Efecto de la incorporación de janamargo (Vicia sativa L) e inoculación con Bacillus cereus sobre el rendimiento de trigo

1. Resumen
3. Material y
   métodos
4. Resultados y
   discusión
5. Conclusiones
6. Bibliografía
7. Anexos

RESUMEN

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 (Tukey, <0.05) al del
trigo usado como control absoluto
(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.

INTRODUCCIÓN

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.

MATERIAL Y METODOS

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 noche 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).

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 Figura 1 muestra la
respuesta del trigo, en términos de rendimiento de grano,
a la aplicación de tres niveles de N: 0,80 Y 160 kg/ha. Se
observa un incremento significativo (Tukey, P<0.05) del
rendimiento de trigo fertilizado con 80 kg/ha de N en
relación al rendimiento del trigo usado como control
absoluto (sin fertilizante), pero no entre el nivel intermedio de
80 kg/ha y el máximo nivel de 160 kg/ha de N.

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. La figura 2 muestra el efecto de
dos incorporaciones de V. sativa como Av y tres niveles de
N solos o combinados, sobre el rendimiento de trigo de riego. En
general se observan diferencias significativas (Tukey, P<0.05)
entre el rendimiento de trigo crecido en suelo con Av y el
rendimiento de trigo fertilizado con N, independientemente del
nivel de fertilizante. El rendimiento (2.8 t/ha) del trigo con Av
superó 225 % el rendimiento (0.86 t/ha), del trigo usado
como control absoluto (sin N ni Av), 95 % el rendimiento (1.44
t/ha) del trigo con 80 kg N/ha y 64% el rendimiento (1.71 t/ha)
del trigo con 160 kgN/ha.

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.

En la figura 3 se observa el efecto del Av sobre el
rendimiento del trigo en comparación con diferentes
niveles y combinación de fertilización nitrogenada
y fosforada. 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 figura 4 muestra el efecto acumulativo de la
incorporación consecutiva de dos cultivos de V.
sativa con Av sobre el rendimiento de trigo, en
comparación con 0 y 160 kg/ha de N. 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 (Tukey, P<0.05) al
rendimiento del trigo con 160 kg N/ha, así como el
rendimiento del trigo con la 1ª incorporación d Av.
Estos resultados sugieren que la incorporación consecutiva
de Av, aporta MO que mejora la estructura (Zhang, 1997), la
retención y disponibilidad de nutrientes (Kuo, 1997;
Skujins y Allen, 1986) (Requena et al., 2001) clave en la
productividad (Warren et al., 1996) y sustentabilidad del
suelo.

Efecto del inoculante. La figura 5 muestra el efecto de
la inoculación de B. cereus y dos incorporaciones
de Av sobre el rendimiento de grano de trigo a niveles de N. Un
incremento significativo (Tukey, P<0.05) en el rendimiento de
grano se observa cuando el trigo fue inoculado con B.
cereus 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. La
figura 6 muestra el efecto de tres dosis de AH y dos
incorporaciones de Av sobre el rendimiento de trigo. 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.

CONCLUSIONES

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
parcial.

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Anexos

Cuadro 1. Tratamientos para evaluar el efecto de doble
incorporación de Vicia sativa, la
inoculación con Bacillus cereus y la
aplicación de ácidos húmicos sobre el
crecimiento de trigo de riego fertilizado con tres niveles de
N-urea y P-fósforo.

ca=control absoluto; crl= control relativo con ½
dosis de N-urea recomendada: cr2=control relativo con dosis de
N-urea recomendada; — = no aplicado; Av2=doble
incorporación de Vicia sativa como abono verde; In=
inoculación 3d= tres dosis.

Tratamientos

Valores con distintas literales son
significativas (Tukey, P>0.05); CV=25.25 %;

* Control absoluto

Valores con distintas literales son
significativas (Tukey, P<0.05); CV= 8.17%;

Valores con distintas literales son significativas
(Tukey, P<0.05); CV= 27.07 %; (ca)=control absoluto; *kg-N/ha;
**kg-P/ha.

Tratamientos

Valores con distintas literales son
significativos

(Tukey, P<0.05); CV= 16.00 %;
*Control absoluto

Tratamientos

Valores con literales distintas son
significativas (Tukey, P<0.

05); C.V.= 9.4271 %; *Control
absoluto; **Control relativo

Tratamientos

Valores con distintas literales son
significativos (Tukey, P<0.05); CV= 16.00%; AH= ácidos
húmicos; *Dosis= 12 L/ha

Galván-Gutiérrez,
D1

Gómez-Aguilar, R2.,

Peña-Cabriales, J.J3

Sánchez-Yáñez,
J.M4*

1Facultad de Agrobiología UMSNH,
Lázaro
Cárdenas y Berlín, Uruapan, Mich.,
Mex

Facultad de Agronomía. Universidad
Autónoma de Nayarit, Tepic, Nay. Mex
CINVESTAV-IPN3,

Apto. Postal 629, Irapuato, Gto., Méx.

4*Microbiología Ambiental.

*autor correspondiente

Instituto de Investigaciones
Químico-Biológicas. Universidad Michoacana de San
Nicolás de Hidalgo. Edificio B-1, Cd. Universitaria,
Morelia 58030, Mich., México.