FIJACIÓN BIOLÓGICA DE
NITRÓGENO EN ARVEJA (PISUM SPP) MEDIANTE TÉCNICAS ISOTÓPICAS DEL N15, EN
UN SUELO ANDISOL, LLANO GRANDE CARTAGO, COSTA RICA.
Paola
Brenes Rojas1, Wagner Peña Cordero2†
1Vicerrectoría de
Investigación UNED, paolarjs@gmail.com
2 Encargado de Catedra de
gestión sostenible del Suelo Escuela de Ciencias Exactas y Naturales. UNED, wpena@uned.ac.cr
Universidad Estatal a Distancia. Costa
Rica
Resumen
El nitrógeno es el nutriente de mayor demanda y clave
en los cultivos, por lo que escasez de este elemento limita la producción. La arveja (Pisum sativum
L.) tiene la capacidad de fijar
nitrógeno y es considerada una de las menos eficientes (70-300 kg/ha/año) es
por ello por lo que se plantea la necesidad de mejorar el rendimiento del
cultivo y de determinar la potencialidad de fijación de nitrógeno de la
especie. El estudio se llevó a cabo en La Angelina, de Cartago. Se trabajó con
la arveja (Pisum
sativum) como cultivo
principal del estudio. Primeramente, se ejecutó un ensayo en el 2016 para
determinar la fijación bilógica de nitrógeno (FBN) y en el 2017 se repitió la
valoración de la FBN, incluyendo un tratamiento con la inoculación en el sustrato de Azotobacter vinelandii y otro sin
inocular la bacteria. Entre los resultados obtenidos los mejores resultados se
presentaron cuando la arveja (Pisum spp), fue
inoculada con azotobacter
(Fabaceae + Azotobacter) con una cantidad de
nitrógeno fijado en el caso del maíz de 26,38%, gracias a que la mayor
contribución de nitrógeno fijado en los ecosistemas terrestres proviene de la
asociación con diferentes géneros de bacterias, en cultivos como
Maíz, y Amaranthus fue de
(24,78 y 28,93%), de nitrógeno fijado respectivamente. Se concluye que
alternativas sostenibles lograrían minimizar el impacto, como es el uso de
plantas con capacidad de fijación biológica del nitrógeno (FBN), mayormente
representado por leguminosas que fijan entre 90 y 450 kg N/ha.
Palabras claves: Leguminosas,
Inoculación, Azotobacter, Abono verde.
Abstract
Nitrogen is the most demanded and key nutrient in
crops, so a shortage of this element limits production. Pea (Pisum sativum L.) has the ability to fix
nitrogen and is considered one of the least efficient crops (70-300 kg / ha /
year),therefore there is a need to improve crop yield
and determine the nitrogen fixation potential of the species. The study was
carried out in La Angelina, in Cartago, Costa Rica. Pea (Pisum sativum) was used as the main crop of the study. First, a
trial was run in 2016 to determine the biological nitrogen fixation (BNF) and
in 2017 the assessment of BNF was repeated, including a treatment with
inoculation on the Azotobacter vinelandii
substrate and another without inoculating the bacteria. Among the results
obtained, the best results were presented when the pea (Pisum spp) was inoculated with azotobacter
(Fabaceae + Azotobacter) with an amount of nitrogen
fixed in the case of corn of 26.38%, thanks to the greater contribution of
Nitrogen fixed in terrestrial ecosystems comes from the association with
different genera of bacteria, in crops such as Corn, and Amaranthus was (24.78
and 28.93%), of fixed nitrogen respectively. It is concluded that sustainable
alternatives would manage to minimize the impact, such as the use of plants with
biological nitrogen fixation capacity (BNF), mainly represented by legumes that
fix between 90 and 450 kg N / ha.
Introducción
La arveja (Pisum sativum L.) de la familia Papilionoideae
es una importante leguminosa hortícola de interés nacional, en especial para el
consumo en fresco en la semana santa y para enlatados; a nivel mundial es una
hortaliza importante para zonas con estación fría como los países suramericanos
(Urzúa, 1996 y Vessey, 2002).
