Respuesta del aliso (Alnus acuminata Kunth) inoculado con Frankia sp. y hongos HMA a tres niveles de excretas líquidas porcinas en San Pedro (Antioquia, Colombia)

J G Tamayo-Martínez, S Ayala-Lopera* y M Medina-Sierra*

Consultor particular
* Grupo de Investigación en Ciencias Agrarias (GRICA), Facultad de Ciencias Agrarias,
Universidad de Antioquia, Ciudadela de Robledo, carrera 75 Nº 65-87, Medellín (Antioquia), Colombia.
solmedina@agronica.udea.edu.co

Resumen

Se evaluó la respuesta del aliso (Alnus acuminata Kunth) inoculado a la aplicación de porquinaza. Se conformó un grupo de 30 tratamientos que incluían bacterias fijadoras de nitrógeno, HMA (hongos micorrizógenos arbusculares) y porquinaza como factores. La porquinaza se evaluó a tres niveles (0, 40 y 60 kg de N/ha) frente a la aplicación de nitrógeno (60 kg/ha), fósforo (60 kg/ha), la combinación de los anteriores y un tratamiento sin inoculación; todos con los niveles de porquinaza establecidos.  Para la evaluación, se empleó un análisis factorial asimétrico balanceado 3x3 x 2 con efecto fijo y con cuatro niveles de dosificación testigo.  Las variables respuesta correspondieron a biomasa de la parte aérea, contenidos foliares de N, P, Ca, cenizas y porcentaje de colonización micorrizal.  

Los niveles evaluados de porquinaza, no afectaron el contenido de biomasa del aliso.  El contenido de nitrógeno del aliso cuando se aplicó fósforo como tratamiento, presentó diferencias con respecto a los demás tratamientos; sin embargo, este tratamiento no tiene impacto en términos de sostenibilidad ya que el fósforo proviene de una fuente química.  Los tratamientos que involucran microorganismos, mostraron diferencias significativas en el aporte de nitrógeno; resaltando la importancia de buscar asociaciones efectivas con microorganismos en esta especie.  Según los resultados encontrados, el aliso con inoculación dual de bacterias fijadoras de nitrógeno y HMA se puede someter a la aplicación de porquinaza equivalente a una dosis máxima de 60 kg de N/ha, sin que se afecte la asociación del componente arbóreo con biota rizosférica útil para la asimilación de nutrientes en una zona del trópico alto. 

Palabras claves: kikuyo (Pennisetum clandestinum), sistemas silvopastoriles, sostenibilidad, trópico alto

Response of Alder (Alnus acuminata Kunth) inoculated with Frankia sp and AMF at two levels of pig manure in San Pedro (Antioquia, Colombia)

Abstract

We evaluated the response of inoculated alder (Alnus acuminata Kunth) to the application of pig manure (porquinaza).  Thirty treatments that included nitrogen-fixing bacteria, AMF (arbuscular mycorrhizal fungi) and pig manure were compared.  The pig manure was evaluated at three levels (0, 40 and 60 kg of N/ha) with respect to the application of nitrogen (60 kg/ha), phosphorus (60 kg/ha), both of them and a treatment without inoculation; all treatments with the established levels of pig manure. An asymmetric 3x3 x 2 balanced factorial analysis with fixed effect was evaluated with four levels of standard control.  The response variables were shoot biomass, foliar contents of N, P, Ca, ashes and the percentage of mycorrhizal colonization. 

The assessed levels of manure did not affect the dry matter content of alder.  The nitrogen content of alder when phosphorus was applied as a treatment, showed differences with respect to other treatments, nevertheless this treatment has no impact in terms of sustainability because the phosphorus source comes from a chemical source.  Treatments involving microorganisms, showed significant differences in the contribution of nitrogen, highlighting the importance of looking for effective associations with microorganisms in this species. According to the results, the alder with dual inoculation of nitrogen-fixing bacteria and AMF can be submitted to the application of pig manure equivalent to a maximum dose of 60 kg N/ha without affecting the association of the tree component with rhizospheric biota useful for the assimilation of nutrients in a zone of the high tropic.

