El actual sistema de producción de trigo en México, sustentado en prácticas agrícolas intensivas y altos insumos, ha originado una drástica disminución de materia orgánica (MO) y fertilidad del suelo. Además, las altas dosis aplicadas de fertilizantes nitrogenados (FN) no han incrementado proporcionalmente los rendimientos de grano, debido en parte a la baja eficiencia de absorción radical del trigo de 25 a 33 %.
El mayor porcentaje de FN que no es asimilado por la planta se pierde por lixiviación, evaporación y desnitrificación, elevando con ello costos de producción y contaminación ambiental. Por tanto, se busca una estrategia que pueda lograr un incremento en la utilización de N y reduzca sus pérdidas. Los objetivos de es te trabajo fueron recuperar la fertilidad del suelo, optimizar el uso de FN y la eficiencia de absorción radical del trigo, mediante la incorporación de abono verde (Av) y ácidos húmicos (AH) e inoculación con rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal (RPCV).
Para ello, en el suelo degradado: arcilloso, MO 1.5 %, nitrógeno (N) orgánico 39.0 kg/ha y pH 5.7 de Morelia, Mich., Mex., se cultivó la leguminosa Vicia sativa durante dos ciclos e incorporó como Av previo a la siembra de trigo de invierno, inoculado con la RPCV Bacillus cereus G6. Los AH fueron aplicados fraccionadamente antes de cada riego de auxilio.
El diseño experimental fue un bloque al azar con 24 tratamientos y cuatro repeticiones. La variable respuesta determinada fue rendimiento de grano. Los resultados hincan que el rendimiento del trigo con Av fue significativamente diferente (sin Av, sin B. cereus y sin FN) y al del trigo considerado como control relativo con el 100 % de N-urea recomendado. Estos datos sugieren que el Av. enriqueció de MO al suelo, la cual se mineralizó a una velocidad concomitante a la demanda de N por el trigo, con tendencia progresiva a prescindir del FN. Con ello se inicia la recuperación del suelo y se reducen el costo de producción y contaminación ambiental. Palabras clave: Abono verde, absorción radical, fertilizante nitrogenado, mineralización, rendimiento de trigo y suelo degradado.
En México dentro de los granos básicos, el sistema de producción de trigo es uno de los más tecnificados de mayo rendimiento (Rodríguez, 1992) y dependencia (Hecht, 1997) de los insumos fertilizantes nitrogenados (FN) son los más costosos (Hera et al., 1994) y su consumo se ha incrementado tres veces en las últimas tres décadas (Nuñez-Esobar, 1996), pero no así el rendimiento de grano (Sánchez-Yáñez et al., 1997a ), cuya media nacional entre 4.0 a 5.0 t/ha, se ha mantenido estancada durante este mismo (SAGARPA, 2000; INEGI, 2000). Este incremento en la demanda y aplicación de FN se concentra en regiones específicas como son Valle del Mayo, Valle de Morelia, Bajío Guanajuatense (Peña-Cabriales y Grageda, 1997, Galván-Gutiérrez et al., 1998), de las entidades con mayor producción triguera: Sonora, Sinaloa, Baja California, Guanajuato y Michoacán (INEGI, 2001a), donde se practica una quema de residuos, sin conservación del suelo (Vera-Núñez, 1994) lo que origina drástica disminución en su contenido de materia orgánica (MO), de entre 2.0 a 2.2 % en 1975 bajó a entre 0.5ª 0.6 % en 1995 (Uvalle-Bueno et al., 1997) y la pérdida de la propiedades fisicoquímicas y biológicas que determinan la fertilidad del suelo (Requena, 2001; Wadman y Haan, 1997) y la falta de proporcionalidad del rendimiento de grano en respuesta a los altos niveles de FN se reporta que la cantidad de N derivado del FN que absorbe el cultivo es baja, entre el 25 y 33% (Xianfang et al., 1997).
La parte de N no absorbida por las subterráneas, eutrofización (Van Cleemput y Hera, 1996), la incorporación de leguminosas a la producción agrícola es una estrategia que restituye la productividad del suelo: i) protege a la erosión como cultivo de cobertura (Astier, 1995); ii) sus residuos foliares o radicales incrementan el contenido de MO del suelo mejoran la estructura, la estabilidad de agregados, la detención de agua y minerales (Requema et al., 2001); iii) la relación C:N de sus residuos, estimula la actividad microbiana (Follet y Porter, 1995); iv) es reserva de minerales vegetales que provee nitrógeno (N) (Etchevers et al., 1998); v) en consecuencia reduce la entrada de insumos agrícolas y costo de producción (Astier, 1995).
La veza o vicia (Vicia sativa), entre las especies leguminosas forrajeras, tiene potencial de desarrollo en regiones templadas y frías.
