Nota de Investigación: Efecto de la fertilización
nitrogenada sobre la nodulación de arveja en un suelo andisol de La Angelina,
Cartago- Costa Rica
Paola Brenes
Rojas1, Juan José Cordero2, Wagner Peña Cordero3
Universidad Estatal a Distancia, Vicerrectoría de Investigación,
Programa Ingeniería Agronómica, Cátedra Gestión Sostenible del Suelo,
Sabanilla, San José, Costa Rica; paolarjs@gmail.com
1.
Universidad Estatal a Distancia,
TFG Bachillerato en Ingeniería Agronómica; jjosecj@gmail.com
2. Universidad Estatal a Distancia,
Vicerrectoría de Investigación, Programa Ingeniería Agronómica, Cátedra
Gestión Sostenible del Suelo, Sabanilla, San José, Costa Rica; wpena@uned.ac.cr †
RESUMEN
Título:
Caracterización de la nodulación de arveja bajo tres tratamientos en La
Angelina Cartago. Introducción: La
arveja (Pisum sativum L),
es una leguminosa que realiza un aporte importante nutricional y biológico al
ecosistema, debido a la simbiosis que realiza con las bacterias Rhizobium, y su
aporte al ecosistema. Se plantea la necesidad de evaluar la nodulación del
cultivo de arveja (Pisum sativum L),
bajo tres tratamientos en la región de Alto de Ochomogo, de Cartago. Método: Se escogieron 18 plantas de
arveja (Pisum sativum L).
Para la evaluación se utilizó 3 tratamientos distintos (6 por tratamiento),
el tratamiento A, en el cual es un suelo tipo arena; el tratamiento B (suelo
andisol), en el cual se le agregó fertilizante y en el caso del tratamiento C
se utilizó como testigo. Resultados:
La mayor nodulación activa se obtuvo en el tratamiento C con un 79,72%
Además, en el tratamiento A se obtuvo una nodulación inactiva de un 28,84%,
lo cual refleja que la proteína llamada leghemoglobina no se encuentra
trabajando de la manera idónea, debido a la limitación en la materia orgánica
en el suelo. Conclusión: Se
concluye que ante la presencia de nitrógeno se ve disminuido con el proceso
de activación de nódulos, por ende, el número de nodulaciones es menor y la
producción de biomasa se ve afectada.
Palabras clave:
Arveja, Nitrógeno, Nodulación, Rhizobium, Fijación biológica de Nitrógeno.
ABSTRACT
Title: Characterization of pea nodulation under three treatments in La
Angelina Cartago. Introduction: The
pea (Pisum sativum L), is a legume
plant that makes an important nutritional and biological contribution to the
ecosystem, due to the symbiosis it performs with Rhizobium bacteria, which fix nitrogen to the plant, however,
agriculture has a Great need to implement sustainable technologies that
improve the biological area and the environment. Hence the need to evaluate
the nodulation of pea (Pisum sativum L)
cultivation, under three treatments in the Alto de Ochomogo
region of Cartago. Methods:
Eighteen pea plants (Pisum sativum L)
were chosen to carry out the evaluation with 3 different treatments (6 per
treatment), treatment A, in which it is sand-type soil; treatment B (andisol
soil), in which fertilizer of 58 grams was added, fractionated in 3
applications, and in the case of treatment C, it was used as a control in the
trial to sow the seed, but no type of fertilizer was added. Results: In the process of obtaining
results, it was obtained that the highest active nodulation in treatment C
with 79.72% reflecting and with an inactivity nodulation of 21.53%. In
addition, in treatment A it was obtained as a result of the active nodulation
of 71.16%, inactive nodulation of 28.84% in the amount of nodulation, which
reflects that the protein called leghemoglobin is not working in the ideal
way, due to the limitation in organic matter in the soil. Likewise, in
treatment C (control), a greater root mass (2.34 ± 1.01), air (5.52 ± 2.01),
and nodules (1.34 ± 4.3063) are obtained. Conclusions:
It is concluded that in the presence of nitrogen it is diminished with the
process of activation of nodules, therefore, the number of nodulations is
less, and the production of biomass is affected.
