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Efectos de productos bioactivos en plantas de Cicer arietinum L.

  [*] Autor para correspondencia: shari@inca.edu.cu


RESUMEN

El uso de bioestimulantes y biofertilizantes en la agricultura se ha incrementado en los últimos años. El objetivo de este trabajo fue determinar la influencia del biofertilizante Spirufert sobre el rendimiento del garbanzo y las propiedades químicas del suelo, su momento de aplicación más adecuado y el efecto de su aplicación conjunta con Biobras-16® en dicho rendimiento. En un primer experimento, se utilizó el cultivar BS70, cuyas semillas se inocularon con Azofert® previo a la siembra y se aplicaron tres tratamientos: T1 (Azofert®), T2 (Azofert® + una aspersión foliar con Spirufert) y T3 (Azofert® + dos aspersiones foliares con Spirufert). En el segundo se utilizaron los cultivares N27 y N38 y se realizaron dos aspersiones foliares con una mezcla de Spirufert y Biobras-16®. En el primer experimento se demostró que, al realizar dos aplicaciones (T3), hubo diferencias con el tratamiento control; en el número de vainas, granos y masa de granos por planta y el rendimiento, aunque no difirió del tratamiento donde se realizó solamente una aplicación (T2); además, no hubo diferencias en las concentraciones de N, P, K de los granos entre los tratamientos. En el suelo se constató, una disminución de la concentración de magnesio (2,2 cmol kg-1 respecto a 0,5 cmol kg-1 del tratamiento control) y un aumento de la concentración de fósforo (107,5 mg kg-1 respecto a 89 mg kg-1 del tratamiento control) en la zona donde estaban los tratamientos con el biofertilizante. La aspersión foliar de Spirufert con Biobras-16®, incrementó el número de vainas por planta, el número y masa de granos por planta y el rendimiento de los cultivares N27 y N38, este último con incrementos de 21 y 28 %, respectivamente.

Palabras clave:
brasinoesteroides; garbanzo Spirulina; vinaza.

INTRODUCCIÓN

El garbanzo (Cicer arietinum L.), es una legumbre de interés que se cultiva en el mundo, constituyendo una rica fuente de proteínas, carbohidratos y minerales 1 y en Cuba, en los últimos años, ha adquirido importancia su producción 2,3.

En la actualidad, a nivel internacional, se está retomando el uso de extractos vegetales para aumentar los rendimientos agrícolas 4 y dentro de estos extractos, los productos formulados con algas, han sido muy utilizados como “bioestimuladores de las plantas”, logrando buenos resultados en el aumento de la producción 5.

Informes del uso de cianobacterias, han mostrado que estos microorganismos contribuyen a la fijación biológica del nitrógeno, mejoran la disponibilidad de nutrientes y ayudan a la estructura y función del suelo 1. Otros, han expresado los beneficios del uso de éstas para mejorar el crecimiento, el consumo de nutrientes y la bifortificación en cultivos como trigo (Triticum aestivum), algodón (Gossypium spp.), maíz (Zea mays), frijolito chino (Phaseolus aureus) 6 y garbanzo (Cicer arietinum L.) 7.

La Spirulina (Arthrospira platensis), es un alga del grupo de las cianobacterias, cuyo uso ha sido muy explotado en el campo de la biotecnología 8,9; sin embargo, el manejo sostenible de la producción agrícola ha posibilitado el incremento del uso de la misma en la agricultura 10.

Otro bioestimulante que posee gran interés en la agricultura es el Biobras-16®, formulación que tiene como ingrediente activo un análogo de brasinoesteroides sintetizado en Cuba. Este posee como principales efectos: incrementar los rendimientos, aumentar la calidad de las cosechas y estimular la tolerancia de las plantas ante condiciones de estrés ambiental (déficit hídrico, salinidad en el suelo y altas temperaturas), siendo ampliamente utilizado en cultivos como arroz, maíz, soya y tomate 11.

En Cuba, se han iniciado las investigaciones relacionadas con las respuestas de varios cultivos a la aplicación de extractos de Spirulina y otros productos en los cuales está presente; como el biofertilizante Spirufert.

El objetivo de esta investigación fue determinar la influencia del biofertilizante Spirufert sobre el rendimiento del garbanzo y las propiedades químicas del suelo, su momento de aplicación más adecuado y el efecto de su aplicación conjunta con Biobras-16® en dicho rendimiento.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se realizaron dos experimentos en el área central del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), ubicada en los 23o00'05,7” N 82o08'35,4” W, en el municipio San José de las Lajas, provincia Mayabeque.

El primer experimento se ejecutó entre noviembre del 2017 y marzo del 2018. Se utilizaron semillas del cultivar BS-70, las cuales, previo a la siembra, se inocularon con Azofert® (biofertilizante a base de la cepa Rhizobium leguminosarum, a una concentración celular 2,8 x 1010 UFC), a razón de 4,35 mL kg-1 de semilla. La siembra se realizó en un suelo Nitisol Ferrálico Líxico (eútrico alcíllico ródico), al cual se le determinaron sus propiedades químicas antes de la siembra (Tabla 1) y después de la cosecha (Tabla 2), siguiendo la metodología de Paneque et al., 2010 12.