Key words: high tropic, kikuyu (Pennisetum clandestinum), silvopastoral system, sustainability

Introducción

En América Latina, la implementación de sistemas silvopastoriles hace parte del proceso de reconversión ambiental de la ganadería (Murgueitio 2005) convirtiéndose en una alternativa clave en los sistemas ganaderos establecidos en suelos con limitantes de uso no aptos para el manejo de animales.  En Colombia, y principalmente en las zonas lecheras del Departamento de Antioquia, la implementación de estos sistemas ha sido estudiada por varios autores (Giraldo 2000) en pasturas basadas principalmente en el pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum Hotchst) con especies como acacia, roble, guayaba, entre otras.  La introducción de estas especies o de otras, implica someterlas al manejo de las pasturas del sector, que por muchos años se ha basado en el uso de fertilizantes químicos y abonos de origen biológico como las excretas líquidas porcinas “porquinaza” para favorecer el aporte de nutrientes, principalmente  de nitrógeno (Cavanagh et al 2011, Cordovil et al 2011, Sánchez y González 2005).  El uso de porquinaza (Cordovil et al 2011) y algunas otras enmiendas orgánicas favorecen la recuperación de la funcionalidad biológica de los suelos (Cordovil et al 2011, Guerrero et al 2001). 

Debido a que los sistemas silvopastoriles buscan la sostenibilidad de estas explotaciones, se hace necesario buscar la integralidad del manejo para el logro del objetivo, lo que implica, evaluar el uso de las alternativas que aseguren el aporte de nutrientes al sistema a largo plazo, dentro de las cuales la implementación de sistemas con árboles y el manejo de la comunidad microbial del suelo con capacidad efectiva en la captación de nutrientes o en la fijación de nitrógeno, contribuye al aprovechamiento y reciclaje de nutrientes, lo cual ha sido ampliamente documentado (Galicia y García-Oliva 2004, Writer y Kanal 1998) como clave en la sostenibilidad y en el mejoramiento de la calidad de los suelos (Wick et al 2000).  El manejo de la comunidad microbial del suelo es aún muy incipiente, sin embargo, se ha encontrado que la inoculación dual de hongos micorrizógenos arbusculares y de bacterias fijadoras de nitrógeno, incrementan la toma de nutrientes por las plantas y mejoran la tolerancia a factores de estrés en algunas especies arbóreas (He y Critchley 2008) y en algunas especies del género Alnus (Oliveira et al 2005, Puppi et al 1994, Russo et al 1993).  La especie Alnus acuminata es tolerante a suelos infértiles dada su habilidad para formar asociaciones ectomicorrizales (Kennedy et al 2011, Becerra et al 2005, Neal et al 1968), endomicorrizales (Russo et al 1993) y simbiosis actinorrícicas con Frankia (Carú et al 2000, Budowski y Russo 1997, Rodríguez-Barrueco y Bond 1968), a su vez esta planta puede también mejorar la fertilidad del suelo al aportar biomasa (Furlow 1979) lo que puede ser un factor determinante en la diversidad de plantas en los sistemas (Becerra et al 2007).  En este trabajo se evaluó la respuesta del aliso (Alnus acuminata) con inoculación dual de algunas cepas del género Frankia y de hongos micorrizógenos, a la aplicación de excretas líquidas porcinas “porquinaza” en un suelo andisol del municipio de San Pedro (Antioquia), Colombia. 

Materiales y métodos

Caracterización de la zona

El trabajo se realizó en la “Hacienda La Montaña” de la Universidad de Antioquia, ubicada en el municipio de San Pedro de los Milagros en el Norte de Antioquia, a una altura de 2475msnm, con una temperatura promedio de 16ºC, humedad relativa de 69%, brillo solar de 150.9 horas, precipitación promedio de 1550mm/año, perteneciente a una zona de vida bosque húmedo montano bajo (bh-MB).  Posee el 85% en praderas basadas principalmente en pasto kikuyo que se manejan con fertilización química y aplicación de porquinaza. 