Introducción
A lo largo de la historia humana, la arveja (Pisum sativum L.) ha sido considerada como un
cultivo de grano muy útil en la alimentación, por ser una leguminosa hortícola
de alto contenido de proteína (6,3 % en fresco y 24,1% en seco) (Mera, Kehr, Mejías, & Bifani,
2007, p 343). Esta planta no solo tiene propiedades nutricionales, sino que
también es utilizada en la restauración de suelos, por su capacidad de
fijación de nitrógeno (Urzúa, 2005, p 133). En los sistemas de producción
hortícola a nivel nacional y en la zona de Cartago es utilizado a final de la
estación lluviosa como cultivo de rotación por ser considerado de baja demanda
de nutrientes y muy resistente al periodo del inicio del verano, pero es poco
conocido por sus capacidades de fijar nitrógeno y capacidad de ser una especie
multipropósito.
Esta legumbre tiene la capacidad de fijar nitrógeno, debido a la
asociación simbiótica que realiza la bacteria el género Rhizobium,
la cual infecta a las raíces y es capaz de transformar el N atmosférico del espacio
poroso del suelo a formas más asimilables para la planta. Según estudios de
Urzúa (2005, p 133), para la arveja se ha cuantificado una capacidad de
fijación de alrededor de 50-270 kg de N/ha, la cual es menor comparado con
otras especies leguminosas, por lo que requiere de una fertilización
nitrogenada para mejorar sus rendimientos (Ghiocel, Dragomir, Schipor & Moraru, 2012, p 52).
Existe toda una promoción en los sistemas de producción agrícola de
implementar tecnologías sostenibles que mejoren la biología del suelo y así
mismo evaluar la disponibilidad y exigencias de nutrimentos que faculten a la
planta de un desarrollo adecuado (Tay, 2015). Sin
embargo, se desconoce los efectos de los compuestos inorgánicos al suelo en
los procesos biológicos del agro ecosistema. Es por eso que nace la necesidad
de estudiar las respuestas de los fertilizantes sintéticos, en relación con el
beneficio de la fijación biológica de nitrógeno (FBN), en especial de un
cultivo de la arveja que tiende a presentar bajos rendimientos y poca
capacidad de fijación de nitrógeno.
Materiales
y Métodos
Área de Estudio: El área se encuentra en Finca La Angelina, localizada en
la provincia de Cartago, en el cantón Cartago, distrito de Llano Grande. Al
este con Quitcot, al oeste con los Ángeles de Llano
Grande, al norte La Argelina, al sur Ochomogo; corresponde la ubicación
geográfica al Norte 09,92843 y Oeste -83, 93007. El tipo de vegetación
corresponde a bosque húmedo montano bajo (bh.MB), debido a que la precipitación oscila entre
1400 y 2000 mm por año y presenta un periodo seco de aproximadamente 2 a 4
meses; además, la condición natural del bosque de esta zona de vida es de baja
altura, con dos estratos, poco denso, con abundancia de epífitas, siempre
verde.
Metodología: El ensayo desarrollado es de tipo experimental, establecido a
campo abierto. En la parcela de estudio se establecieron tres tratamientos con
seis repeticiones por tratamiento (18 repeticiones). Se utilizaron potes de 22
cm de diámetro y 24 cm de altura, en los cueles fueron sembradas las plantas
de arveja 3 semillas por pote y luego fue raleado a una planta/pote. El suelo
utilizado para llenado de los portes fue el suelo de la finca (orden andisol,
Franco arenoso con 1 % de contenido de materia orgánica) y también se realizó
un tratamiento con arena. Se le determinó biomasa aérea, radical y nódulos de
cada planta. Los nódulos se clasificaron de acuerdo con las siguientes
características: tamaños, coloración y peso, con el fin de determinar el
índice de nodulación; asimismo, se catalogaron en activos (nódulos con
presencia de coloraciones rojas o rosadas) e inactivos (nódulos con presencia
de coloraciones blancas o verdes). En el establecimiento del primer
tratamiento se utilizó arena sustrato control, previamente desinfectado, para
los siguientes dos fue utilizado suelo andisol del sitio de estudio (cuadro
1).
CUADRO 1.