La distancia de siembra utilizada fue 0,75 x 0,20 m. Es importante señalar, que durante todo el ciclo del cultivo las plantas no recibieron fertilización mineral ni otro producto que no fuera el biofertilizante Spirufert. El control de las arvenses se realizó de forma manual y el riego se aplicó acorde a las necesidades del cultivo.

Durante el ciclo del cultivo, las temperaturas máximas y mínimas promedio fueron de 28,5 °C y 17,3 °C, respectivamente. La precipitación acumulada durante este ciclo fue de 192,7 mm, ocurriendo un 61,8 % durante la etapa vegetativa y el resto (38,2 %) en la etapa reproductiva, según datos de la Estación Meteorológica de Tapaste, ubicada a 500 m del área experimental.

Se utilizó el biofertilizante denominado Spirufert, el cual consiste en una suspensión acuosa de jalea de Spirulina (64 %) y vinaza (36 %) y que fue suministrado por la Unidad Empresarial de Base de Spirulina, Zaragoza, San José de las Lajas, provincia Mayabeque, perteneciente a la Empresa LABIOFAM S.A. Los tratamientos quedaron conformados de la siguiente forma:

  • T1- Azofert® (Control)

  • T2- Azofert® + Aspersión foliar de Spirufert (3,7 L ha-1) a los 30 días de la siembra

  • T3- Azofert® + Aspersión foliar de Spirufert (2,3 L ha-1) a los 13 días de la siembra + Aspersión foliar de Spirufert (3,7 L ha-1) a los 30 días de la siembra.

Las aspersiones se efectuaron en horas tempranas de la mañana con una mochila de 16 L de capacidad, comprobando que el volumen del producto a aplicar por parcela mojara bien el follaje de las plantas hasta punto de goteo y en la primera aspersión del tratamiento T3 se aseguró que quedara bien humedecido el suelo. Cada tratamiento fue aplicado en dos parcelas compuestas por cinco surcos de 20 m de largo cada uno, lo que equivale a un área de 75 m2 (3,75 x 20 m) por parcela.

Al final del experimento (120 días después de la siembra), se muestrearon aleatoriamente 30 plantas por tratamiento y se evaluaron los siguientes indicadores: número de vainas por planta, porcentaje de vainas con más de un grano, número y masa de granos por planta y masa de 100 granos. El rendimiento agrícola se estimó a partir de la producción obtenida en cada parcela y se expresó en t ha-1. Además, se determinó la concentración de N, P, K en los granos, siguiendo la metodología de Paneque et al., 2010 12.

El segundo experimento se realizó entre finales de noviembre del 2018 y febrero del 2019. Se utilizaron semillas de los cultivares cubanos N27 y N38, las cuales no fueron inoculadas y se sembraron en un suelo Nitisol Ferralíco Líxico (eútrico alcíllico ródico).

Se seleccionaron 30 m2 (1,5 x 20 m) por cada uno de los cultivares en estudio, a los que se le hicieron dos aspersiones foliares (46 y 61 días después de la siembra) de la mezcla de Biobras-16® y Spirufert (1:2 000 v/v) a razón de 1,5 L ha-1. Las aspersiones se realizaron de forma similar a la descrita en el primer experimento. Un área de igual tamaño (30 m2) de cada cultivar fue utilizada como tratamiento control sin aplicación.

Las plantas no recibieron fertilización mineral durante el ciclo del cultivo y el control de las arvenses y el riego se efectuó de manera similar a la descrita en el experimento anterior.

Durante el ciclo del cultivo, las temperaturas máximas y mínimas promedio fueron de 27,3 °C y 16,5 °C, respectivamente. La precipitación acumulada durante el ciclo del cultivo fue de 108,5 mm, ocurriendo un 54,7 % durante la etapa vegetativa y el resto (45,3 %) en la etapa reproductiva, según los datos recogidos en la misma Estación Meteorológica.

Al final del experimento (110 días posteriores a la siembra), se muestrearon al azar 30 plantas por tratamiento en cada cultivar en estudio y se realizaron las mismas evaluaciones del rendimiento y sus componentes descritas en el experimento anterior.

En ambos experimentos se realizó un muestreo aleatorio y los datos se procesaron mediante el cálculo de las medias, la desviación estándar y el intervalo de confianza a un 95 %, con el objetivo de discriminar diferencias entre las medias. Para ello se utilizó el programa estadístico SPSS y las figuras fueron confeccionadas con el programa Microsoft Excel 2010.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

De los indicadores del rendimiento evaluados, la aplicación de biofertilizante no modificó ni el porcentaje de vainas con más de un grano ni la masa de 100 granos. Sin embargo, el tratamiento donde se realizaron dos aspersiones con Spirufert (T3), resultó el mejor, al incrementar el resto de los componentes en comparación con el tratamiento control, aunque este tratamiento no difirió significativamente del tratamiento T2 donde solamente se efectuó una aspersión (Figura 1).