Montaje del experimento

Se empleó un suelo andisol con las siguientes características físico-químicas: textura FA, pH 5.6, M.O. 27.6%, CICE de 6.5 Cmol (+)/kg de suelo, contenido de P de 2 mg/ kg, niveles de N en forma nítrica (N-NO₃^-) de 2 mg/kg y de amonio (N-NH₄⁺) de 65 mg/kg, relación Ca/Mg de 2,0 y bajos niveles de elementos menores (Medina et al 2012). Se evaluaron cepas de actinomicetos de género Frankia y de hongos micorrizógenos arbusculares (HMA). Las cepas de actinomicetos del género Frankia comprendieron dos cepas nativas, la cepa UdeA902 procedente de Manizales (Caldas), y la cepa UdeA904 de la zona de estudio del municipio de San Pedro (Antioquia) y una cepa CUNMS502 procedente de Rionegro (Antioquia); las cepas de hongos micorrizógenos arbusculares (HMA) correspondieron a la cepa nativa UdeA1905 del género Glomus de la misma zona del Municipio de San Pedro y una cepa de Glomus fistolosum; todas las cepas están descritas en trabajos anteriores (Medina et al 2008, Medina et al 2012). Para el muestreo de suelos, se tomaron las muestras húmedas a una profundidad de 15 cm mediante recorrido en zig-zag por el terreno para un total de doce submuestras, se homogenizaron, se tamizaron por malla de 2 mm y se llevaron al laboratorio para los respectivos análisis. Se realizaron cuatro muestreos y el análisis final corresponde al promedio. 

Tratamientos

Se evaluaron un total de 30 tratamientos, 18 de los cuales correspondieron a las combinaciones de las cepas de actinomicetos y hongos HMA antes descritas con tres niveles de porquinaza equivalentes a 0, 40 y 60 kg de N/ha, según las dosis empleadas de N en las pasturas de la zona, y se realizaron los cálculos para la aplicación de acuerdo al análisis químico (Tabla 1). Los otros 12 tratamientos correspondieron a cuatro niveles de dosificación testigo: fertilización con nitrógeno (60 kg de N/ha), fertilización con fósforo (60 kg de P/ha), fertilización con N y P en las mismas dosis establecidas para la evaluación de cada elemento en forma individual y un tratamiento sin inoculación ni fertilización; todos combinados con los tres niveles de porquinaza establecidos.  Las fuentes para el N y P fueron urea (CO(NH₂)₂) y ácido fosfórico (H₃PO₄) del 85% de pureza respectivamente.

Metodología estadística y variables analizadas

Se empleó un análisis factorial asimétrico balanceado efecto fijo 3x3 x 2 con cuatro niveles de dosificación testigo, donde los factores correspondieron a tres cepas de bacterias fijadoras de nitrógeno del género Frankia, dos cepas de hongos HMA y tres niveles de aplicación de porquinaza. Se evaluaron cinco unidades experimentales por tratamiento que consistieron en plantas obtenidas a partir de semilla germinada en cuarzo estéril e inoculadas con los correspondientes microorganismos y trasplantadas a los tres meses a bolsas de dos kg, posteriormente sometidas a condiciones similares de riego y manejo durante nueve meses. Se analizaron las variables biomasa de la parte aérea, contenidos foliares de N, P, Ca y cenizas, determinados según las metodologías de la AOAC (AOAC 1995) y el porcentaje de colonización por los hongos micorrizógenos arbusculares en las raíces clareadas y luego teñidas con azul tripán (Phillips y Hyman 1970).  Las variables experimentales se midieron al final de experimento y los datos se procesaron mediante SPSS versión 19.   

Resultados y discusión

Al evaluar el efecto de la aplicación de los tres niveles de porquinaza en aliso con inoculación dual de microorganismos; se encontró que los niveles evaluados de porquinaza, con un contenido de 63 % de formas inorgánicas del nitrógeno total (Tabla 1), no afectaron el aporte de materia seca de la especie bajo esas condiciones.  Las diferencias encontradas en la respuesta de la especie, se deben a los tratamientos empleados, encontrándose diferencia entre ellos independiente del nivel de porquinaza empleado (Figura 1). 