Tratamientos del ensayo
|
Tratamientos |
Descripción |
|
A |
·
Arena |
|
B |
·
Suelo
tipo andisol colectado de la finca, con aplicación de 58 g urea/planta
fraccionado en 3 momentos |
|
C |
·
Suelo
andisol |
En el establecimiento del ensayo, los potes del tratamiento A se llenaron
con 12,1 kg de arena y aquellos correspondiente al tratamiento B y C se
llenaron con 8,2 kg de suelo. Estos sustratos fueron analizados en los
laboratorios de CORBANA en Pococí y del INTA en Ochomogo-Cartago. Las semillas
de arveja utilizadas son del tipo "Fudeth
" (rastrera), las cuales se sembraron a razón de 5 plantas /pote; tras el
raleo, se evaluaron un total de 18 plantas desde el 11 de septiembre del 2015.
En el tratamiento B, se aplicó 19,5 g de urea como fertilizante
nitrogenado cada 15 días hasta los 45 después de siembra (dds)
y, para todos los tratamientos, se aplicó microelementos de forma foliar. El
muestreo de plantas se realizó hasta floración (55dds), se extrajo la materia
verde de toda la planta, incluyendo el sistema radical. Este último, se
procedió la separación de nódulos, clasificándolos por tamaño y coloración
(activo e inactivo), también se contempló el peso y se determinó el índice de
modulación según la metodología establecida por Ghiocel,
C., Dragomir, N., Schipor,
R., & Moraru, N (2012). El análisis estadístico
se realizó mediante el programa INFOSTAT.
Resultados
Tras la valoración de los nódulos, se determinó aquellos activos e
inactivos por cada planta y en cada repetición del ensayo. Para ello, también
se consideró las nudosidades y su grado proporcional según el muestreo (cuadro
2). Los resultados indican que la cantidad nódulos que fueron recolectados
activos en el tratamiento C, fue mayor que los tratamientos A y B, y
repitiéndose dicha condición en la cantidad de nódulos activos.
Además de las anteriores características, de cada planta muestreada fue
determinada la cantidad de biomasa radicular, de la parte aérea o foliar y el
peso de la biomasa de nódulos observados en cada sistema radicular, con la cual
también se estimó la significancia entre las repeticiones de estos resultados
(cuadro 3). En ese análisis se observa que hay diferencias estadísticamente
significativas, tanto para la biomasa aérea, radicular y de nódulos. La biomasa
área varió entre 2,60 y 5,52 gramos por planta, siendo el tratamiento C que
obtuvo mayor contenido de la biomasa aérea, siendo estadísticamente significativo
(p=0032, F=865). La biomasa radicular varió entre 0,42 a 2,34 gramos por
planta, siendo el tratamiento C, el que obtuvo mayor biomasa (p=0004, F=13,60),
la biomasa de nódulos varió entre 0,62 y 1,34, donde el tratamiento C tuvo el
mayor de biomasa nodular (P=0008, F= 12,03).
Otras variables relacionadas con estas características de la nodulación
fueron aquellas relacionadas con las nudosidades, de las cuales se obtuvo el
índice de nodulación (cuadro 4). El
índice de nodulación muestra, que el tratamiento C fue el que obtuvo un mayor
valor debido, a que el tamaño y número de noducidades
para los tratamientos evaluados. El valor de los tratamientos para A de 17 y en
B es de 16, 67 y el valor fue tratamiento C. Hubo diferencias estadísticamente
significativas entre los tratamientos A, B comparado con C (P=0,0001y F=49,46).
Nodulación e inactiva de la arveja cultivada
|
Tratamiento* |
Nódulos /planta |
Nudosidades |
||
|
Activos |
Inactivos |
Nódulos activos (cantidad de nódulos/planta) |
Nódulos Inactivos |
|
|
A |
6 |
2 |
6,17 |
2,5 |
|
5 |
3 |
|||
|
6 |
2 |
|||
|
7 |
3 |
|||
|
6 |
3 |
|||
|
7 |
2 |
|||
|
B |
6 |
2 |
6,67 |
1,83 |
|
7 |
3 |
|||
|
8 |
1 |
|||
|
6 |
2 |
|||
|
6 |
1 |
|||
|
7 |
2 |
|||
|
C |
9 |
1 |
9,83 |
2,5 |
|
8 |
4 |
|||
|
11 |
6 |
|||
|
9 |
1 |
|||
|
13 |
1 |
|||
|
9 |
2 |
|||
*A= Arena,
B= sustrato suelo andisol con fertilización, C= sustrato suelo control.
