Evaluación de parámetros bioquímicos en un calcaric skeletic cambisol bajo diferentes usos de suelo

Mariela J. Navas Vasquez*, Marta Benito** y Alberto Masaguer**

*Investigadora. INIA-Anzoategui. El Tigre. Venezuela. E-mail: mnavas@inia.gob.ve

**Profesores. Universidad Politecnica de Madrid (UPM). Departamento de Edafologia. Escuela Tecnica Superior de Ingenieros Agronomos, Madrid, España. E-mail: marta.benito@upm.es; alberto.masaguer@upm.es

RESUMEN

El objetivo de este estudio fue cuantificar la actividad de la deshidrogenasa, b-glucosidasa y la ureasa en un suelo sometido a diferentes usos, con la finalidad de establecer medidas potenciales del estado de degradacion del suelo relacionada con su fertilidad. Los usos de suelo estudiados fueron olivar en activo, (O1); olivar en abandono, (O2); bosque de repoblacion de pino (P) y bosque natural de quejigo (Q) en un mismo suelo (Calcaric Skeletic Cambisol). Se analizaron ademas de la actividad de la deshidrogenasa, ureasa y b-glucosidasa, el pH, conductividad electrica, materia organica oxidable, carbono organico total y nitrogeno total (NT). La cuantificacion de la actividad de la deshidrogenasa y ureasa mostraron el mismo patron de comportamiento, la mayor actividad en el Q y la menor en el 01. Existe una alta correlacion de la actividad de la ureasa con el NT (r= 0,70), concentracion de fosforo (r= 0,50), y el carbono facilmente oxidable (r=0,70). De la evaluación de la actividad de la b-glucosidasa se deduce que el estado de descomposicion de la materia organica del suelo, donde se encuentra el O2 en sus etapas iniciales. En conclusion se puede decir, por un lado, que el olivar activo es el mas degradado, seguido por el bosque de repoblacion de pinos. Por otro lado, el bosque de quejigo presenta la mayor fertilidad y el olivar en abandono una fertilidad potencial, que se confirma con los valores de la actividad de b-glucosidasa.

Palabras Clave: Deshidrogenasa; ureasa; b-glucosidasa; usos del suelo.

Evaluation of biochemical parameters in a calcaric skeletic cambisol under different ground uses

SUMMARY

The objective of this study is to quantify the activity of the deshydrogenase, s-glucosidase and the urease in a soil with different uses, with the purpose of establishing potential measures of the chemical degradation. Four different soil uses of the same soil (Calcaric Skeletic Cambisol) were studied: an active olive grove (O1); an abandoned olive grove (O2); reforested pine grove (P) and natural gall-oak grove (Q). In addition of the dehydrogenase, urease and s-glucosidase activities, the following chemical parameters were analysed: pH, electric conductivity, oxidizable organic matter, total organic carbon, and total nitrogen. The quantification of the dehydrogenase and urease activities showed the same behavior pattern (r = 0.54, P < 0.01), the highest activity was found in the gall-oak grove and the minor for the active olive grove. The s-glucosidase activity results showed that the organic matter in the abandoned olive grove had higher cellulose content than the organic matter in the others uses. If the natural fertility of the different uses is studied, we can conclude that the active olive grove was the most degraded, followed by the pine grove. On the other hand, the gall-oak grove presented the highest fertility, and the abandoned olive grove a potential fertility, which are in accordance with the activity of the s-glucosidase.

Key Words: dehydrogenase activity; urease; s-glucosidase; soil uses.

RECIBIDO: mayo 22, 2007 ACEPTADO: febrero 22, 2009

INTRODUCCION

La evaluación de los parametros bioquimicos tiene mucha importancia, debido a que su cuantificacion permite obtener informacion sobre la actividad metabolica del suelo. Esta provee informacion para entender procesos como la mineralizacion y humificacion de la materia organica (MO), procesos donde intervienen algunos elementos fundamentales como el fosforo, carbono, nitrogeno y el azufre, asi como todas las transformaciones de la biomasa microbiana (Garcia et al., 2003; Garcia y Hernandez 2000). La cuantificacion de estos parametros tiene especial utilidad en estudios naturales donde los procesos microbianos claves pueden monitorearse en estudios relativos a sistemas agricolas, en la evaluación de problemas de contaminacion, en seguimientos de la incorporacion de residuos agricolas, entre otros (Garcia et al., 2003).