Conocida como janamargo en la Sierra Phurépecha, donde se emplea como cultivo de cobertura invernal, forrajero o abono verde (Av) después de la fructificación y se siembra con las lluvias tardías con humedad residual después de la cosecha de maíz (Etchevers et al., 1998). Como Av incorporado previo a la siembra de trigo, reportó mayor rendimiento y contenido de N en trigo superior en la floración que a la senescencia. Fox, et al., (1990) señalaron que la elevada concentración de N en el tejido de vicia y relación C:N para la mineralización de sus residuos Ebelhar et al., (1984) estimaron un aporte de N de vicia al cereal subsiguiente de 100 kg/ha; mientras Webber et al., (1976), citados por Etchevers et al., (1998) reportaron hasta 200 kg/ha Sánchez-Yáñez et al., (1998) Galván-Gutiérrez et al., (1999) mostraron que janamargo de 8 semanas de desarrollo incorporado como Av previo al cultivo de trigo, incrementó su rendimiento de grano igual al del trigo fertilizado con 160 kg/ha de N.
Otra alternativa para estimular el crecimiento de planta y su rendimiento es la inoculación de semillas o suelo con bacterias aisladas y seleccionadas de la rizósfera de cultivos. Las rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal (RPCV) (Tran Van et al., 1996) pertenecen a los géneros Burkholderia, Pseudomonas, Azospirillum, Azotobacter y Bacillus (Gaskins et al., 1985).
Para la promoción del crecimiento vegetal por la inoculación bacteriana, señala mecanismos como la producción de fitohormonas (Brito-Álvarez et al., 1995; Lynch, 1990). Trabajo reciente a nivel de campo mostrado que la inoculación de semillas de trigo con B. cereus incrementó significativamente la absorción de N (Sánchez-Yáñez et al., 1998) y de N y P (Jiménez, 1997) a nivel reducido de urea e igualó el rendimiento del trigo una estrategia integral que combine el potencial de la V. sativa, de B. cereus para estableces un sistema de producción sostenible, de bajo insumo y compatible con el ambiente.
Los objetivos de este trabajo fueron; i) recuperar la fertilidad de suelo y ii) optimizar el uso y absorción radical del FN en trigo de riego.
Sitio experimental. Se seleccionó un suelo degradado y compactado con un historial agrícola de 20 años de cultivo intensivo de gramíneas (maíz-trigo, maíz-cebada), de textura arcilloso con un contenido de MO 1.5% y N-orgánico pobres 39 kg/ha, pH 5.7; ubicado a los 19° 39´27´´ de latitud norte y 101° 19´ 59´ de longitud oeste, con temperatura media anual de 17.3°C y precipitación anual de 796.4 mm; en un terreno agrícola denominado "La Cajita" de la Tenencia Zapata del Mpio. de Morelia, Mich., Mex., sobre el km 5 de la carretera Morelia-Pátzcuaro, en el cual durante los ciclos de otoño de los años 1996 y 1997, se efectuaron la 1ª y 2ª incorporación del Av.
Siembra e incorporación de Vicia. Al término de la temporada de lluvias (principios de octubre) aprovechando la humedad residual y lluvias tardías, manualmente se sembró a chorrillo una variedad regional de V. sativa, leguminosa conocida en la región como janamargo, en surcos 10-15 cm de profundidad y 30 cm de separación, con una densidad de 120 kg/ha. Cuando la planta a 8 semanas (antes de la floración) de desarrollo y 25-30 cm de altura y el 80 al 100% de cobertura, se incorporó como Av por barbecho, con arado de ala de 20 cm de profundidad y tracción animal, 8 días antes de la siembra del trigo (Galván-Gutiérrez, et al., 1997).
Origen y producción del inoculante. La bacteria del género B. cereus G6 usado como inoculante la rizósfera de malezas (Paspalum) de la región. B. cereus se cultivó en caldo nutritivo a 30°C/ 24 h a 250 rpm de agitación. Luego se mezcló con turba estéril (121°C/2 h) a capacidad de campo y se dejo de madurar 15 días a 30°C. La densidad de B. cereus se determinó por cuenta viable en placa de agar nutritivo (Sánchez-Yáñez, et al., 1997a)
Semillas e inoculación del trigo. Se usó semilla de trigo de la variedad Pavón F-76, donada por el Centro Nacional de Investigación para Producción Sostenible (CENAPROS) del INIFAP de Mich., Méx. La semilla se cubrió con sacarosa al 10 % (120 ml/kg de semilla) que se usó como adherente y se mezcló con suficiente inoculante para mantener una densidad bacteriana de 104 UFC por grano de semilla, la previa a su siembra (Luna-Olvera y Sánchez-Yáñez., 1991).
