Artículo Original
0000400004
Incremento del suministro de nutrientes a las plantas en un suelo gley enmendado con vermicompost
[0000-0002-5812-3201] Andy Bernal-Fundora [1] [*]
[0000-0002-0850-9050] Juan A. Cabrera-Rodríguez [1]
[0000-0003-3206-0609] Pedro J. González-Cañizares [1]
[0000-0002-6138-0620] Alberto Hernández-Jiménez [1]
[*] Autor para correspondencia: andy@inca.edu.cu
RESUMEN
La
necesidad de buscar alternativas para mejorar la nutrición de los
cultivos ante la baja fertilidad de los suelos agrícolas y la escasez de
fertilizantes, cobra cada día mayor importancia. Una de estas
alternativas es la aplicación de abonos orgánicos y la inoculación con
hongos micorrízicos arbusculares (HMA). El objetivo del presente trabajo
fue investigar el efecto de las aplicaciones de vermicompost y la
inoculación de un biofertilizante micorrízico sobre el suministro de
nutrientes de un suelo Gley Nodular Ferruginoso para plantas de millo
perla (Panicum italicum L.). Se ejecutaron dos
experimentos en condiciones de mesocosmos en el Instituto Nacional de
Ciencias Agrícolas (INCA), se estudiaron cuatro proporciones de
suelo-vermicompost, con y sin la inoculación micorrízica, en un diseño
completamente aleatorizado con estructura factorial y tres repeticiones.
Se evaluaron la altura, la masa seca de la biomasa aérea y la
concentración y cantidad de nutrientes en las plantas, la frecuencia e
intensidad de la colonización y el número de esporas en el suelo. La
aplicación de vermicompost incrementó la disponibilidad de nutrientes
del suelo y se reflejó en el incremento de la concentración y la
cantidad de nutrientes en las plantas, lo que originó mayor crecimiento y
desarrollo de estas; en presencia del millo perla la aplicación de
vermicompost hizo disminuir la frecuencia e intensidad de la
micorrización, lo que inhibió el efecto de la inoculación con hongos
micorrízicos arbusculares y no se afectó la producción de esporas en el
suelo.
Palabras clave:
vermicompost; micorrizas arbusculares; Glomus; gleysols.
En
los sistemas agrícolas, cuando se ponen en práctica técnicas de
explotación donde no se tomen medidas para la conservación y mejora de
los suelos, paulatinamente se van afectando indicadores de la fertilidad
1,2,
que imposibilitan la obtención de altos rendimientos de los cultivos.
Por eso resulta necesaria la introducción de tecnologías para mejorar su
productividad, mediante un incremento de la disponibilidad de
nutrientes para las plantas, lo que reviste gran importancia en suelos
destinados a la ganadería, donde los niveles de fertilizantes que se
destinan a esta rama no son suficientes para satisfacer la demanda de
nutrientes de los cultivos y el reciclaje de nutrientes resulta
deficiente.
Dentro de las tecnologías para la
recuperación y la conservación de los suelos se encuentra la aplicación
de abonos orgánicos, los cuales tienen efectos positivos sobre el
incremento en el contenido de carbono orgánico (C), incorporación de
elementos minerales e intervienen en la formación de la estructura 3,
tal es el caso del vermicompost, compuesto orgánico que ofrece diversas
cualidades como mejorador del suelo y actúa como fuente de nutrientes
para las plantas 4.
Otras
de las alternativas para un aprovechamiento más eficiente de los
nutrientes por las plantas, es el empleo de los biofertilizantes a base
de hongos micorrízicos arbusculares (HMA), cuyos microorganismos forman
simbiosis con aproximadamente el 90 % de plantas terrestres 5, facilitando la absorción de nutrientes y agua por las mismas, entre otras ventajas 6. El millo perla no queda exento de esta interacción, al ser un cultivo que presenta marcada dependencia micorrízica 7 y, en ocasiones, una elevada colonización micorrízica, incluso al ser inoculados con diferentes especies de HMA 8.