A pesar de que la
arveja tiene la capacidad de fijar nitrógeno es considerada una de las menos
eficientes (70-300 kg/ha/año) según Hardarson et al. 1987 y Urzúa 2000. Este
cultivo necesita de fertilización nitrogenada adicional para alcanzar mejores
rendimientos cuando el suministro de N del suelo, en especial cuando lo suelos
tienen escases importantes de este elemento (Ursúa, 2000).
El nitrógeno es el nutriente de mayor demanda
y clave en los cultivos, ya que es un componente principal de múltiples organelas esenciales en las plantas, y además es elemental
en los procesos de desarrollo de la planta (Rao, 2009); por lo que escasez de
este elemento limita la producción. Una fertilización adecuada y eficiente les
permite a los sistemas productivos, tener buenos rendimientos (Vessey, 2002).
Es por ello por lo
que se plantea la necesidad de mejorar el rendimiento del cultivo y de
determinar la potencialidad de fijación de nitrógeno de la especie asociada a
otros microrganismos que promueva mayor fijación de nitrógeno como es el caso
del azotobacter.
El azotobacter es conocido como unas bacterias
fijadoras de nitrógeno de vía libre, es decir de que no necesita de una
relación simbiótica para realizar el proceso de captura del nitrógeno gaseoso
para reducir a un nitrógeno asimilable por la planta como el NH4+.
Materiales y métodos
El estudio
se está llevó a cabo en sitio conocido como La Angelina, su ubicación es : Latitud 9.928492, longitud -83.929805,
distrito de Llano Grande, cantón central de Cartago, Costa Rica.
Esta finca se encuentra en la
cuenca número nueve del Reventazón, a una altura de 1.300 msnm y en un tipo de
suelo andisol, con una pendiente de 1-12 %. La determinación de los análisis
químicos y microbiológicos iníciales del suelo se realizó en el Instituto Nacional
de Trasferencia Agropecuaria (INTA) de la Universidad de Costa Rica y en el
Instituto Nacional de Aprendizaje (INA), y las muestras para determinar los
valores de N15, fueron enviadas a un laboratorio especializada de la
Universidad de Florida. Este sustrato se colocó en 30 macetas para realizar el
estudio, con cinco macetas por cultivo, colocadas en fila. La investigación se
inició el lunes 20 de febrero de 2017, y se utilizó una dosis de siembra de 10
semillas por maceta.
Figura 1.
Sitio de estudio. Finca Brenes, Cartago, Costa Rica
Fuente:
Méndez, 2016
Se trabajó con la arveja (Pisum sativum) como cultivo principal del estudio.
Primeramente, se ejecutó un ensayo en el 2016 para determinar la fijación
bilógica de nitrógeno (FBN) y en el 2017 se repitió la valoración de la FBN,
incluyendo un tratamiento con la inoculación en el sustrato de Azotobacter vinelandii y otro sin
inocular la bacteria. Se usan cinco cultivos de referencia en un diseño de
bloques completamente al azar con tres repeticiones. Los cultivos de referencia
seleccionados corresponden a maíz (Zea mays), quinua (Chenopodium quinoa),
sorgo (Sorguhum
bicolor), arroz (Oriza sativa) y abdalay
(Coix lacryma jobi). El estudio se basa en los trabajos de Wagner y
Zapata, 1982; Androssf et al, 1995 y Valles de la
Mora et al, 2003.
El nitrógeno marcado se aplicó
como urea con 9.381% átomos en exceso en el 2016 y al 5.00% en el 2017 en dosis
de 10 kg N ha-l. En el 2016 el estudio se hizo a campo abierto sobre el campo y
en el 2017 se condujo en macetas. El
nitrógeno marcado isotópicamente se aplicó diluido al suelo, tratando de
uniformizar la cantidad em todo el área o maceta.