Figura 1.  Respuesta en mg/planta del aliso (Alnus acuminata) inoculado con bacterias fijadoras de nitrógeno y hongos HMA a la aplicación de tres niveles de porquinaza. (Valores con diferentes letras difieren significativamente (P<0.05).

El aporte de nitrógeno por la especie al sistema, mejoró significativamente cuando se aplicó fósforo como tratamiento, y los tratamientos que involucraron microorganismos, superaron significativamente al testigo o lo igualaron en cuanto al aporte del elemento (Tabla 2).  

La aplicación de porquinaza no afectó los niveles de colonización de los hongos micorrizógenos evaluados, ya que no se observan diferencias significativas al interior de cada combinación de los factores hongos y bacterias debidas a los niveles evaluados de las excretas (Figura 2). 

Figura 2.  Colonización del aliso (A. acuminata) por hongos HMA bajo la aplicación de tres niveles de porquinaza.

Numerosos trabajos evidencian el efecto benéfico de los dos tipos de asociaciones tanto con bacterias fijadoras de nitrógeno como con hongos micorrizógenos conjuntamente en el aporte de N, P, otros nutrientes y en su adaptación a suelos con algunas limitantes (Molina et al 2008, Maistro y Cordeiro 2004, Burity et al 2000, CATIE 1995), lo que se manifiesta en un mejor comportamiento de las plantas y se espera mayor sostenibilidad de los sistemas donde se empleen este tipo de especies como componente arbóreo de las pasturas.  La implementación de sistemas alternativos que contribuyan a la disminución del impacto de la ganadería, que en la mayoría de los casos se desarrolla en suelos no aptos para la misma, implica un manejo alternativo de los programas de fertilización coherente con el propósito de los mismos.  El uso de las excretas líquidas porcinas es una alternativa a la fertilización química útil para la introducción de árboles inoculados con microorganismos buscando una mejor captación y reciclaje de nutrientes además de la protección de los suelos.

En este trabajo, se encontró que el empleo de porquinaza en los niveles evaluados, no afectó el aporte de materia seca del aliso doblemente inoculado con microorganismos ni la colonización por los hongos HMA bajo esas condiciones experimentales (Figuras 1 y 2) donde se emplearon niveles de porquinaza acordes con las dosis de nitrógeno para el sistema; sin embargo, el empleo de niveles mayores de porquinaza podría tener incidencia en la fijación de nitrógeno por Frankia, ya que la porquinaza aporta formas de nitrógeno fácilmente mineralizables (León et al 1995) que en altas cantidades pueden inhibir la fijación biológica.  Numerosos trabajos reportan que las altas dosis de nitrógeno inhiben la acción de la enzima nitrogenasa y por ende el proceso de fijación (Maistro y Cordeiro 2004) y aún el desarrollo de los nódulos si se emplean altas cantidades de N como fertilizante químico (Rondón y Hernández 1987). 

Con respecto al empleo de fertilizantes en sistemas que buscan la sostenibilidad, Galicia y García-Oliva (Galicia y García-Oliva 2004) encontraron que la fertilización con N, P y C de algunos sistemas de pasturas con árboles, es una práctica inapropiada, debido a que no contribuye a mantener el aprovechamiento del carbono del suelo y de los nutrientes en el tiempo; por tanto el empleo de los sistemas silvopastoriles son una alternativa para el manejo de las pasturas tropicales (Galicia y García-Oliva 2004, Richardson 1998), donde los suelos son pobres y la riqueza de los mismos se fundamenta en el reciclaje de los nutrientes; contribuyendo a este aspecto la inoculación dual con microorganismos (Maistro y Cordeiro 2004), similar a lo encontrado en este trabajo donde se observa un aporte de N significativo al sistema por los tratamientos con inoculación dual, excepto con el tratamiento de las cepas CUNMS502 y UdeA1905 que presentó un efecto detrimental por debajo del testigo (Tabla 2), de ahí la importancia de evaluar las asociaciones de microorganismos efectivas para cada sistema que contribuyan al aporte de nutrientes en el tiempo y que coexistan con la aplicación de porquinaza en los sistemas silvopastoriles de trópico alto.