En
estudios previos se ha demostrado como la utilización de especies
eficientes de HMA permite reducir las dosis de fertilizantes minerales o
abonos orgánicos, sin afectar los rendimientos agrícolas de los
cultivos 9-11.
En
una investigación realizada en un suelo Gley Nodular Ferruginoso, que
tuvo como antecedente el cultivo de pastos, se demostró que el uso
combinado del estiércol vacuno, como fuente de abono orgánico y
biofertilizante micorrízico, contribuyó a la mejora de la fertilidad del
suelo, al incremento de la productividad y al valor nutritivo de la
especie poácea forrajera 12.
El
presente trabajo tuvo como objetivo investigar el efecto de las
aplicaciones de vermicompost y la inoculación de un biofertilizante
micorrízico sobre el suministro de nutrientes de un suelo Gley Nodular
Ferruginoso para plantas de millo perla (Panicum italicum L.).
Se
realizaron dos experimentos bajo condiciones de mesocosmos en el área
del invernadero del departamento Biofertilizantes y Nutrición de las
Plantas, del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), San José
de las Lajas, Mayabeque, entre los meses de marzo a mayo, durante los
años 2014 y 2015.
El suelo clasificado como Gley Nodular Ferruginoso agrogénico 13,
proveniente del área de la Dirección Municipal de Flora y Fauna del
municipio Boyeros, ocupa el 38,28 % de la superficie total, cuya
extensión es de 897,22 ha y al momento de iniciar la investigación,
llevaba más de 12 años bajo explotación, con pastos y forrajes para la
ganadería, previéndose cambiar su uso mediante el fomento del cultivo de
la moringa (Moringa oleifera); con anterioridad se dedicó al cultivo de la caña de azúcar.
El suelo se caracterizó desde el punto de vista físico y químico 13
y se demostró que poseía un suministro de nutrientes deficiente para
las plantas, destacando la baja disponibilidad fosfórica y potásica y el
bajo contenido de materia orgánica (Tabla 1).
Tabla 1.
Caracterización del
horizonte cultivable del suelo Gley Nodular Ferruginoso agrogénico de la
Dirección Municipal de Flora y Fauna del municipio Boyeros
Estadígrafos | pH | P2O5 | Ca2+ | Mg2+ | Na+ | K+ | CIB | C |
---|
-log [H+] | mg 100 g-1 | cmolckg-1 | g kg-1 |
---|
Media | 6,9 | 1,83 | 22,5 | 16 | 0,17 | 0,21 | 38,87 | 12,3 |
CV (%) | 4,35 | 4,92 | 3,56 | 5,0 | 3,46 | 2,79 | 4,13 | 48,8 |
IC | ±0,75 | ±0,22 | ±1,99 | ±1,99 | ±0,01 | ±0,01 | ±3,99 | ±1,5 |
pH: potenciometría relación suelo:agua 1:2,5; P2O5: extracción con H2SO4 0,05 mol L-1
relación suelo:solución 1:25 y determinación colorimétrica por el
desarrollo del color azul; Cationes intercambiables: extracción con
acetato de amonio 1 mol L-1 pH 7, determinación del Na y K
por espectrofotometría de llama y del Ca y Mg por volumetría; CIB: suma
de la bases intercambiables; C: carbono orgánico por el método de
Walkley-Black. CV: Coeficiente de Variación; IC: Intervalos de Confianza
Se llenaron bolsas negras de polietileno de 4
kg de capacidad con el suelo, tomando el horizonte cultivable (0-20 cm),
que después de secado al aire, se tamizó por una malla de 5 mm, con el
objetivo de lograr un tamaño de agregado uniforme y se mezcló con el
vermicompost para conformar las diferentes proporciones. El vermicompost
utilizado fue producido en la CCS “Orlando López González”, ubicada en
el municipio La Lisa, La Habana, elaborado a partir de estiércol vacuno y
residuos de cosecha (Tabla 2) y se encontró
en el vermicompost del año 2015, menor contenido de nutrientes, con la
excepción del Mg, mayor humedad, una relación C:N más amplia y un pH más
cercano a la neutralidad.