La producción de materia seca
(MS), se evaluó en cada parcela y maceta, la cual se cortó antes de la
floración, a 2 cm del sustrato. Las muestras de materia verde constituyen todo
el material vegetal y se pesarón por separado. Luego
se secarón en horno con ventilación forzada de aire a
65°C hasta alcanzar peso constante, para determinar su contenido de materia
seca (MS). En cada muestra de material vegetal se analizó el N total, según
Kjeldahl, y la relación isotópica N15 14N-1 (Espectrometría
de masa) Para el cálculo del N fijado por la leguminosa se usará el método de
dilución isotópica del N15 (Hardarson y Danso, 1990 y Danso, 1995). Los
datos obtenidos fueron sometidos a análisis de varianza y si hay diferencias
significativas, se utilizará la Prueba de Tukey, para comparación de las medias
de tratamiento, usando el programa estadístico INFOSTAT (Di Rienzo,
Casanoves, Balzani, Tablada
y Robledo2011).
La fórmula para determinar la fijación
biológica de nitrógeno atmosférico (puede ser simbiótica o asimbiótica)
usando método isotópico marcando el suelo con fertilizante nitrogenado marcado
con 15N (*), es:
|
% Nfix = [1 - |
%
15Nleg |
] × 100 |
|
% 15N Pl.control |
Nfix = N fijado
Pl.control = planta padrón (planta no fijadora)
Usar siempre valores de % 15N en exceso, o
sea, %15N – 0,366
leg = leguminosa
Resultados y discusión
Según el INTA (2016), las legumbres como el caso de la
arveja (Pisum spp), son una
opción, alternativa y sustentable que permite el enriquecimiento del suelo y de
los cultivos en asocio, esto gracias a la capacidad que tienen estas legumbres
de fijar nitrógeno del aire.
De los tratamientos utilizados, se observa que los
mejores resultados se dieron entre la asociación Fabaceae
+ Azotobacter, teniendo los mejores resultados en el promedio de N absorbido del aire (76,70 kg/ha), así como
de la cantidad de N fijado y recuperado del suelo (19,41 y 57,29 kgN/ha respectivamente), comparado al tratamiento donde solo se utilizo la Fabaceae sin
inocular.
Al comparar ambos tratamientos sin duda alguna se
observa que fue más efectiva y eficiente los resultados cuando se trabajó con
la inoculación de la bacteria Azotobacter, teniendo
incrementos en los valores de promedio de N absorbido del aire (44,15%), así
como de la cantidad de N fijado y recuperado del suelo (72,23 y
34,63%respectivamente), comparado al tratamiento donde solo se utilizó la Fabaceae sin inocular.
Los
mejores resultados se presentaron cuando la arveja (Pisum
spp), fue inoculada con azotobacter
(Fabaceae + Azotobacter)
con una cantidad de nitrógeno fijado en el caso del maíz de 26,38% (cuadro 1),
gracias a que la mayor contribución de nitrógeno fijado en los ecosistemas
terrestres proviene de la asociación con diferentes géneros de bacterias. Como el caso de las bacterias del género Azotobacter.
Según los mencionado por Chaves (2016), las bacterias
juegan un papel de gran importancia, debido a que son fundamentales en el
reciclaje de nutrimentos, estas bacterias pueden actuar de manera simbiótica y
no asimbiótica, una de las principales funciones de
estos organismos es la de fijar nitrógeno atmosférico por eso se da una mayor
eficacia en la transferencia de este nitrógeno fijado a las diferentes plantas
de control, cuando se dio la inoculación de la arveja con bacterias del género Azotobacter. .
|
Cuadro 1. Fijación biológica de la Arveja
inoculada con Azotobacter y sin inoculación con
parado con tres plantas control. |
|
||||||
|
Tratamiento |
%N fix maiz |
%N fixm con coix |
Promedio de % N fix
quinua |
Promedio de Cuando absorbió de N suelo y
aire (Kg/ha) |
QNPFIX (kgN/ha) |
|
QNPDFS (kgN/ha) |
|
Fabaceae |
12,23 |
5,38 |
-6,62 |
42,84 |
5,38 |
|
37,45 |
|
Fabaceae+Azotobacter |
26,38 |
20,64 |
10,56 |
76,70 |
19,41 |
|
57,29 |
QNPFIX:
cantidad de Nitrógeno fijado.