T1 (Tratamiento Control), T2 (Aspersión foliar con Spirufert a los 30 días), T3 (Aspersiones foliares con Spirufert a los 13 y 30 dias), NV (Número de vainas por planta), %V+1G (porciento de vainas con más de un grano por planta), G/P (Número de granos por planta), MG/P (Masa de granos por planta, g), M100G (Masa de 100 granos, g). Las barras representan el intervalo de confianza a α=0,05

También se pudo comprobar que al realizar dos aspersiones foliares (T3), se incrementó el rendimiento de las plantas, superando en 57,7 % al rendimiento obtenido por las plantas del tratamiento control (T1) y en 20,6 % al obtenido por las plantas que recibieron una aplicación foliar solamente (T2), aunque sin diferencia significativa con este último tratamiento (Figura 2).

T1 (Tratamiento control), T2 (Aspersión foliar con Spirufert a los 30 días), T3 (Aspersiones foliares con Spirufert a los 13 y 30 días). Las barras representan el intervalo de confianza a α=0,05

En el cultivo del garbanzo, el rendimiento varía en gran medida, dependiendo del cultivar y las condiciones edafoclimáticas del lugar donde se desarrolle el cultivo y el mismo puede oscilar; por ejemplo, desde 0,65 t ha-1 para el cv. Jamu-96 13, 1,54-1,90 t ha-1 para el cv. N-29 13,14 y hasta 3,26 t ha-1 para el cv. N-27 13.

Los resultados obtenidos en este trabajo confirman los informados anteriormente por otros autores en leguminosas, quienes han encontrado que la aplicación foliar de un extracto acuoso de Spirulina en habichuela incrementó la cantidad y la calidad de las semillas 15, mientras que la aplicación de extractos a base de algas en el frijol carita incrementó el número de vainas por planta, la masa de 100 granos y el rendimiento 16 y la aplicación de un extracto del alga parda Ecklonia máxima en plantas de soya estimuló el crecimiento, incrementó el rendimiento, aumentando el número de semillas, la masa de 1 000 semillas y mejoró la calidad de las semillas, incrementando el contenido de lípidos y proteínas de las mismas 17.

Además, en otros cultivos, se ha encontrado que el tratamiento de plantas de arroz con algas verde-azuladas incrementó la producción de granos 18 y que al aplicar extractos de Spirulina en plantas de berenjena, aumentó la producción de frutos 19.

El incremento en el rendimiento inducido por el tratamiento T3 en este trabajo, pudiera ser el resultado de la influencia positiva que el Spirufert provocó en la actividad microbiana del Azofert® y en el proceso de fotosíntesis, ya que se ha informado que la aplicación de una formulación a base de Mesorhizobium ciceri y cianobacterias de la familia Anabaena, influyó positivamente en la actividad microbiana y, por ende, en la fijación biológica del nitrógeno; en el contenido de clorofilas y en el nitrógeno disponible en el suelo, lo que se tradujo en un incremento del rendimiento agrícola 1. Por otra parte, también se ha informado; por ejemplo, en el cultivo de la vid, que la aplicación al suelo y al follaje de estos extractos de algas incrementó la tasa de asimilación de CO2 por las plantas, lo cual repercutió posteriormente en el rendimiento 20.

Paralelamente a esto, el Spirufert, dada su composición, puede aportar metabolitos y nutrientes que son esenciales para las plantas; pues se conoce que la Spirulina tiene aproximadamente del 60-70 % de su masa seca en proteínas 21 y se han identificado ácidos grasos poliinsaturados esenciales, vitaminas 8, xantinas, ficobiliproteínas 8,22, carbohidratos, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, hierro, manganeso, zinc 10, gran riqueza de α- y ß carotenos 8,23, ficocianina, considerables cantidades de ácido α-linolénico, una alta concentración de fitohormonas, oligoelementos, antioxidantes y polisacáridos, clorofila, xantofilas y lípidos 24. Además, en la vinaza se encuentran macro y micronutrientes como Ca, Mg, Na, K, Fe, Mn, Zn y Cu 25, cantidades moderadas de nitrógeno, fósforo 26 y materia orgánica 25,26.

No obstante a estos resultados, se debe continuar investigando en este sentido, para definir si las aplicaciones efectuadas en dos momentos en el tratamiento T3 (13 y 30 días después de la siembra) son las más efectivas para incrementar el rendimiento en este cultivo, o si es posible la utilización de otro modo de aplicación como es la peletización de las semillas, la aplicación directa al suelo o la combinación de aplicación al suelo y aspersión foliar como ha sido informado por otros autores 4,5,27-29.

Diferente a los resultados obtenidos en algunos componentes del rendimiento y el rendimiento, entre los tratamientos con el biofertilizante Spirufert y el tratamiento control no existieron diferencias en las concentraciones de N, P, K de los granos (Tabla 3).

Al observar los resultados mostrados en la tabla, se considera que debe estudiarse a profundidad, si el momento de aplicación y la concentración del Spirufert pudiera estar influyendo en que no haya respuesta en las concentraciones de N, P, K de los granos.