Tabla 2.
Caracterización en base
seca del vermicompost proveniente de la CCS “Orlando López González”
elaborado a partir de estiércol vacuno y residuos de cosecha
Años | C | N | P | K | Ca | Mg | Humedad | pH | Relación C:N |
---|
(g kg-1) | -log [H+] | adimensional |
---|
2014 | 218,7 | 17,8 | 21,5 | 13,0 | 36,7 | 5,3 | 413 | 7,4 | 12:1 |
2015 | 208,2 | 14,8 | 19,9 | 11,9 | 35,3 | 6,2 | 441 | 7,1 | 14:1 |
C: carbono orgánico por el método de Walkley-Black; digestión del vermicompost con H2SO4
+ Se y determinación del N colorimétricamente por Nessler, P por el
desarrollo del color azul, K por espectrofotometría de llama, Ca y Mg
por volumetría; pH: determinación potenciométrica relación
vermicompost:agua 1:2,5
Se utilizó el millo perla (Panicum italicum L.)
como cultivo indicador y se sembraron 10 semillas en cada bolsa; cuando
las plantas alcanzaron entre 10 y 15 cm de altura, se dejaron seis
plantas por bolsa. A partir de la siembra y durante los primeros 15
días, se aplicó un riego diario hasta que las bolsas comenzaran a
drenar; posteriormente se regó cada dos días con igual consideración,
manteniendo las bolsas libres de arvenses, mediante limpieza manual.
Se utilizó el inóculo certificado formulado con la especie Glomus cubense, cepa INCAM 4, producido en el INCA (Y. Rodr. & Dalpé) 14, con una concentración de 28 esporas g-1 de inoculante, el que fue aplicado a las semillas por el método del recubrimiento 15.
Al suelo se le realizó un conteo de esporas residentes en ambos años, al momento del montaje de los experimentos (Tabla 3).
Tabla 3.
Cantidad de esporas en el
suelo Gley Nodular Ferruginoso agrogénico de la Dirección Municipal de
Flora y Fauna del municipio Boyeros al inicio de la investigación
Año | Cantidad de esporas | Intervalo de Confianza |
---|
Esporas 50 g de suelo-1 |
---|
2014 | 68 | 25,21 |
2015 | 47 | 28,58 |
Promedio | 57,5 | 27,00 |
Se estudiaron ocho tratamientos (Tabla 4),
en un diseño completamente aleatorizado, con una estructura factorial y
tres repeticiones; los factores a estudiar fueron las proporciones
suelo/vermicompost con cuatro niveles y la inoculación micorrízica con
dos niveles.
Tabla 4.
Descripción de los
tratamientos utilizados para evaluar el efecto de las aplicaciones de
vermicompost y la inoculación de un biofertilizante micorrízico sobre el
suministro de nutrientes de un suelo Gley Nodular Ferruginoso
agrogénico
Tratamientos | Proporción suelo-vermicompost (m/m) | Inoculante micorrízico |
---|
Suelo | Vermicompost |
---|
1 | 4 | 0 | sin HMA |
2 | con HMA |
3 | 3 | 1 | sin HMA |
4 | con HMA |
5 | 5 | 1 | sin HMA |
6 | con HMA |
7 | 7 | 1 | sin HMA |
8 | con HMA |
El suelo provino de la Dirección Municipal de Flora y Fauna del municipio Boyeros
El crecimiento, el rendimiento de biomasa
aérea y la concentración y contenido de N, P y K en ella, se
determinaron a los 50 días después de la emergencia, momento en que las
plantas se encontraban en la fase de grano semiduro con las espigas
amarillas:
Altura de las plantas (cm): mediante el empleo de una cinta métrica, desde la base del tallo hasta el último dewlap visible.