CUADRO 3
Biomasa: radicular, área y nodulación de la arveja
cultivada
|
Tratamientos* |
Biomasa radicular |
Biomasa aérea |
Biomasa de nódulos |
|
Gramos/ planta |
|||
|
A |
0,42 ± 0,48 a |
2,60 ± 0.48 a |
0,02 ± 0,0012 |
|
B |
0,80 ± 0,34 a |
2,18 ± 0,77 a |
0,02 ± 0,6777 |
|
C |
2,34 ± 1,01 b |
5,52 ± 2,01 b |
1,34 ± 4,3063 |
*A= sustrato
arena, B= sustrato suelo andisol con fertilización, C= sustrato suelo control.
En negrita,
letras diferentes significa que existe una diferencia estadísticamente
significativa (p<0,05).
Discusión
Como se ha logrado observar, si hay diferencias en el comportamiento de la
nodulación entre los tres tratamientos, posiblemente debido a la naturaleza
del sustrato que, como bien lo indica Peña (2017), y los resultados resaltados
podemos referirlos a la necesidad de un suelo de calidad. la calidad de un
suelo se nota reflejada en aquellas propiedades relacionadas con las funciones
básicas, como la capacidad de filtrar, producir y degradar los compuestos
orgánicos, lo que favorece la mineralización y, por supuesto, la
disponibilidad de nutrimentos, principalmente nitrógeno. En este trabajo, es
necesario relacionar la calidad con la capacidad del sustrato en proveer los
nutrimentos a través de la actividad microbiana, en este caso específicamente
como respuesta de Rhizobium que está asociada
simbióticamente a las raíces de la arveja. Para ello, se analiza la cantidad
de nódulos, la biomasa y las relaciones entre las características, que está
calculada en el índice de nodulación.
El análisis de la cantidad de nódulos activos arroja claramente un impacto
del uso de fertilizante sobre la actividad simbiótica afectando tamaño,
cantidad, número y coloración los nódulos infectados con Rhizobium
sp. Según Paredes (2013), el nódulo tiene la
capacidad de fijar nitrógeno atmosférico que hay en el espacio poroso del
suelo por un periodo determinado, después del cual esta actividad decrece
dando lugar a la lisis y luego la muerte de este, sin embargo, en este proceso
intervienen muchos factores como las condiciones climáticas y edáficas. En el estudio es evidente el efecto de la
fertilización y del tipo de material edáfico en el que se desarrolla las
plantas para exista una adecuada infección de las bacterias y por ende una
adecuada actividad para que suceda la fijación del nitrógeno. Esto se recalca con los resultados de del
conteo de nódulos y valoración de actividad por coloración. Como consecuencia
de la aplicación de urea en el tratamiento B, se infiere que las sales
fertilizantes en el suelo inhiben el proceso de la formación de nódulos,
debido que el nitrato tiene un efecto sobre la enzima llamada glicoprotína, que limita el reconocimiento de los pelos
radicales de la planta (García, 2011, p 179). Aunado a lo anterior, es
importante recalcar la cantidad y calidad de la materia orgánica del suelo
puede marcar la diferencia, pues esta depende de la actividad microbiana y por
ende de la fijación biológica del nitrógeno y de otros nutrimentos, reafirmado
por Pommeresche y
Hansen (2017) que indican que el
contenido de nutrientes en el suelo, la estructura local del suelo y su
aireación, influyen así mismo en la distribución y el tamaño de los nódulos Es
claro que para una adecuada actividad simbiótica en la planta se debe iniciar con la infección de las bacterias en
las raíces, en donde contribuirá posteriormente a la liberación de compuestos de origen del
carbono que ayuden sintetizar el nitrógeno (N) atmosférico y en la formación
del nódulo (Mayz, 2004, p 4).
En relación con el tamaño de los nódulos y la cantidad Pommeresche y
Hansen (2017) mencionan que cuando la cantidad de Rhizobium
sp es pequeña, el bajo número de nódulos por planta
se compensa con un aumento en el tamaño del nódulo, sin embargo, para la
arveja esto no se cumplió porque evidentemente si hubo un efecto claro en
mayor cantidad y mayor tamaño de nódulos.