Algunos autores han encontrado que a pesar de que los extractos a base de algas poseen un contenido inferior de N-P-K en relación con los fertilizantes químicos, estos estimulan el crecimiento de los cultivos de manera similar al fertilizante químico, debido a que poseen cantidades superiores de otros elementos (calcio, hierro, manganeso, zinc y selenio) que ayudan a moderar las cantidades de nutrientes requeridos por las plantas 10, además, en diferentes publicaciones, se observa influencia en las concentraciones de diferentes minerales en hojas y frutos; sin embargo, esta respuesta no fue observada en este trabajo.

Por ejemplo, la aplicación foliar de un extracto acuoso de Spirulina en habichuela, estimuló las concentraciones de clorofila, nitrógeno, fósforo y potasio de las hojas 15. Por otra parte, al evaluar el efecto de extractos a base de algas con nombres comerciales Agrostemin, Phyllum, Fertimar y Ecoalga, sobre frijol (Phaseolus vulgaris L.) cv Jade, se observó que la concentración foliar de K en vainas mostró diferencias estadísticas 30.

Sin embargo, en un estudio donde se aplicaron extractos de Spirulina en plantas de berenjena, aunque se incrementó la producción de frutos, no se afectaron los niveles foliares de N, P, K y Na 19.

En la Tabla 4 se muestran las variaciones que mostraron las propiedades químicas del suelo utilizado en el primer experimento una vez finalizada la cosecha, en las zonas donde se aplicaron los tratamientos con biofertilizante y en la zona donde estaba el tratamiento control.

Las mayores diferencias en la variación entre las zonas donde se aplicó biofertilizante y la zona donde estaba el tratamiento control, se observaron en las concentraciones de Mg y P, donde hubo una disminución y un aumento mayor de los niveles de magnesio y fósforo, respectivamente, en la zona del suelo donde se aplicó el biofertilizante.

Existen informes referidos a la influencia de las cianobacterias en la disponibilidad de nutrientes del suelo 1.

La disminución en los niveles de magnesio puede deberse a que con la aplicación del biofertilizante, aumente la activación de procesos fisiológicos en las plantas donde se requiere magnesio, como por ejemplo, el posible incremento de la concentración de clorofilas en las hojas, las cuales demandan de Mg pues forma parte de la molécula y esto, por supuesto, puede estar relacionado con una mayor actividad fotosintética, efectos que han sido descritos por otros autores al aplicar extractos de algas 1,20.

El mayor aumento en las concentraciones de fósforo en la zona donde se aplicó biofertilizante, puede deberse al aporte de fósforo por parte del biofertilizante y de los minerales que ayudan a moderar las cantidades de nutrientes requeridos por las plantas.

Una vez demostrada la eficacia del biofertilizante Spirufert en el cultivo del garbanzo, se decidió realizar un experimento donde se utilizara este pero en combinación con el Biobras-16® a una dosis ligeramente inferior (3 L ha-1) pero fraccionada en dos momentos de aplicación (46 y 61 días después de la siembra, o sea, en los momentos de prefloración y floración del cultivo).

Aunque en el primer experimento, los mejores resultados se obtuvieron cuando se realizaron aspersiones a los 13 días y 30 días después de la siembra; en este experimento se decidió utilizar otros dos cultivares (N-27 y N-38) de garbanzo y se realizaron también dos aspersiones foliares, pero en otros momentos del ciclo del cultivo, teniendo en cuenta que en el caso del Biobras-16 los mejores resultados se han obtenido cuando se realizan aplicaciones previo y durante la fase reproductiva 11.

Al analizar los resultados se puede observar, que la aplicación combinada de Spirufert y Biobras-16® incrementó significativamente la producción de granos de los dos cultivares en estudio, lo que repercutió en la masa de granos por planta (Figura 3) y por ende, en el rendimiento estimado del cultivo (Figura 4).

C-N27 (Tratamiento control cultivar N27), T-N27 (tratamiento con la mezcla cultivar N27), C-N38 (Tratamiento control cultivar N38), T-N38 (tratamiento con la mezcla cultivar N38), NV (Número de vainas por planta), %V+1G (porciento de vainas con más de un grano por planta), G/P (Número de granos por planta), MG/P (Masa de granos por planta, g), M100G (Masa de 100 granos, g). Las barras representan el intervalo de confianza a α=0,05

T-N27 (tratamiento con la mezcla cultivar N27), C-N38 (Tratamiento control cultivar N38), T-N38 (tratamiento con la mezcla cultivar N38). Las barras representan el intervalo de confianza a α=0,05

Los incrementos en el rendimiento alcanzaron valores de 21 y 28 %, para los cultivares N27 y N38, respectivamente; lo que demuestra la efectividad de las dos aspersiones foliares efectuadas con la mezcla de Spirufert y Biobras-16®.

