Crop rotation of canavalia ensiformis green manure of maize and arbuscular mycorrhize in an eutric rodic nitisol of Cuba

Gloria M. Martín*, Janaina R. Costa Rouws**, Segundo Urquiaga** y Ramón A. Rivera*

*Investigadores. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), Gaveta Postal No 1, San José de las Lajas, La Habana, Cuba, CP 32700. Email: gloriam@inca.edu.cu.

** Investigadores. Embrapa Agrobiologia, km 47 Ant. Est. RJ - SP, Seropédica, RJ, CEP 23851-970 CP 74505

RESUMEN

Se cuantificó el aporte en nutrimentos que realizan los abonos verdes y su efecto en los rendimientos de maízy la respuesta de este cultivo a diferentes dosis de fertilización mineral. El diseño experimental fue de bloques al azar, con 4 repeticiones, en esquema de parcelas subdivididas. Las parcelas principales fueron: barbecho (tratamiento 1) y Canavalia, Canavalia ensiformis, (tratamiento 2), sembrada como abono verde en rotación con maíz, variedad Francisco mejorado, sobre un suelo Nitisol ródico éutrico. En el tercer tratamiento se sembró canavalia y al maíz se le aplicó la cepa dehongos micorrizógenos arbusculares (HMA) Glomus hoi like (tratamiento 3). En las subparcelas se evaluaron 5 dosis de fertilizante mineral nitrogenado (0; 50; 100;150 y 200 kg N ha^-1) utilizándose nitrato de amonio. El aporte de fitomasa y nutrimentos de Canavalia fue superior al barbecho al igual que la multiplicación de propágalos nativos de HMA en el suelo. El maíz crecido en rotación con Canavalia y Canavalia + HMA presentó rendimientos superiores al barbecho y no hubo diferencias en la colonización radical por HMA en estos tratamientos, lo que ratifica la posible influencia del abono verde en la multiplicación de los propága los micorrízicos del suelo y la colonización por el cultivo sucesor en la rotación. El maíz respondió significativamente a la aplicación de nitrógeno, con ajuste lineal(R²=92,79%) para los rendimientos obtenidos en el barbecho. La incorporación de 291 kg N ha^-1 con Canavalia fue equivalente a la aplicación de 158,28 kg N ha^-1 como fertilizante químico.

Palabras Clave: Canavalia ensiformis; abonos verdes; hongos micorrizógenos arbusculares; nitrógeno; Glomus hoi like.

SUMMARY

Quantification was performed of the contribution of nutrients by green manure and its effect on corn yields as well as the crops response to different doses of mineral fertilization. The experimental design was split plot, with 4 repetitions. The main parcels were: I) fallow II) Canavalia, Canavalia ensiformis, sowed as green manure in rotation with corn, on a Nitisol soil. In the third treatment III) Canavalia and the corn were sowed but previously the corn seeds were treated with arbuscular mycorrhize Glomus hoi like. In the subplots 5 doses of nitrogen mineral fertilizer was evaluated (0; 50; 100; 150 and 200 kg N ha^-1) using ammonium nitrate. The Canavalia biomass production, nutrients and mycorrhize spore number in soil were superior to the fallow. The corn grown in treatments with Canavalia and Canavalia +mycorrhize presented higher yields than fallow and there were no differences in the radical colonization by mycorrhize in these treatments, which indicates the possible influence of green manure in the multiplication of arbuscular mycorrhizes in soil and the colonization by the next crop in the rotation. Corn had significant response to nitrogen application, with lineal adjustment (R²=92,79%) for the yields obtained in the fallow. The incorporation of 291 kg N ha^-1 with Canavalia was equivalent to the application of 158,28 kg N ha^-1 in the form of a chemical fertilizer.

RECIBIDO: febrero 05, 2007  ACEPTADO: septiembre 10, 2007

INTRODUCCIÓN

El incremento de los precios de los fertilizantes químicos, la escasez de insumos, los problemas de contaminación ambiental y el alto grado de degradación de los suelos y de su materia orgánica por el uso indebido de métodos intensivos de producciónha conducido a una disminución paulatina de los rendimientos agrícolas a nivel mundial.

Esta situación ha hecho necesario el desarrollo y aplicación de tecnologías que minimicen el deteriorodel suelo y permitan la restitución de la fertilidad perdida. El uso de alternativas orgánicas a la fertilización química aumenta la fertilidad del suelo ymejora tanto las propiedades químicas como las físicas y biológicas.

Los abonos verdes cobran cada día más interés como alternativa de incremento y conservación de la fertilidad de los suelos, sobre todo en las condiciones de los trópicos. Esta práctica ha mostrado ser eficiente en la sustitución de fertilizantes nitrogenados y enel incremento de la productividad de los cultivos (García et al., 2002).