También es claro el efecto sobre la biomasa de los nódulos atribuido a un
mejor proceso fotosintético,
almacenando por el carbono (C) en los tejidos celulares de la planta, en este
proceso fotosintético requiere nitrógeno (N) para formar parte de la molécula
estructural de la fotosíntesis, este es aportado por materia orgánica
existente en el suelo, aunado a la infección realizada, por las bacterias de
la Fijación Biológica de nitrógeno, debido a que hace alusión a que es uno de
los componentes más relevantes, en el proceso de la fotosíntesis en las
plantas (Maiz, 2004, p 2). Aquí se reconoce la
importancia de esta relación simbiótica en la que, mediante la fijación
biológica de nitrógeno, las leguminosas utilizan nitrógeno en forma de
nitrógeno (NO3-), como resultado de la oxidación del nitrógeno de amonio
(NH4+) como fuente de los fertilizantes minerales, entre nitrógeno orgánico y
que se traduce en nutrientes para un adecuado desarrollo de biomasa (Ghiocel, Dragomir, Schipor, & Moraru, 2012, p
52).
El índice de nodulación se encuentra en un intervalo entre 12 a 18, donde
el intervalo inferior se refiere a poca nodulación e intervalo superior se
refiere a que la nodulación posee una gran eficacia en la fijación biológica
de nitrógeno, por lo que de acuerdo con el tratamiento C, se obtuvo un índice de 10,67, para los
tratamientos A y B, se obtuvieron un índice de 4, para el caso de ambos
tratamientos muy por debajo al resultado que obtenida en el tratamiento C, de acuerdo con los resultados que evidencian
que ninguno de los tratamientos analizados no alcanzan los intervalos
propuestos en el índice en el
nodulación (Ghiocel, et al, 2012).
Con relación al índice de nodulación los resultados del estudio indicado
que la presencia en el suelo de nitratos por largos periodos de niveles de los
desarrollos de la nodulación y la actividad nitrogenasa. Se debe recordar que
este índice es utilizado para valorar actividad microbiana en el suelo debido
a que en el estudio se le aplicó nitrógeno (N) fraccionado, que fue aplicado
durante el desarrollo de la planta de la arveja siendo este afectado por las
infecciones del Rhizobium. Así mismo la poca
cantidad de materia orgánica en el suelo, se da una inhibición en el índice de
nódulos. Colores rojizos o marrón se observaron en el tratamiento C, donde el
suelo no fue fertilizado, por lo que se obtuvo proporcionalmente la mayor
nodulación. Como indicador, esta coloración se debe a la proteína llamada leghemoglobina, que regula oxígeno en la reacción química
del catión Fe +3 en Fe+2, por eso la coloración rosada en el exterior y rojiza
en el interior del nódulo activo; por el contrario, si no se produce el
proceso de oxidación de forma correcta en el suelo es posible que el nódulo
inactivo presente una coloración verde o gris (Méndez & Bertsh, 2012).
Como conclusión, es importante destacar el papel que juega biota del suelo
y las diferentes propiedades del sustrato en la capacidad de la planta en
fijar los nutrimentos, como el nitrógeno a través de la FBN con Rhizobium. Además, es claro el efecto de la aplicación de
fertilizantes nitrogenados en las arvejas inhiben la actividad de la fijación
microbiana por lo que es necesario, controlar el uso de estos fertilizantes en
este tipo de cultivos.
Es importante resaltar que el campo del estudio de la relación simbiotica de la bacteria de Rhizobium
y el proceso de fijación biológica de nitrógeno es muy complejo y que hay un
sin numero de agentes que intervienen pero que la
investigación en el campo es necesaria para comprender su comportamiento.
Agradecimientos
Al
Instituto Nacional de Transferencia Tecnológica Y Agropecuaria (INTA), y al
laboratorio de CORBANA por su ayuda en la realización de los análisis.
Referencias
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N., Schipor, R., & Moraru,
N. (2012).
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Costa Rica. San José Costa Rica: Centro de Investigaciones Agronómicas UCR.
Mera, M., Kehr, E., Mejías, J., Ihl, M., & Bifani, V. (2007). Arvejas (Pisum
sativum) de Vaina Comestible Sugar
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Urzúa, H. (2005). Beneficios de
la Fijación Simbiótica de Nitrógeno en Chile, Revista Ciencia e Investigación
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