Generalmente los parametros que se suelen medir, van a depender del alcance del estudio, por ejemplo algunos de los mas usado son: el contenido del carbono, nitrogeno de la biomasa microbiana, la mineralizacion del N, el ATP, la respiracion del suelo, la actividad de enzimas del tipo oxidoreductasa como la deshidrogenasa y catalasa estas ultimas consideradas como una medida generalizada de los procesos microbianos del suelo (Garcia et al., 2003). Sin embargo, otros parametros bioquimicos como la mayoria de las enzimas del tipo hidrolasas, implicadas en los ciclos de los elementos nutritivos como es el caso de las carbohidrasas, quitinasas, b-glucosidasa implicadas en el ciclo del carbono, las fosfatasa en el ciclo del fosforo, ureasa y proteasa ciclo del nitrogeno y la arilsulfatasa en el ciclo del S, son consideradas como parametros especificos porque corresponde a reacciones concretas y dependen de sustratos especificos (Nannipieri et al., 1990).

La mayoria de los trabajos relacionados con la actividad enzimatica del suelo se han centrado, en las oxidoreductasas, por el papel que juegan en la oxidacion de la MO y las transferasas e hidrolasas, por su papel en la descomposicion de compuestos organicos, y su importancia en los ciclos de nutrimentos y la formacion de MO (Flieabach et al., 2006, Melgar et al., 2000). Por tanto, muchos autores consideran que pueden ser usadas como indices de la actividad microbiana total del suelo y como componentes de diferentes indices de fertilidad (Dick y Kandeler, 2005; Lin et al., 2004).

El objetivo de este trabajo fue cuantificar la actividad de la deshidrogenasa, b-glucosidasa y la ureasa en un suelo sometido a diferentes usos, con la finalidad de establecer medidas potenciales del estado de degradacion del suelo, desde un punto de vista de su fertilidad, en un tiempo determinado. Estas enzimas estan directamente relacionadas con la actividad biologica del suelo (deshidrogenasa) estado de degradacion de la MO (b-glucosidasa) y con el ciclo de nitrogeno (ureasa).

MATERIALES Y METODOS

La zona de estudio se localiza en el municipio de Horche (Guadalajara), situado en el llamado "Paramo de la Alcarria", perteneciente a la "Meseta del Tajo" España. Los suelos analizados se situan en las laderas del valle del rio Ungria y se han desarrollado sobre depositos coluviales. Estos suelos se clasifican como Calcaric Skeletic Cambisol y se caracterizan por un alto contenido en fragmentos gruesos de naturaleza calcarea, textura franco-arcillosa y alto contenido en carbonato calcico.

Zona de muestreo

Se seleccionaron un total de 4 zonas de muestreo, correspondientes a 4 usos distintos de suelos desarrollados sobre el mismo material parental, depositos coluviales. Los 4 usos fueron: olivar en activo (O1), se refiere a un olivar establecido donde se realizan constantemente las practicas agricolas (aplicacion de herbicidas, fertilizacion, cosecha, pase de rotativa), olivar en abandono (O2), se refiere a una siembra de olivos abandonados (tiene cobertura vegetal, y no se le realizan practicas agricolas) bosque de repoblacion de pino (P), se refiere a un bosque introducido de pinos establecido por mas de 15 anos, bosque natural de quejigo (Q).

La orientacion de la zona de olivar, ya sea cultivado o abandonado, es mayoritariamente SE mientras que las muestras de suelo de bosque de P y Q, se situan en una ladera orientada al NW.

El muestreo de suelo se realizo de 0-20 cm 5 puntos distintos por cada una de las 4 zonas de estudio, teniendo en cuenta un diseno de bloques completamente aleatorizados, resultando asi, un total de 20 muestras. A las que se les determino: actividad de la deshidrogenasa por el metodo de Trevors et al. (1982), modificado por Garcia et al. (1993), el cual esta basado en la estimacion del Iodonitrotetrazolio Formazan (INTF), cuando el suelo es incubado con 2-p-iodofenil-3 paranitrofenol- 5-Feniltetrazolium (INT) durante 20h a 20 oC en la oscuridad.