El aliso se ha considerado una especie importante para reforestación en zonas altas como lo reportan varios autores (Feshe et al 2002) y una de las razones es la posibilidad de aportar nitrógeno a la pastura donde se encuentra asociada.  En este estudio se encontró que el aporte de nitrógeno por la especie cuando se aplicó fósforo como tratamiento, superó significativamente a los demás tratamientos (Tabla 2); algunos autores reportan que su uso puede ayudar a mejorar la dinámica del N del suelo (Reed et al 2007) y por tanto mejorar la respuesta de la planta; sin embargo en este trabajo, dicho tratamiento no es importante para la sostenibilidad ya que el fósforo proviene de una fuente química; lo que indica la importancia del empleo de los hongos HMA que ayudan a traer este elemento de otros sitios para la planta, lo cual ha sido reportado por numerosos autores (Antunes et al 2007, Li et al 2006, Jakobsen et al 2002, Thomson et al 1990).  

Los tratamientos que involucraron los microorganismos evaluados, superaron significativamente al testigo en cuanto al aporte de nitrógeno; otros autores como (Murcia 1997), hacen referencia a la importancia de emplear esta especie en suelos pobres en nitrógeno; sin embargo para que ella fije nitrógeno y lo aporte al sistema, se deben buscar asociaciones efectivas con este tipo de microorganismos.  Varios autores (Budowski y Russo 1997) han recomendado estudiar la influencia del N libre en el suelo y su papel en la nodulación de algunas especies; ya que por ejemplo (Rojas et al 2002) encontraron que la aplicación de macronutrientes redujo la fijación de nitrógeno del aliso rojo (Alnus rubra), sin embargo numerosos trabajos reportan que el uso de algunos fertilizantes de síntesis química o de enmiendas orgánicas como la porquinaza en dosis adecuadas es compatible con el empleo de microorganismos.  Según los resultados encontrados en este trabajo, la especie aliso (A. acuminata) responde a la inoculación dual de bacterias fijadoras de nitrógeno y hongos micorrizógenos arbusculares de cepas seleccionadas y al manejo de las fincas de la zona de estudio con aplicación de porquinaza equivalente a una dosis máxima de 60 kg de N/ha; dosis mayores se recomienda que sean evaluadas. 

Conclusiones

• Los niveles de excretas líquidas porcinas (porquinaza) no afectaron el aporte de materia seca ni de nitrógeno por el aliso (Alnus acuminata Kunth) al sistema en las condiciones evaluadas.
  
  
• Los tratamientos de inoculación dual de bacterias fijadoras de nitrógeno y hongos micorrizógenos arbusculares, mejoraron el desarrollo del aliso y su respuesta no estuvo influenciada significativamente por la aplicación de porquinaza.
  
  
• El aliso se puede inocular doblemente con bacterias fijadoras de nitrógeno y hongos micorrizógenos arbusculares y someter al manejo de las fincas de la zona de trópico alto estudiada con dosis de porquinaza equivalentes a una aplicación de hasta 60 kg de N/ha sin que se vea afectada la asociación del componente arbóreo con biota rizosférica útil en la asimilación de nutrientes para su crecimiento y sostenibilidad.

Agradecimientos

Los autores expresan sus agradecimientos a la Vicerrectoría de Investigación de la Universidad de Antioquia por la financiación del proyecto, al Departamento Académico de Haciendas de la Universidad, y a los zootecnistas Jorge Ochoa Sánchez, Luisa Catalina Peña Vásquez, Abdona María Chica Obando y Luis Cardona Tabares. 

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Received 8 July 2012; Accepted 15 August 2012; Published 1 October 2012

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