Además, hay un reconocimiento creciente a la importancia de la simbiosis micorrízica para los cultivos,debido a que aumentan la absorción de nutrimentos y agua, mejoran algunas propiedades del suelo eincrementan los rendimientos agrícolas. En la actualidad se estudia la combinación de ellos con fertilizantes en dosis bajas y medias, y se ha incorporadoel enfoque sistémico (Rivera et al., 2003; Rivera y Fernández, 2006).

En este sentido, en el trabajo se evaluó el comportamiento conjunto de la Canavalia ensiformis como abono verde, la inoculación de una cepa eficiente de hongos micorrízicos arbusculares (HMA) y lafertilización mineral nitrogenada para un cultivo típico de la región como el maíz sobre suelo Nitisol ródico éutrico con los objetivos de:

· Cuantificar el aporte de fitomasa y nutrimentosdepositados por Canavalia ensiformis en un suelo Nitisol Ródico Éutrico.

· Evaluar la influencia de C. ensiformis utilizada como abono verde y las micorrizas arbusculares sobre los rendimientos de maíz.

MATERIALES Y MÉTODOS

El experimento fue conducido en el Departamento de Servicios Agrícolas del INCA, municipio San Joséde las Lajas, La Habana, Cuba, ubicado a 138 m.s.n.m.,a los 23º00´N y 82º08´O, en un suelo Nitisol ródicoéutrico (WRB, 2003) y sus principales características químicas se muestran en el Cuadro 1.

Según las Tablas de Interpretación de Análisis deSuelos del Ministerio de la Agricultura de Cuba, estesuelo presentó un contenido bajo de MO y un pHligeramente alcalino. Los contenidos de calcio ymagnesio, relativamente altos son representativos deeste tipo de suelo. El alto contenido de fósforo y medio de potasio se debe a que el suelo estuvo sometido aun manejo intensivo con altas aplicaciones de fertilizantes químicos durante muchos años.

El diseño experimental utilizado fue de bloques alazar, con 4 repeticiones, en esquema de parcelas subdivididas. Los tratamientos estudiados en las parcelasprincipales fueron: (1^ro) barbecho natural, (2^do)Canavalia, Canavalia ensiformis (L.)D.C., sembradapara ser utilizada como abono verde en rotación conmaíz, (3^ro) se sembró canavalia y al maíz se le aplicóla cepa de HMA Glomus hoi like por la técnica derecubrimiento de semillas.

En las otras parcelas el maíz se sembró sin inoculación con micorrizas. El barbecho natural consistió en dejar al suelo en descanso durante dos meses, dejando crecer libremente las arvenses en las parcelas, previas a la siembra de maíz. En las subparcelas se evaluaron 5 dosis crecientes de fertilizante mineral nitrogenado (0; 50; 100; 150 y 200 kg N ha^-1) utilizando nitrato de amonio (NH₄NO₃) como fuente portadora.

La Canavalia se cultivó precedente al maíz. La siembra se realizó en forma manual, a altas densidades (0,45 m entre hileras y 0,10 m entre plantas), en mayo de 2003, inmediatamente después de comenzadas las primeras lluvias y no se inoculó con ninguna especie de Rhizobium. El comportamiento de las variables meteorológicas durante todo el período experimental se observan en la Figura 1. A partir del mes de octubre, durante la floración y  producción de granos hubo una disminución de las precipitaciones.

Durante el período de crecimiento vegetativo del abono verde, fue necesaria la limpieza manual del campo, para la eliminación de arvenses. Esta labor se realizó hasta que la Canavalia cubrió el campo. La incorporación del abono verde al suelo se efectuó a los 60 días después de la germinación (DDG) con un arado de discos.

Evaluaciones realizadas

Canavalia y arvenses

A los 60 DDG y antes de la incorporación del abono verde, se procedió al muestreo de plantas completas en un área de 0,45 m², en todas las parcelas principales sembradas con Canavalia, también se tomaron muestras de las arvenses crecidas en las parcelas dejadas en barbecho natural. Las principales especies de plantas colectadas en estas parcelas fueron Hierba de Guinea, Panicum maximum, Don Carlos, Sorghum halepense, Bledo, Amaranthus dubius y Cebolleta, Cyperus rotundus.

Se determinó la masa seca, tanto de la Canavalia como de las arvenses, además se calculó el aporte de nutrimentos (nitrógeno, fósforo y potasio) a partir de los datos de masa seca y el correspondiente contenido de cada elemento, según la siguiente ecuación:

Extracción N,P,K (kg ha^-1) = (masa seca (kg ha^-1)* % elemento)/100  Maíz

La cosecha de maíz se realizó en diciembre de 2003. Se determinó el rendimiento de grano (kg ha^-1). Para esto se tomaron todas las mazorcas comprendidas en el área de cálculo de cada subparcela experimental (18 m²), se despojaron de sus hojas, fueron desgranadas y con posterioridad se pesó el total de granos obtenido en cada subparcela.

