores valores de estas variables se obtuvieron con la aplicación de 30 t ha-1, y ello se correspondió con las cantidades de MO y nutrientes que aportó este abono orgánico.

Estos resultados ratifican las potencialidades del estiércol como mejorador de las propiedades químicas del suelo y fuente de nutrientes para las plantas, así como su contribución al reciclaje de los nutrientes en los agroecosistemas ganaderos (23, 24, 25), aspecto de vital importancia para las áreas ganaderas de Cuba, teniendo en cuenta que la baja fertilidad de la mayoría de sus suelos limita severamente la productividad de los pastos y cultivos forrajeros (26).

Los incrementos del pH y de los contenidos de MO, P asimilable y K intercambiable estuvieron relacionados con las cantidades de estiércol vacuno que se incorporaron al suelo y como era de esperar, los mayores efectos se obtuvieron con la dosis más alta. En este sentido, se conoce que las potencialidades del estiércol como fertilizante orgánico radican en su capacidad para aportar cantidades importantes de MO, macro y micronutrientes al suelo (27,28), y ello a la vez está relacionado con el hecho de que una parte importante de los nutrientes que ingieren los animales no son utilizados para sus procesos metabólicos y por tanto, pasan a formar parte de las heces (29).

Como puede observarse en la tabla II, los tratamientos que fueron inoculados con la cepa de HMA G. hoi-like exhibieron mayores porcentajes de colonización micorrízica, densidad visual y densidad de esporas en la rizosfera que aquellos no inoculados, los cuales reflejaron el nivel de ocupación de los HMA nativos. Este efecto se observó muy claramente durante el primer año y demostró la capacidad de G. hoi-like para competir con las poblaciones nativas de HMA y alcanzar mayores niveles de ocupación fúngica durante ese período. No obstante, los valores más altos de estas variables se obtuvieron con la aplicación de 15 t de estiércol ha-1, con o sin la fertilización nitrogenada. Las adición de 30 t de estiércol ha-1 más la inoculación de G. hoi-like, sola o combinada con cualesquiera de las dosis de N, produjo un efecto depresivo en las estructuras micorrízicas del pasto.

El efecto de la inoculación de G. hoi-like en las estructuras micorrízicas del pasto se extendió hasta el segundo año, pero sólo en aquellos tratamientos donde se aplicó 15 t de estiércol ha-1 solo o acompañado del fertilizante nitrogenado; durante este período los niveles de colonización, densidad visual y densidad de esporas que se obtuvieron con las 15 t de estiércol ha-1 más la adición de 75 ó 100 kg de N ha-1 fueron significativamente mayores que los alcanzados con la aplicación de esa dosis de estiércol sin N.

En los agroecosistemas de pastizales, las estructuras intra y extrarradicales de las plantas están estrechamente relacionadas con la disponibilidad de nutrientes del suelo debido a que la simbiosis micorrízica está controlada por el suministro de carbono del hospedero (11, 30, 31, 32). Entonces, estas estructuras se pueden incrementar con un suministro adecuado de nutrientes o por el contrario, pueden reducirse cuando se aplican cantidades de fertilizantes que exceden los requerimientos de los pastos, ya que la entrega de los recursos del suelo a la planta hospedera a través de los HMA pierde importancia y en consecuencia, se distribuyen menos carbono y otros fotosintatos hacia las raíces en función de garantizar la simbiosis (30, 33, 34, 35).

Tales razones pudieran explicar los mayores niveles de colonización, densidad visual y densidad de esporas que se observaron en el espacio y el tiempo con la aplicación de 15 t de estiércol ha-1 más la fertilización nitrogenada y la inoculación de G. hoi-like, así como la reducción de estas estructuras cuando la inoculación de esta cepa se combinó con la adición de la dosis más alta del abono orgánico.

En ambos períodos, los tenores de PB y K que se obtuvieron con la aplicación de 15 t de estiércol ha-1 y 75 ó 100 kg ha-1 de N más la inoculación de G. hoi-like, no difirieron de los alcanzados con la dosis de 30 t de estiércol ha-1 y 150 kg de N ha-1 en ausencia de inoculación. Con la adición de 15 t de estiércol ha-1 combinado solamente con la inoculación de la cepa, estas variables exhibieron valores similares a los observados con la aplicación de 30 t de estiércol ha-1 sin fertilizante nitrogenado, pero significativamente menores que en los tratamientos anteriores.

Si se tiene en cuenta que con la inoculación de G. hoi-like y la aplicación de 15 t de estiércol ha-1 combinada con la fertilización nitrogenada también se obtuvieron los mayores efectos en las estructuras micorrízicas, se deduce que la inoculación de una cepa eficiente acompañada de la aplicación de dosis adecuadas de fertilizantes para los pastos inoculados, las cuales suelen ser menores que las que necesitan los pastos no inoculados (36, 37), puede contribuir decisivamente a mejorar el valor nutritivo de la biomasa, a partir de un mejor aprovechamiento de los nutrientes de los fertilizantes y del propio suelo. Esta hipótesis también ha sido planteada por otros autores al observar el efecto de la inoculación de cepas de HMA eficientes en los contenidos de nutrientes de especies forrajeras (37, 38, 39).