Es conocido que el Biobras-16® tiene como ingrediente activo un análogo espirostánico de brasinoesteroides, que se ha demostrado actúa como un regulador de crecimiento en las plantas, por lo que se caracteriza por estimular diversos procesos fisiológicos 11. De esta forma, estudios realizados en frijoles, han demostrado que la aspersión foliar con Biobras-16® incrementó la longitud y el diámetro del tallo, así como el número de vainas y de granos por planta y, por ende, el rendimiento comercial 31. Resultados similares se obtuvieron con la aspersión foliar de Biobras-6 (formulación que tiene como ingrediente activo otro análogo espirostánico de brasinoesteroides) en tres variedades de soya inoculadas con Bradyrhizobium japonicum y Glomus clarum32. Esta respuesta puede estar relacionada con la estimulación en el crecimiento radical y en el número de nódulos inducidos por la aspersión foliar, en la fase de floración, de brasinoesteroides naturales como la homobrasinólida y la 24-epibrasinólida, informada por otros autores 33.

Por otra parte, la aspersión a semillas de frijoles con Biobras-16®, previo a la inoculación con Azofert®, incrementó significativamente el rendimiento del cultivo 34, lo que denotó la efectividad de este producto como bioestimulador del rendimiento en este cultivo.

De lo anterior se infiere, que el efecto encontrado era esperado, aunque queda aún por dilucidar si la aplicación combinada de Biobras-16® y Spirufert incrementó o no el efecto del Biobras-16® solo y si ese efecto fue aditivo o sinérgico; lo cual resulta de gran importancia en la actualidad; teniendo en cuenta que ambos productos son nacionales y se hace necesario incrementar la producción de este cultivo en el país con el uso de tecnologías de producción sostenibles y que sustituyan importaciones.

CONCLUSIONES

  • La aspersión foliar con el biofertilizante Spirufert en dos momentos de la fase vegetativa incrementó el rendimiento del cultivo del garbanzo; aunque no hubo influencia en los niveles de N, P, K en los granos. Además, el tratamiento modificó los niveles de P y Mg del suelo.

  • La aspersión foliar con la mezcla de Spirufert y Biobras-16® produjo un aumento significativo del rendimiento y sus componentes en dos cultivares de garbanzo; lo que sugiere que es posible lograr un efecto aditivo o sinérgico en el rendimiento de las plantas con la mezcla de estos dos productos nacionales.

AGRADECIMIENTOS

A la Unidad Empresarial de Base de Spirulina, Zaragoza, San José de las Lajas, provincia Mayabeque, perteneciente a la Empresa LABIOFAM S.A, por suministrar el biofertilizante Spirufert y así contribuir a las investigaciones en aras de lograr mayores resultados en nuestra agricultura.

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Recibido: 04/12/2019

Aceptado: 04/11/2020

 

 


Los autores de este trabajo declaran no presentar conflicto de intereses.

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Effects of bioactive products on Cicer arietinum L. plants

  [*] Author for correspondence: shari@inca.edu.cu


ABSTRACT

The use of biostimulants and biofertilizers in agriculture has increased in the last years. The objective of this work was to determine the Spirufert biofertilizer influence on chickpea yield and the soil chemical properties and the effect of its joint application with Biobras-16® on the yield. In a first experiment, inoculated seeds with Azofert® before sowing, of BS70 cultivar were used. Three treatments were applied: T1 (Azofert®), T2 (Azofert® + one leaf spray with Spirufert) and T3 (Azofert® + two leaf sprays with Spirufert). In the second, N27 and N38 cultivars were used and two foliar sprays were made with a mixture of Spirufert and Biobras-16®. In the first experiment, it was shown that, when performing two applications (T3) there were differences with the control treatment; in the number of pods, grains and grain mass per plant and the yield. Although it did not differ from the treatment where only one application (T2) was made, there were also no differences in the N, P, K concentrations of the grains between the treatments. A decrease in the magnesium concentration (2.2 cmol kg-1 compared to 0.5 cmol kg-1 of the control treatment) and an increase in the phosphorus concentration (107.5 mg kg-1 compared to 89 mg kg-1 of the control treatment) were found in the soil, in the area where the biofertilizer treatments were. The foliar spray of Spirufert with Biobras-16® increased the number of pods per plant, number and weight of grains per plant and the yield of N27 and N38 cultivars, this latter with increases of 21 and 28 %, respectively.

Key words:
brassinosteroids; chickpea; Spirulina; vinasse.

INTRODUCTION

Chickpea (Cicer arietinum L.), is a legume of interest that is cultivated in the world, constituting a rich source of proteins, carbohydrates and minerals 1) and in Cuba, in recent years, its production has gained importance 2,3.

At present, at an international level, the use of plant extracts is being resumed to increase agricultural yields 4 and within these extracts, products formulated with algae have been widely used as “plant biostimulators”, achieving good results in increased production 5.

Reports of the cyanobacteria use have shown that these microorganisms contribute to the biological nitrogen fixation, improve the availability of nutrients and help the structure and function of the soil 1. Others have expressed the benefits of using these to improve growth, nutrient consumption and bifortification in crops such as wheat (Triticum aestivum), cotton (Gossypium spp.), Corn (Zea mays), Chinese beans (Phaseolus aureus) 6 and chickpea (Cicer arietinum L.) 7.