Siembra, fertilización y prácticas culturales del trigo. Una semana después de la 23 incorporación de Av se sembró el trigo a chorrillo, con una densidad de 160 kg/ha. Como referencia a la fertilización convencional, se incluyeron tratamientos con tres niveles de N: O, 80 Y 160 kg/ha y de P: 0,30 Y 60 kg/ha, separados o mixtos, que equivalen respectivamente a 0,50 Y 100 % de la dosis recomendada en la región (INIFAP-Mich.).
La fuente de N fue urea y de P fue superfosfato, ambos sólidos. Los ácidos húmicos (AH) se aplicaron en solución en un solo nivel, es decir, 36 L/ha, que corresponden a 3 veces la dosis máxima (12 L/ha) recomendada para suelos pobres. Tanto los fertilizantes como los AH se aplicaron en una línea banda a 10 cm de la planta y fraccionadamente: 1/3 en la etapa DC31 (amacollamiento), 1/3 en la etapa DC65 (floración) y 1/3 en la etapa De70 (llenado de grano) de la escala Zadok (Bell & Fischer, 1994) del desarrollo fisiológico del trigo. El surcado, la siembra, la fertilización y el desyerbe se practicaron manualmente. Se efectuaron cuatro riegos, el primero después de la siembra y tres riegos de auxilio, uno después de cada fertilización (Galván-Gutiérrez et al., 1997).
Diseño experimental y análisis estadístico. El diseño experimental fue un bloques al azar, con 24 tratamientos, cuatro repeticiones, unidades experimentales de 6 m2 y cinco variables, Vicia (Av2), B. cereus 06, N-urea, P-fosfato y AH (Cuadro 1). Los datos obtenidos se sometieron a análisis de varianza (ANOV A) y la diferencia de medias se calculó por la prueba de Tukey (P<0 .05="" p=""> Variable-respuesta. La única variable respuesta que se determinó fue el rendimiento de grano de trigo, en la etapa DC 86 que corresponde a la madurez fisiológica del trigo (Bell y Fischer, 1994).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Efecto del N fertilizante. La respuesta del trigo a los diferentes niveles de N
siguió una curva no lineal (Arroyo, 1998; Uvalle-Bueno
et al, 1997; Boaretto et al, 1994; FAO, 1985), con
mayor pendiente en el rango O a 80 kgN/ha que en el de 80 a 160
kgN/ha; lo que sugiere que el trigo respondió mejor en el
primer rango debido a que el N fue un factor limitante, en tanto
que la falta de una respuesta significativa en el rango superior
indica que, además del N, existen otros factores que
limitan la absorción del N por el sistema radical del
trigo (Van Clemput y Hera, 1996; Bullock, 1992). Más aun,
el bajo rendimiento (0.86 t/ha) de grano del trigo control
absoluto, sugiere un pobre contenido de N residual en el suelo
(Uvalle-Bueno, 1997) e indica el estado de
degradación y pérdida de las propiedades que
determinan la calidad y
fertilidad del suelo, como son estructura, agregación, MO,
disponibilidad de nutrientes y actividad microbiana (Requena
et al., 2001; Karlen et al., 1994; Skujins y Allen,
1986).Efecto de abono verde. Estos resultados indican que el beneficio de la leguminosa como Av sobre el rendimiento del trigo fue equivalente a una aplicación de 209 kg N/ha, calculado con la técnica de Stickler et al., (1959), que consiste en comparar el rendimiento del trigo fertilizado con dosis creciente de N. Esta aportación supero la reportada 108 a 150 kg por Trinidad (1978) quien incorporó la Vicia villosa L al suelo como Av en floración con 6 meses de desarrollo fenológico y la determinada 132 a 169 kgN/ha por Peregrina (1965) quien incorporó V. villosa a los 9 meses de desarrollo y un mes antes de la siembra del cereal. La figura 2 también muestra que cuando el trigo crecido en Av fue además fertilizado con 80 y 160 kg/ha de N se alcanzo el mejor rendimiento: 3.3 y 3.6 t/ha respectivamente lo que indica interacción complementaria (Karlen et al., 1994), consecuencia del efecto mejorador de la calidad del suelo del Av (Juma et al., 1993). Botero (1968) encontró mejor rendimiento del trigo fertilizado con Av de alfalfa que con urea, pero cuando aplicó al suelo urea y Av en forma mixta, hubo un efecto adverso que atribuyo a un exceso de N en la solución del suelo. Nuestros resultados sugieren que las dos incorporaciones subsecuentes de leguminosas acumularon residuo vegetal que contribuyeron a resurtir el reservorio orgánico del suelo (Peoples y Herridge, 1990), su mineralización aportó N, P y otros nutrientes que cubrieron las necesidades del trigo.