En ambas plantas se motearon las raíces, lavándose con agua corriente, para secarse al aire. Después se tomaron las raicillas más finas y se desmenuzaron y tiñeron con azul de tripan. Se determinó el porcentaje de colonización micorrízica, en un microscopio estereoscópico (20 x) basado en conteo de al menos 100 interceptos de las raicillas con las líneas de una placa de Petri cuadricular.

El conteo de esporas de HMA se realizó haciendo extracción de 50 g suelo, el cual se basa en el tamizado y decantado por vía húmeda de los propágulos del hongo. Se colectaron sobre una malla de 40 µm de apertura, las esporas y demás propágulos, siendo separados por centrifugación con un gradiente de sacarosa y Tween 80 y observados y contados posteriormente en un microscopio óptico (20-40 x).

Procedimiento estadístico

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Aporte de la Canavalia incorporada como abono verde

Los resultados del análisis del material vegetal incorporado en las parcelas principales se observan en el Cuadro 2.

Se detectaron diferencias estadísticamente significativas para cada uno de los indicadores, lo que demostró que el aporte de Canavalia fue superior a la vegetación natural del barbecho.

La Canavalia, desarrollada en la época de lluvias y días largos, presenta crecimiento vigoroso, lo que reafirma el criterio de ser un buen abono verde, entre otras razones por la fijación biológica del nitrógeno.

De acuerdo a García (1997), esta especie utilizada como abono verde tiene muchas ventajas, entre ellas, el control de malezas y la erosión, además del considerable aporte de fitomasa y nutrimentos que realiza.Álvarez (2000), indica que la Canavalia es una especie de exuberante desarrollo que se adapta a las condiciones tropicales de altas lluvias, altas temperaturas y días largos, que produce abundante fitomasa seca y realiza una alta fijación biológica de nitrógeno que oscila entre 140 y 160 kg ha^-1.

En las condiciones de Cuba, se han probado diferentes especies de abonos verdes y entre ellas, la Canavalia se destaca por estar entre las que hace un aporte de nitrógeno al sistema superior a los 100 kg N ha^-1 (García et al., 2001).

Resende et al. (2001) señalan que Canavalia es una especie que acumula más nitrógeno en las hojas que en los tallos, con una relación tallo: hoja baja, con predominio de las hojas, las que se descomponen más rápidamente, haciendo un considerable aporte de nitrógeno al sistema, que repercute en la nutrición nitrogenada del cultivo sucesor de alta demanda de nitrógeno.

CUADRO 3. Comportamiento de algunas variables de funcionamiento fúngico en la Canavalia ensiformis y el barbecho.

Al considerar que los HMA existen de manera natural en los suelos, se señala que algunas prácticas como el abonado verde pueden aumentar la presencia de sus propágulos infectivos (Rivera et al., 2003), además, se plantea que la canavalia es una especie de elevada respuesta micorrízica. Por otra parte se ha indicado que en barbecho, la micorrización natural se deprime (Duponnois et al., 2001); Sánchez (2001) encontró que diferentes especies de abonos verdes incrementaron los propágulos nativos de HMA en el suelo, en relación directa con la producción de masa seca de estas plantas.

Influencia de la Canavalia y las micorrizas arbusculares (HMA) comparado con el barbecho natural sobre el rendimiento del maíz

Se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre los rendimientos de los tres tratamientos de las parcelas principales en ausencia de fertilización química. Así, los tratamientos de Canavalia y Canavalia + HMA fueron semejantes entre sí y presentaron rendimientos superiores al barbecho natural, según se puede apreciar en el Cuadro 4.

Además se observó que el porcentaje de colonización por HMA en los tratamientos con abono verde, con o sin inoculación, no se diferencian entre sí y si difieren con la colonización del maíz en rotación con el barbecho.

Muchos autores han encontrado respuesta positiva del maíz a los abonos verdes en rotación, no sólo en el crecimiento sino también, en los rendimientos de granos, debido a la alta incorporación de nitrógeno al sistema, en comparación con los rendimientos obtenidos en sistemas bajo barbecho, que incorporan plantas con bajos contenidos de nutrimentos (Lathwell, 1990).

La influencia de los abonos verdes en la fertilidad de los suelos es atribuida principalmente a la incorporación de nitrógeno derivado de la fijación biológica del nitrógeno cuando se utilizan plantas de la familia de las leguminosas, aumentando la disponibilidad de nitrógeno para las gramíneas cultivadas en sucesión (Jantalia, 2005).