Spirulina (Arthrospira platensis) is an algae from the cyanobacteria group, whose use has been widely exploited in biotechnology field 8,9; However, the sustainable management of agricultural production has made it possible to increase its use in agriculture 10.

Another biostimulant that has great interest in agriculture is Biobras-16®, a formulation that has as an active ingredient an analog of brassinosteroids synthesized in Cuba. This has as main effects: increasing yields, increasing crop quality and stimulating plant tolerance plants to environmental stress conditions (water deficit, salinity in the soil and high temperatures), and being widely used in crops such as rice, corn, soy and tomato 11.

In Cuba, investigations related to the response of various crops to Spirulina extract application and other products in which it is present have been initiated; like Spirufert biofertilizer.

The objective of this research was to determine the Spirufert biofertilizer influence on chickpea yield and soil chemical properties, its most suitable application time and the effect of its joint application with Biobras-16® on this yield.

MATERIALS AND METHODS

Two experiments were carried out in the central area of the National Institute of Agricultural Sciences (INCA), located at 23o 00' 05.7” N 82o 08'35.4” W, in San José de las Lajas municipality, Mayabeque province.

The first experiment was carried out between November 2017 and March 2018. Seeds of the BS-70 cultivar were used, which, prior to sowing, were inoculated with Azofert® (biofertilizer based on the Rhizobium leguminosarum strain, at a cellular concentration 2.8 x 1010 UFC), at a rate of 4.35 mL kg-1 of seed. The sowing was carried out in a Nitisol Ferrallic Lixic soil (eutric alcylic rhodic), to which its chemical properties were determined before sowing (Table 1) and after harvesting (Table 2), following the methodology of some authors 12.

The sowing distance used was 0.75 x 0.20 m. It is important to note that during the entire crop cycle the plants did not receive mineral fertilization or any other product that was not the Spirufert biofertilizer. Weed control was carried out manually and irrigation was applied according to crop needs.

During the crop cycle, the average maximum and minimum temperatures were 28.5 and 17.3 °C, respectively. The accumulated rainfall during this cycle was 192.7 mm, occurring 61.8 % during the vegetative stage and the rest (38.2 %) in the reproductive stage, according to data from Tapaste Meteorological Station, located 500 m from the experimental area.

The biofertilizer called Spirufert was used, which consists of an aqueous suspension of Spirulina jelly (64 %) and vinasse (36 %) and which was supplied by the Spirulina Base Business Unit, Zaragoza, San José de las Lajas, Mayabeque province, belonging to the LABIOFAM SA Company. The treatments were conformed as follows:

  • T1- Azofert® (Control)

  • T2- Azofert® + Spirufert foliar spray (3.7 L ha-1) 30 days after sowing

  • T3- Azofert® + Spirufert foliar spray (2.3 L ha-1) 13 days after sowing + Spirufert foliar spray (3.7 L ha-1) 30 days after sowing.

The sprays were carried out in the early hours of the morning with a backpack of 16 L capacity, checking that the product volume to be applied per plot wet the foliage of the plants well to the point of dripping. In the first spraying of the T3 treatment, it was ensured that the soil was well moistened. Each treatment was applied in two plots composed of five rows of 20 m long each, which is equivalent to an area of 75 m2 (3.75 x 20 m) per plot.

At the experiment end (120 days after sowing), 30 plants were randomly sampled per treatment and the following indicators were evaluated: number of pods per plant, pod percentage with more than one grain, number and mass of grains per plant and 100 grain mass. The agricultural yield was estimated from the production obtained in each plot and was expressed in t ha-1. In addition, N, P, K concentration in the grains was determined, following some authors´ methodology 12.

The second experiment was carried out between the end of November 2018 and February 2019. Seeds of Cuban N27 and N38 cultivars were used, which were not inoculated and were sown in a soil Nitisol Ferralic Lixic (eutric alcylic rhodic) soil.

30 m2 (1.5x20 m) were selected for each of the cultivars under study, to which two foliar sprays (46 and 61 days after sowing) of the mixture of Biobras-16® and Spirufert were made. (1: 2 000 v/v) at a rate of 1.5 L ha-1. The sprays were carried out in a similar way to that described in the first experiment. An area of equal size (30 m2) of each cultivar was used as a control treatment without application.

The plants did not receive mineral fertilization during the crop cycle and weed control, and irrigation was carried out in a similar way to that described in the previous experiment.

During the crop cycle, the average maximum and minimum temperatures were 27.3 °C and 16.5 °C, respectively. The accumulated precipitation during the crop cycle was 108.5 mm, occurring 54.7 % during the vegetative stage and the rest (45.3 %) in the reproductive stage, according to data collected at the same Weather Station.

At the end of the experiment (110 days after sowing), 30 plants per treatment were randomly sampled in each cultivar under study and the same performance evaluations and their components described in the previous experiment were performed.

In both experiments, a random sampling was carried out and the data were processed by calculating the means, the standard deviation and the 95 % confidence interval, with the aim of discriminating differences between the means. For this, the statistical program SPSS was used and the figures were made with the Microsoft Excel 2010 program.