QNPDFS: cantidad de nitrógeno recuperado del
suelo.
N fix: Nitrógeno
Fijado por el cultivo.
En el cuadro 2, se observa que los mejores resultados se presentaron en los cultivos de
Maíz, y Amaranthus con (24,78 y 28,93%), de nitrógeno fijado
respectivamente, por ende, existió valores más altos de aprovechamiento de N a
través del nitrógeno fijado por el cultivo de arveja.
Estos valores más altos en estos cultivos
específicos como el maíz y el Amaranthus, se pueden
decir que por efecto y según los expresado por Paredes (2013), que la
Fijación Biológica de Nitrógeno (FBN)
es el proceso por el cual los microorganismos aprovechan el nitrógeno que se
encuentra en el aire, para convertirlo a amoniaco por medio de una enzima de
nombre nitrogenasa y convertirlo en proteínas. Estos microorganismos llamados
fijadores de nitrógeno son bacterias y cianobacterias que viven libres en el suelo,
asociadas a algunas plantas, por lo cual se dio un mayor aprovechamiento en
estos dos cultivos.
También estos resultados se pueden deber a lo
mencionado por Hernán y Castellanos (2011), en el que expresa que los factores
como la temperatura y la humedad óptimas para el crecimiento bacteriano no
siempre se presentan al mismo tiempo en los ecosistemas, por lo que las tasas
de descomposición y mineralización de la materia orgánica se llevan a cabo
principalmente en periodos cortos de tiempo e irregulares en un periodo dado,
incidiendo en el promedio de nitrógeno fijado en cada cultivo.
Cuadro 2. Fijación biológica de la Arveja
inoculada con Azotobacter y sin inoculación con
parado con tres plantas control
|
Etiquetas de fila |
|
|
Promedio de % N fijado contra planta control
Rábano |
Promedio de %N fijado contra planta control maiz |
Promedio de %N fijado Amaranthus |
Promedio de Cuando absorbió de N suelo y
aire kg/ha |
Promedio de Qnpdfix |
Promedio de QNPDFS |
|
Arveja |
|
|
-84,79 |
24,78 |
28,93 |
14,61 |
3,74 |
10,87 |
QNPFIX:
cantidad de Nitrógeno fijado.
QNPDFS: cantidad de nitrógeno recuperado del
suelo.
N fix: Nitrógeno
fijado por el cultivo.
Conclusiones
Las
bacterias juegan un papel importante en los diferentes agroecosistemas, debido
a su capacidad y eficiencia en el reciclaje de nutrimentos y transferencia de
nitrógeno que es fijado a la misma, de ahí que la fijación simbiótica de
nitrógeno es una alternativa viable.
Alternativas
sostenibles como el caso del uso de la arveja como planta leguminosa fijadora
de nitrógeno permite lograr minimizar el impacto en el medioambiente, siendo
una alternativa sustentable, y con mayor eficacia en el aprovechamiento del
nitrógeno.
Los
factores edafoclimáticos son claves en la fijación biológica de nitrógeno,
debido a que estos factores inciden de forma directa en el aprovechamiento de
nitrógeno fijado de los cultivos, además de que depende de la asociación
simbiótica que se presente.
Bibliografía
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establecimiento de pasturas sostenibles en San Carlos, Alajuela. Bachillerato
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Di Rienzo J.A., Casanoves F., Balzarini M.G.,
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Nacional de Córdoba, Argentina. URL http://www.infostat.com.ar
Hernán, M. Castellanos, A. 2011. Mineralización de
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http:// www.redalyc.org/articulo.oa?id=57321283013.
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Obando, M. Rivera, D.; Bonilla, R.2013 Respuesta
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Sobre el Maíz (Zea mays L.) en Invernadero BioTecnología. 17(1).
Paredes, M.C. 2013. Fijación biológica de nitrógeno en
leguminosas y gramíneas. Tesis Ing. En producción agropecuaria. Universidad
Católica de Argentina. 115 p