En la tabla IV se presenta el efecto de los tratamientos en el rendimiento de MS del pasto. Tanto en el primero como en el segundo año, la dosis de 15 t de estiércol ha-1 combinada con las aplicaciones de 75 ó 100 kg de N ha-1 y la inoculación de G. hoi-like, produjeron rendimientos similares a los alcanzados con la aplicación de 30 t de estiércol ha-1 y 150 kg de N ha-1 sin inocular. La inoculación de la cepa de HMA conjuntamente con la aplicación de 30 t de estiércol ha-1, solo o con 75 ó 100 kg de N ha-1, incrementó significativamente los rendimientos en relación con el testigo sin estiércol ni HMA, pero estos fueron menores que los alcanzados con esa misma dosis de estiércol más la aplicación 150 kg de N ha-1 sin inocular. La sola inoculación de G. hoi-like también incrementó significativamente el rendimiento del pasto en relación con el testigo sin estiércol ni HMA, pero sólo durante el primer año, y sus valores fueron menores que los alcanzados cuando esta se combinó con el estiércol y el fertilizante nitrogenado.

Estos resultados confirman, por una parte, las ventajas del uso estiércol vacuno, acompañado de aplicaciones complementarias de N, para reducir el período de establecimiento e incrementar la productividad de los pastos (24, 39), pues con la aplicación de 30 t ha-1 y 150 kg de N ha-1 año-1, prácticamente se logró duplicar el rendimiento.

Si se tiene en cuenta la influencia que tuvo el estiércol en las características químicas del suelo y el estado nutricional de las plantas, no hay dudas de que su efecto en el rendimiento estuvo relacionado con el aporte de MO y nutrientes; aunque no se debe descartar el hecho de que su efecto en la productividad del pasto haya sido también el resultado de la mejora del estado físico del suelo, ya que la fertilización orgánica juega un papel importante en este sentido (40).

En relación con la inclusión de los HMA en un sistema de fertilización órgano-mineral basado en la aplicación de estiércol vacuno y fertilizante nitrogenado, se hizo evidente que para alcanzar un adecuado rendimiento de biomasa no bastó la sola inoculación de una cepa eficiente, sino que esta tuvo que ir acompañada de un suministro de nutrientes, ya sea procedente de fuentes orgánicas o minerales, para garantizar un adecuado funcionamiento micorrízico y en consecuencia, un incremento en la productividad del pasto (33, 37). No obstante, el hecho de que con la inoculación de G. hoi-like más la aplicación de 15 t de estiércol ha-1 y 75 ó 100 kg de N ha-1 año-1, se hayan obtenido rendimientos similares a los alcanzados con 30 t de estiércol ha-1 y 150 kg de N ha-1 año-1en el tratamiento no inoculado, confirma la tesis de que cuando se inocula una cepa de HMA eficiente, las cantidades de fertilizantes a aplicar para alcanzar un determinado nivel de rendimiento, suelen ser menores que las necesarias para lograr ese rendimiento en ausencia de inoculación, aspecto que también ha quedado demostrado en otros cultivos (41).

El papel de los HMA en la reducción de las dosis de estiércol y fertilizante nitrogenado no solo pudiera estar ligado al aumento del coeficiente de aprovechamiento de los nutrientes procedentes de los fertilizantes y del suelo, sino también puede estar relacionado con la contribución de estos microorganismos a la mineralización de la MO. Estudios recientes han revelado que el micelio extrarradical de los HMA excreta enzimas hidrolíticas que pueden estar involucradas en la descomposición de la MO (42). Además, se han encontrado correlaciones positivas y altamente significativas entre el crecimiento de las hifas y la producción de metabolitos secundarios por los microorganismos involucrados en la descomposición de la MO del suelo (43, 44) e incluso, incrementos de la diversidad de HMA en suelos tratados por mucho tiempo con dosis moderadas de residuos orgánicos (45).

De este modo, las mayores cantidades de estructuras fúngicas y menores concentraciones de PB, P y K en la biomasa que se observaron durante el primer año con respecto al segundo, también pudieron estar influenciadas por el desigual crecimiento del pasto durante ambos períodos. En el primer caso, el mayor crecimiento pudo haber aumentado la demanda de nutrientes y de hecho, las estructuras micorrízicas; además, las plantas pudieron haber garantizado mayores recursos para el mantenimiento de la simbiosis (30, 31). En el segundo, el mayor crecimiento del pasto pudo provocar una disminución de las concentraciones de nutrientes en la biomasa, por un efecto de dilución (3).

Los resultados expuestos en este trabajo permiten concluir que la inclusión de G. hoi-like en un sistema de fertilización órgano-mineral basado en la aplicación de estiércol vacuno y fertilizante nitrogenado, incrementó las estructuras micorrízicas y permitió reducir en 15 t ha-1 y 75 kg ha-1, respectivamente, las dosis de estiércol vacuno y fertilizante nitrogenado a aplicar al pasto Brachiaria híbrido cv. CIAT 36087 (Mulato II) sin afectar sus contenidos de nutrientes en la biomasa ni su rendimiento, al menos durante los dos primeros años de su establecimiento.

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Recibido 21/07/2010, aceptado 13/06/2011.