La b-glucosidasa se determino con el metodo de Hoffmann y Dedeken (1965), el cual se basa en el uso del Salicin como sustrato incubando por 3h a 37 oC, formandose indofenol el cual es convertido como cantidad equimolar de fenol. La ureasa, se determino por el metodo desarrollado por Kandeler y Gerber (1988), donde las muestras son incubadas con una solucion de urea como sustrato donde se libera amonio, el cual es determinado colorimetricamente.

Ademas de la actividad de las enzimas antes mencionadas, se analizo la conductividad electrica (CE) y los valores de pH, los contenidos de carbono organico total, MO facilmente oxidable, nitrogeno total y el porcentaje de carbonato calcico, asi como la textura. Los valores de CE y pH se midieron en extracto acuoso (1:2,5). El contenido en carbono organico total (COT) se determino por combustion en seco a 400 oC (Nelson y Sommers, 1996), el nitrogeno total N (NT) por digestion Kjeldahl (Bremmer y Mulvaney, 1982) y la materia facilmente oxidable por el metodo Walkley-Black (Nelson y Sommers, 1996).

Los resultados, fueron sometidos a pruebas de comparacion de medias (LSD) realizadas con el programa estadistico SPS.

RESULTADOS Y DISCUSION

Los valores presentados en el Cuadro 1 de la CE, (CE:0,232-0,28.8 dS m^-1), carbono oxidable (10,88- 32,31 g kg^-1), carbono total (29,08-60,46 g kg-1) y NT, (0,93-1,66 g kg-1), varian de un suelo a otro, observandose el mismo patron de comportamiento en los usos evaluados (Q>P>O2>O1). Teniendo en cuenta que el cultivo del olivar lleva consigo, entre sus labores, la eliminacion de malas hierbas y conservacion de suelo desnudo, se puede afirmar que los valores del COT son reflejos de estas practicas tradicionales de cultivo.

CUADRO 1. Valores promedios de conductividad electrica, pH, carbono oxidable, carbono total y nitrogeno total de los suelos evaluados.

± error estandar (n = 5), Valores en columnas con diferente letra denotan diferencias significativas, P<0,05 O1 = olivar en activo, O2 = olivar en abandono, P = pinar, Q = bosque natural de quejigo, COT= carbono total, Coxi: carbono facilmente oxidado, NT: nitrogeno total.

La misma tendencia fue observada para el contenido de C_oxi, el valor mas alto tambien se corresponde con las muestras tomadas en el bosque Q. Estos resultados concuerdan con los senalados por Garcia et al. (2002) en un estudio sobre el efecto de la cobertura vegetal en distintos parametros quimicos y microbiologico del suelo. Estos autores observaron una disminucion en el contenido COT a medida que la cobertura vegetal disminuia. Resultados similares fueron tambien encontrados por Hajabbasi et al. (1997), con disminuciones de hasta el 50% del COT como consecuencia de la desforestacion y puesta en cultivo de un suelo forestal. Para la zona de estudio las perdidas de COT respecto al bosque natural variaron en un 19% y un 52% para el bosque de repoblacion y olivar en activo (01), respectivamente.

El NT, practicamente sigue la misma tendencia descripta para el COT, con perdidas del 44% del NT para las muestras tomadas en el 01. En sus trabajos, Caravaca et al. (2002) encontraron perdidas importantes en el valor de NT. Estas perdidas eran de hasta un 75% cuando el NT de un suelo con cultivo de vid era comparado con el valor correspondiente al mismo suelo bajo condiciones de vegetacion natural.

Los valores de pH mostraron una tendencia decreciente segun la secuencia O1³P³O2>Q, ademas se observo que existe una relacion inversamente proporcional del pH con la mayoria de los parametros quimicos y bioquimicos evaluados (Cuadro 2). Esta disminucion es atribuida, por un lado a la mayor actividad microbiologica y por otro lado, al menor contenido de carbonatos.