RESULTS AND DISCUSSION

From the yield indicators evaluated, the application of biofertilizer did not modify neither the percentage of pods with more than one grain nor the mass of 100 grains. However, the treatment where two sprays with Spirufert (T3) were performed, was the best, by increasing the rest of the components compared to the control treatment, although this treatment did not differ significantly from the T2 treatment where only one spray was performed (Figure 1).

T1 (Control treatment), T2 (Foliar spray with Spirufert at 30 days), T3 (Foliar spray with Spirufert at 13 and 30 days), NV (Number of pods per plant), % V+1G (percent of pods with more than one grain per plant), G/P (Number of grains per plant), MG/P (Mass of grains per plant, g), M100G (Mass of 100 grains, g). The bars represent the confidence interval at α =0.05

It was also possible to verify that when performing two foliar sprays (T3), plant yield increased, exceeding by 57.7 % the yield obtained by the control treatment plants (T1) and by 20.6 % that obtained by the plants that received a foliar application only (T2), although without significant difference with this last treatment (Figure 2).

T1 (Control treatment), T2 (Foliar spraying with Spirufert at 30 days), T3 (Foliar spraying with Spirufert at 13 and 30 days). The bars represent the confidence interval at α = 0.05

In chickpea crop, the yield varies greatly, depending on the cultivar and the edaphoclimatic conditions of the place where the crop is developed and it can range, for example, from 0.65 t ha-1 for cv. Jamu-96 13, 1.54-1.90 t ha-1 for cv. N-29 13,14 and up to 3,26 t ha-1 for cv. N-27 13.

The results in this work confirm those previously reported by other authors in legumes, who have found that the foliar application of a Spirulina aqueous extract in beans increased the quantity and quality of seeds 15. The extract application to algae base in the carita bean (Vigna unguiculata Lin) increased the number of pods per plant, the mass of 100 grains and the yield 16. An extract application of the brown alga Ecklonia maxima in soybean plants stimulated growth, increased yield, increasing seed number, 1 000 seed mass and improved seed quality by increasing their lipid and protein content 17.

In addition, in other crops, it has been found that rice plant treatment with blue-green algae increased grain production 18) and that when Spirulina extracts were applied to eggplant plants, fruit production increased 19.

The increase in performance induced by the T3 treatment in this work could be positive influence result that Spirufert caused on Azofert® microbial activity and on the photosynthesis process. It has been reported that formula application of a based on Mesorhizobium ciceri and Anabaena family cyanobacteria, it had a positive influence on microbial activity and therefore, on biological nitrogen fixation; in chlorophyll content and available nitrogen in the soil, which resulted in an increase in agricultural yield 1. On the other hand, it has also been reported, for example, in vine cultivation, that the application to the soil and foliage of these algae extracts increased CO2 assimilation rate by plants, which subsequently had an impact on yield 20.

Parallel to this, Spirufert, given its composition, can provide metabolites and nutrients that are essential for plants. It is known that Spirulina has approximately 60-70 % of its dry mass in proteins 21 and essential polyunsaturated fatty acids, vitamins 8, xanthines, phycobiliproteins 8,22, carbohydrates, nitrogen, phosphorus have been identified. Besides, potassium, calcium, iron, manganese, zinc 10, great wealth of α- and ß carotenes 8,23, phycocyanin, considerable amounts of α-linolenic acid, a high phytohormone concentration, trace elements, antioxidants and polysaccharides, chlorophyll a, xanthophylls and lipids 24. In vinasse there are macro and micronutrients such as Ca, Mg, Na, K, Fe, Mn, Zn and Cu 25, moderate amounts of nitrogen, phosphorus 26) and organic matter 25,26.

Despite these results, further research should be done in this regard; to define whether the applications made at two times in T3 treatment (13 and 30 days after sowing) are the most effective to increase the yield in this crop. Also, if it is possible to use another application form such as seed pelletization, direct application to the soil or soil application combination and foliar spraying as has been reported by other authors 4,5,27-29.

Different from the results obtained in some yield components and yield, between the treatments with Spirufert biofertilizer and the control treatment there were no differences in N, P, K concentrations of grains (Table 3).

When observing the results shown in the table, it is considered that it should be studied in depth, if application moment and Spirufert concentration could be influencing that there is no response in N, P, K concentrations of grains.

Some authors have found that even though extracts based on algae have a NPK lower content in relation to chemical fertilizers. They stimulate crop growth in a similar way to chemical fertilizer, because they have higher amounts of other elements (calcium, iron, manganese, zinc and selenium) that help to moderate the amounts of nutrients required by plants 10. In addition, in different publications, influence is on diverse mineral concentrations observed in leaves and fruits; however, this response was not in this work observed.

For example, foliar application of a Spirulina aqueous extract in beans, stimulated chlorophyll concentrations, nitrogen, phosphorus and potassium of the leaves 15. On the other hand, when evaluating extract effect based on algae with trade names Agrostemin, Phyllum, Fertimar and Ecoalga, on beans (Phaseolus vulgaris L.) cv Jade, it was observed that K foliar concentration in pods showed statistical differences 30.