Burkles et al. (1999) observaron que la rotación de los abonos verdes con el maíz aumentó los rendimientos de este cultivo. Lo mismo plantearon Mascarenhas et al. (1998) al obtener los mejores resultados con la utilización de abonos verdes, que además de suplementar los requerimientos nutricionales de nitrógeno, actuaron como controladores de nemátodos.

Así, autores como Rivera et al. (2003) han mostrando la efectividad de la introducción de especies eficientes de micorrizas a través del empleo de abonos verdes, fundamentada por la elevación del número de propágulos infectivos (esporas, hifas y raicillas infectadas) que se produce con el crecimiento de los abonos verdes.

En el Cuadro 5 se observan las medias de los rendimientos en las parcelas principales con fertilización química.

*Medias con letras distintas en la misma columna difieren entre sí, según prueba de Tukey (P<0,05).

De manera general se observó que entre las parcelas de Canavalia y Canavalia + HMA no se encontraron diferencias y ambas difieren estadísticamente con el barbecho natural, esto probablemente se deba a que en las parcelas con abono verde, además del mayor aporte de nutrimentos, también se incide en la mejora de algunas propiedades físicas y biológicas del suelo, lo que supone mejores condiciones para el crecimiento y desarrollo del cultivo de importancia económica, sucesor al abonado verde (Peña et al., 2003) Tampoco hubo diferencias en la micorrización en las parcelas en rotación con Canavalia, y se evidenció un aumento de la colonización del maíz en las parcelas en barbecho, al parecer debido a una posible influencia estimulante de la fertilización química.

Respuesta del maíz a dosis crecientes de fertilizante mineral nitrogenado

Se encontró una respuesta altamente significativa de las plantas de maíz a la aplicación de nitrógeno, reflejado en un mayor desarrollo vegetativo y rendimientos relativamente altos con respecto al testigo, lo que reafirma que la deficiencia de nitrógeno en el suelo limita sensiblemente la capacidad de reproducción de las plantas.

En la Figura 2 se observó un ajuste de regresión lineal (R²=92,79%) entre los rendimientos obtenidos en el barbecho y la dosis nitrogenada. Esto quiere decir que a medida que aumentan las dosis de nitrógeno (kg ha^-1), se incrementa la productividad, o sea, por cada kg ha^-1 de nitrógeno aplicado, el rendimiento aumentará un valor medio de 8,517 kg ha^-1.

Este tipo de respuesta ha sido también encontrada por autores como (Moreno et al., 1996; García, 1997y Álvarez, 2000), para diferentes cultivos de interés económico como papa, Solanum tuberosum, malanga, Colocasia esculenta, calabaza, Cucurbita moschata y maíz, en suelos similares al estudiado.

Es necesario señalar que el mejor ajuste fue una ecuación lineal, lo que probablemente refleja las condiciones bajo las cuales se realizó el estudio; los bajos rendimientos alcanzados probablemente estuvieron asociados a algún mecanismo de pérdida del nitrógeno procedente del fertilizante.

En el caso de estudio, cuando se compara el rendimiento obtenido en el tratamiento de Canavalia, con la respuesta encontrada a la fertilización química en el barbecho natural (Figura 2), se encuentra que la incorporación de 291 kg N ha^-1 con canavalia (Cuadro 2) fue equivalente a la aplicación de 158,28 kg N ha^-1 como fertilizante químico. Willson (2001) encontró que la adición de fertilizantes minerales favoreció el incremento de los rendimientos de maíz y trigo, sin embargo, provocó altas pérdidas por lavado en comparación con el uso de fertilización orgánica y el empleo de plantas utilizadas como abono verde.

En Guatemala se halló que los residuos de Canavalia produjeron un efecto residual equivalente a la aplicación de 100 kg N ha^-1, incrementando de forma consistente los rendimientos de maíz en comparación con un testigo sin N (Urquiaga y Zapata, 2000).

Estos resultados demuestran que sobre los beneficios económicos y ecológicos de los abonos verdes. Por otra parte, en este estudio se evidenció que la simbiosis micorrízica es compatible con la fertilización mineral, a la vez que se confirma las posibilidades del uso de abonos verdes no sólo como fuente de nutrimentos, sino como una vía para potenciar los propágulos de cepas eficientes de HMA en el suelo.

AGRADECIMIENTO

A la Organización Internacional de la Energía Atómica (AIEA) por el apoyo brindado con la beca CUB/ 05032. A los técnicos Mario R. Rentería, Reinerio Reyes, Dayné Horta y Tomás Hernández por el trabajo de campo y laboratorio y al MSc. Ednaldo Araujo da Silva por la revisión final del documento.

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