CUADRO 2. Coeficientes de correlacion (r) entre las variables quimicas y bioquimicas evaluadas en los diferentes usos de suelo (P£0,01).

Actividad de la deshidrogenasa

El patron de comportamiento de esta enzima en los uso de suelo fue: Q>P>O2>O1, observandose diferencias significativas entre el 01 y el Q, no asi, entre el olivar en abandono (02) y el pinar que estadisticamente no presentaron diferencias significativas (Cuadro 3). Al comparar la actividad de esta enzima con el rango 0,034-0,106 mmol de INTF observado por Garcia et al. (1993) para suelos agricolas abandonados, se noto que los valores son muy similares a los obtenidos en el suelo donde esta el 01. Los mostrados en el Q (0,273 mmol de INTF) son muy similares a los conseguidos por Camina et al. (1998) para suelos forestales del mediterraneo (0,193-0,947 ƒÊmol de INTF).

CUADRO 3. Cuantificacion de la actividad de la deshidrogenasa, b-glucosidasa y ureasa en diferentes usos de suelo

± error estandar (n = 5), Valores en columnas con diferente letra denotan diferencias significativas, P<0,05 O1 = olivar en activo, O2 = olivar en abandono, P = pinar, Q = bosque de quejigo.

La actividad de la deshidrogenasa esta relacionada principalmente con las etapas iniciales de la oxidacion de la MO, considerandose un indicador redox microbiano, asi como un indicador general de la actividad microbiana (Schutter et al. 2001; Bandick, Dick 1999). Por tanto se puede deducir, que el 01 presenta una baja fertilidad biologica, resultado esperable, si se tiene en cuenta que este suelo, esta sometido a un intensivo uso de maquinaria (arado, rotativas y subsolado) y es un tipico ejemplo de degradacion de suelo (fisica, biologica y quimica). Por otro lado, se puede observar en el Q tiende a mejorar la fertilidad del suelo, debido principalmente a su aporte continuo de MO. Este tipo de bosque se caracteriza por perder todas sus hojas en invierno, proporcionando anualmente MO al suelo y en consecuencia una mayor actividad de la deshidrogenasa, por lo que se presume una alta mineralizacion de nutrimentos como N, P, C.

Esto concuerda con los autores Dick y Kandeler (2005); Dick y Tabatabai (2003) quienes aseguran que esta enzima actua sobre substratos especificos transformandolos en productos necesarios para los ciclos biologicos, por lo que han considerado que la enzima deshidrogenasa se puede usar como indice de la actividad microbiana total del suelo y como indices de fertilidad (Dick, 1994, Melgar 2000). En el Cuadro 2 se muestra una alta correlacion de esta enzima con el COT y el NT, lo que confirma lo mencionado anteriormente por los autores.

Actividad de la ureasa

De acuerdo a los resultados senalados en el Cuadro 3, se observa que la actividad de la ureasa vario de 63,4 y 117,85 mN-NH₄ g^-1 2h^-1 presentando el mismo patron de comportamiento que la deshidrogenasa, Q>P>O2>O1. No se observaron diferencias significativas entre O2 y P (Cuadro 3). La menor actividad se observo en el O1, afianzando la teoria de la degradacion de este suelo.

La ureasa es de origen microbiano (principalmente de las bacterias del suelo), juega un papel fundamental en la biologia del suelo contribuyendo con su fertilidad. La actividad de la ureasa esta relacionada con la mineralizacion del N organico, que se refiere a la degradacion de proteinas, amino azucares y acidos nucleicos a NH₄ ⁺ (Espana et al., 2001), esta afirmacion se corrobora al comparar la actividad de la ureasa (Cuadro 3), con los contenidos de NT en los diferentes usos de suelo (Cuadro 1). Asi mismo, al observar los coeficientes de correlacion presentados en la Cuadro 2 se ve claramente, que existe un alto grado de asociacion entre la ureasa y el NT (r= 0,70) del suelo, no asi con la concentracion de NH₄ (r= 0,20).