However, in a study where Spirulina extracts were applied to eggplant plants, although fruit production increased, N, P, K and Na foliar levels were not affected 19.

Table 4 shows the variations that showed soil chemical properties used in the first experiment once the harvest was finished, in the areas where the biofertilizer treatments were applied and in the area where the control treatment was.

The greatest differences in the variation between the areas where biofertilizer was applied and the area where the control treatment was, were observed in Mg and P concentrations, where there was a decrease and a greater increase in magnesium and phosphorus levels, respectively in the soil area where the biofertilizer was applied.

There are reports referring to the influence of cyanobacteria on the availability of nutrients in the soil 1.

The decrease in magnesium levels may be because with the biofertilizer application, physiological process activation in plants where magnesium is required increases. For example, the possible increase in chlorophyll concentration in leaves, which Mg demand as it is part of the molecule and this, of course, may be related to greater photosynthetic activity, effects that have been described by other authors when applying algae extracts 1,20.

The greatest increase in phosphorus concentrations in the area where biofertilizer was applied may be due to phosphorus contribution from the biofertilizer and minerals that help to moderate amounts of nutrients required by the plants.

Once Spirufert biofertilizer efficacy had been demonstrated in chickpea crop, to carry out an experiment was decided. It was used but in combination with Biobras-16® at a slightly lower dose (3 L ha-1) but divided into two moments of application (46 and 61 days after sowing, that is, in the moments of pre-flowering and flowering of the crop.

Although in the first experiment, the best results were obtained when spraying was carried out at 13 days and 30 days after sowing. In this experiment it was decided to use two other cultivars (N-27 and N-38) of chickpea. Two foliar sprays were also carried out, but at other crop cycle times, taking into account that in the case of Biobras-16® the best results have been obtained when applications are made prior to and during the reproductive phase 11.

When analyzing the results, it can be observed that the combined Spirufert and Biobras-16® application significantly increased grain production of the two cultivars under study, which had an impact on grain mass per plant (Figure 3) and therefore, in estimated crop yield (Figure 4).

C-N27 (Treatment control cultivar N27), T-N27 (treatment with the mixture cultivar N27), C-N38 (Treatment control cultivar N38). T-N38 (treatment with the mixture cultivar N38), NV (Number of pods per plant), % V + 1G (percent of pods with more than one grain per plant), G / P (Number of grains per plant), MG/P (Mass of grains per plant, g), M100G (Mass of 100 grains, g). The bars represent the confidence interval at α = 0.05

C-N27 (Treatment control cultivar N27), T-N27 (treatment with the mixture cultivar N27), C-N38 (Treatment control cultivar N38), T-N38 (treatment with the mixture cultivar N38). The bars represent the confidence interval at α = 0.05

The increases in yield reached values of 21 and 28 %, for N27 and N38 cultivars, respectively. This demonstrates the two foliar spray effectiveness made with the Spirufert and Biobras-16® mixture.

It is known that Biobras-16® has as an active ingredient a spirostanic analog of brassinosteroids, which has been shown to act as a growth regulator in plants, which is why it is characterized by stimulating various physiological processes 11. In this way, studies carried out on beans have shown that foliar spraying with Biobras-16® increased the length and stem diameter, as well as the number of pods and grains per plant and therefore, the commercial yield 31. Similar results were obtained with the foliar spray of Biobras-6 (formulation that has as active ingredient another spirostanic analog of brassinosteroids) in three soybean varieties inoculated with Bradyrhizobium japonicum and Glomus clarum32. This response may be related to root growth stimulation and nodule number induced by foliar spraying, in the flowering phase, of natural brassinosteroids such as homobrasinolide and 24-epibrasinolide, reported by other authors 33.

On the other hand, spraying bean seeds with Biobras-16®, prior to inoculation with Azofert®, significantly increased crop yield 34, which denoted this product effectiveness as a yield biostimulator in this crop.

From the above, it can be inferred that the effect found was expected, although it remains to be determined whether the combined application of Biobras-16® and Spirufert increased or not the effect of Biobras-16® alone and whether this effect was additive or synergistic. It is of great importance today taking into account that both products are national and it is necessary to increase the production of this crop in the country with the use of sustainable production technologies that substitute imports.

CONCLUSIONS

  • Foliar spraying with Spirufert biofertilizer at two moments of the vegetative phase increased the chickpea crop yield; although there was no influence on N, P, K levels in the grains. In addition, the treatment modified P and Mg levels in the soil.

  • Foliar spraying with the Spirufert and Biobras-16® mixture produced a significant increase in yield and its components in two chickpea cultivars; which suggests that it is possible to achieve an additive or synergistic effect on plant performance with the mixture of these two national products.

ACKNOWLEDGMENT

To the Spirulina Base Business Unit, Zaragoza, San José de las Lajas, Mayabeque province, belonging to the LABIOFAM S.A Company, for supplying the Spirufert biofertilizer and thus contributing to research in order to achieve greater results in our agriculture.