El rendimiento de trigo tratado con Av o con la combinación de mayor nivel de N 160 kg/ha y P 60 kg/ha mostró diferencia respecto al rendimiento del trigo control absoluto, pero no el rendimiento del trigo tratado con niveles y combinaciones de N y P, el mayor rendimiento se alcanzó cuanto el trigo se cultivó en suelo con una doble incorporación de Av. Esto indica que la mineralización de la materia orgánica derivada del Av aportó no sólo N, sino también P y otros nutrientes (Follet y Porter, 1995) en forma balanceada con la demanda de la planta de trigo (Van Cleemput y Hera, 1996).
La 1ª incorporación de A v incrementó 121% de 1.9 t/ha el rendimiento en relación al rendimiento del trigo testigo igualó el rendimiento 1.71 t/ha del trigo fertilizado con 160 kg/ha de N.
La 2ª incorporación de Av superó 225% con 2.80 t/ha el rendimiento del trigo testigo e incrementó significativamente a un nivel de fertilización de 80 kg N/ha. Este rendimiento fue igual al obtenido por el trigo no inoculado con un nivel de fertilización de 160 kg N/ha. Esto significa que la inoculación con B. cereus fue con B. cereus equivalente a 80 kg N/ha mejor cuando el B. cereus se inoculó a trigo crecido en suelo con Av no mostró efecto sobre el rendimiento. Estos resultados indican que la inoculación con B. cereus fue mejor a niveles moderados de FN y N como factor limitante es una condición necesaria que permite un crecimiento vegetal en repuesta a la inoculación de RPCV. De acuerdo con varios reportes (Valdivia, 2000) las rizobacterias con capaces de transformar exudados radicales en fitohormonas que promueven la absorción radical de N debido a un mayor volumen de suelo explorado por las raíces Sánchez-Yáñez (1994); Rennie et al., (1993) que usaron algunas especies de Bacillus confirmado así en campo (Sánchez-Yáñez et al., 1998) específicamente aislados de B. cereus mejoraron la absorción radical de N por trigo a nivel moderado de fertilizante es una variación de los factores ambientales la disponibilidad de nutrientes influye el crecimiento y la actividad de las poblaciones bacterianas de la rizósfera (Van Veeny Heijnen, 1994). De acuerdo con esto el mejoramiento del suelo con los residuos de la leguminosa alteró las condiciones de crecimiento del B. cereus inoculado.Efecto de los ácidos húmicos. El rendimiento de trigo tratado con AH no registró diferencias significativas respecto al trigo control, en contraste con el trigo tratado con Av y con reportes que atribuyen un efecto promotor del crecimiento del trigo como respuesta a la aplicación de AH (De Freityas et al., 1982; Sánchez-Yánez, 1994) o un efecto mejorador del suelo (Narro, 1993).
Estos resultados indican que, en las condiciones experimentales desarrolladas, los AH no contribuyeron a incrementar la disponibilidad o absorción de N por el trigo, ni tuvieron un impacto sobre las propiedades fisicoquímicas y biológicas del suelo, pese haber usado tres veces la dosis máxima recomendada para suelos pobres, lo que refleja el avanzado nivel de deterioro del suelo e induce a pensar en otras alternativas para lograr su recuperación.
Estos resultados muestran que la inoculación del B. cereus asociada a niveles moderados de fertilización nitrogenada, tiene potencial benéfico para el cultivo de trigo y puede incrementar significativamente el rendimiento de grano ahorrando fertilizantes químicos. Los AH, en las condiciones experimentales de campo, no tuvieron efecto sobre el rendimiento de grano de trigo ni sobre las propiedades fisicoquímicas y biológicas del suelo.
La estrategia de incorporar la leguminosa V. sativa como Av en el sistema de producción de trigo parece ser la más conveniente. Las dos incorporaciones subsecuentes de Av modificaron positivamente las propiedades relacionadas con la calidad y fertilidad del suelo. El Av mejoró la estructura, la formación de agregados y la facilidad de laboreo del suelo.
El Av enriqueció el contenido de MO y la actividad microbiana del suelo y con ello mejoró la retención y disponibilidad de nutrientes. La mineralización del Av se realiza a una velocidad sincrónica y en balance con la demanda de nutrientes por el cultivo de trigo subsecuente.
Los residuos de Av persisten en el suelo, esto incrementó el rendimiento de grano de trigo en proporción al número de incorporaciones, con una tendencia a prescindir de fertilizantes químicos y en consecuencia reducir insumos, costos de producción y riesgos de contaminación ambiental.
Agradecimientos
Agradecemos a la CJC de la Universidad
Michoacana de San Nicolás de Hidalgo por el financiamiento
parcial de esta investigación con el proyecto 2.7
(2005-2006), así como a la Agencia Internacional de
Energía Atómica (AIEA) con el Contracto No.
311-D-I-Mex-7944 por el apoyo logístico y financiero
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