Paolini (2003) senala que la actividad de esta enzima es afectada por la naturaleza de la cobertura vegetal. Los suelos que soportan densas poblaciones vegetales tienden a presentar altos niveles de actividad enzimatica. En este estudio, la mayor actividad de la ureasa se observo en el suelo Q, el cual se caracteriza por aportes anuales de hojarascas.

Al comparar la actividad de la ureasa presentada en otros trabajos se observo que Leiros et al. (2000) registraron fluctuaciones de 2 y 26 ƒmN-NH₄ g^{-1 -1} 2h^-1 para suelos bajo bosques de Quercus sp. (quejigo). Mientras que Paolini (2003) en bosques semi deciudos de Venezuela indica valores de 5 y 86 mN-NH₄ g^-1 2h^-1 estos ultimos muy parecidos a los encontrados en el O2. Por otro lado, Albiach et al. (2001) en suelos agricolas de Espana registraron una actividad del orden de 25 y 32 mN-NH₄ g^-1 2h^-1.

En general se puede decir que los resultados de este trabajo, permitieron firmar que el suelo Q tiene mayor potencial de proveer nitrogeno inorganico para las plantas que el suelo donde se encuentran el P, O2, y el O1.

Actividad de la b-Glucosidasa

El patron de comportamiento de esta enzima fue O2>Q>P>O1, presentando un rango de variacion de 86,16 y de 239,24 μgphenol g^–1 3 h^–1 observandose diferencias significativas entre los usos de suelo.

Estudios realizados por Kandeler et al. ( 2001) en diferentes usos y tipos de suelos encontraron que la actividad de la s.glucosidasa mostro un amplio rango de variacion. Por ejemplo, para suelos cultivados con pastos y fertilizados con estiercol presentaron un rango de 41 a 253 μgphenol g^–1 3 h^–1, para bosques de 36 a 160 μgphenol g^–1 3 h^–1 y para suelos sometido a rotacion de cultivos de 130 a 310 μgphenol g^–1 3 h^–1 indicando que la actividad de esta enzima varia dependiendo del manejo y tipo de suelo.

La b-glucosidasa refleja el estado de descomposicion de la MO y pertenece al grupo de enzimas que cataliza la conversion hidrolitica de la celulosa a glucosa, fuente de alimento de los microorganismos del suelo (Knight y Dick 2004).

En consecuencia, conociendo el comportamiento de la actividad de la b-glucosidasa en los diferentes usos de suelo, se puede inferir sobre el grado de descomposicion de su MO. La b-glucosidasa presento un alto grado de asociacion (Cuadro 2) con la actividad de la deshidrogenasa ( r =0,60), y la concentracion de P en el suelo (r= 0,50). Lo que se considera logico, debido a que el objetivo de la b-glucosidasa es degradar formas de bajo peso molecular de la MO, lo que vendria a proporcionar al suelo una fuente de energia para la microbiota del suelo, por lo que se asume, que igualmente se impulse la actividad de la deshidrogenasa, debido a que esta, esta relacionada con la actividad metabolica del suelo.

En general y de acuerdo a los resultados obtenidos en este trabajo se puede inferir, que la MO del suelo O2 para el momento que se realizo el ensayo estaba en la etapa inicial de su descomposicion y la MO del O1 presumiblemente en una etapa mas avanzada.

CONCLUSIONES

- Los parametros bioquimicos y quimicos evaluados en este trabajo mostraron ser sensibles al manejo de los suelos, hecho que se confirmo con las diferencias significativas observadas entre los diferentes usos evaluados.

- Se concluye por un lado que el 01 es el mas degradado, seguido por el bosque de repoblacion de pino. Por otro lado, que el Q presenta la mayor fertilidad y el olivar en abandono una mayor fertilidad potencial, que se confirma con el alto contenido de MO en proceso de degradacion y con el grado de asociacion de la deshidrogenasa, ureasa y b-glucosidasa con la concentracion de fosforo, nitrogeno y COT.

- La alta correlacion de las variables bioquimicas con las quimicas permitio visualizar la influencia del pH sobre la actividad de las enzimas evaluadas.

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