Masa seca de la biomasa aérea (g planta-1): el material cortado se llevó a una estufa de circulación de aire a 70 ºC hasta alcanzar una masa constante.
Concentración de nutrientes (g kg-1): una alícuota del material secado en la estufa se oxidó con una mezcla de H2SO4
concentrado+Se; en el extracto obtenido luego de diluido, se determinó
la concentración de N por el método de Nessler, la de P por el
desarrollo del color azul molibdo fosfórico y la de K por
espectrofotometría de llama.
Contenido de nutrientes (mg planta-1): se calculó a partir de la biomasa seca de la parte aérea y las respectivas concentraciones de cada elemento:
Nutriente (mg planta-1) = [biomasa (mg planta-1) x concentración (g kg-1)/10]
Variables micorrízicas: las raíces de las plantas se trataron según se describe en la literatura 16. La frecuencia y la intensidad de colonización micorrízica se determinó por el método de los interceptos 17. Para la determinación del número de esporas en cada bolsa se empleó el método de extracción 18.
Se
realizó un análisis de varianza bifactorial para las variables
evaluadas. Cuando se encontraron diferencias significativas entre
tratamientos, las medias se compararon según la prueba de Rangos
Múltiples de Duncan (p<0,10). Se determinó el intervalo de confianza
para la media en las variables del análisis químico y en el conteo de
esporas residentes iniciales. Se utilizó el programa Statgraphics
Centurion XV Versión 15.2.14.
En
los dos años de investigación, solo se manifestó el efecto de la
aplicación del vermicompost y no hubo interacción entre los dos factores
investigados en las variables altura de la planta, biomasa aérea seca,
frecuencia e intensidad de la micorrización y concentración y contenido
de nutrientes; mientras que la cantidad de esporas presentes en el suelo
no se afectó con ninguno de los tratamientos.
La aplicación de vermicompost incrementó la altura de las plantas (Figura 1)
de manera diferente en cada año; en el año 2014 con las relaciones
suelo/vermicompost 5/1 y 7/1, las plantas alcanzaron mayor altura;
mientras que, en el año 2015, esta manifestación se logró con las
relaciones 3/1 y 5/1 con tendencia a disminuir el efecto en la medida en
que dicha relación se amplió.
V 3/1: relación suelo-vermicompost 3/1, V 5/1: relación suelo-vermicompost 5/1, V 7/1: relación suelo-vermicompost 7/1
Medias con letras iguales para cada factor y año no difieren entre sí según prueba de Duncan (p<0,10)
Figura 1.
Efecto del vermicompost y
de la inoculación con HMA sobre el crecimiento de las plantas de millo
perla. Suelo Gley Nodular Ferruginoso agrogénico
Algo similar se encontró al analizar el rendimiento de masa seca de la biomasa aérea (Figura 2), pero para el año 2015 quedó definida la disminución del rendimiento con las relaciones suelo/vermicompost más amplias.
V 3/1: relación suelo-vermicompost 3/1, V 5/1: relación suelo-vermicompost 5/1, V 7/1: relación suelo-vermicompost 7/1
Medias con letras iguales para cada factor y año no difieren entre sí según prueba de Duncan (p<0,10)
Figura 2.
Efecto del vermicompost y
de la inoculación con HMA sobre la masa seca de la biomasa aérea de las
plantas de millo perla. Suelo Gley Nodular Ferruginoso agrogénico
Los resultados corroboran los alcanzados por
diversos investigadores en otras latitudes y que trabajaron con suelos
diferentes al utilizado en esta investigación. Evaluando el efecto de
diferentes dosis de vermicompost sobre el crecimiento del millo perla,
tanto la altura de las plantas 19,20, así como la acumulación de biomasa 19,
se incrementaron por la aplicación del abono orgánico. También mediante
la aplicación de diferentes tipos de abonos orgánicos, se obtuvo un
incremento de la biomasa aérea del millo perla 21, lo que refleja la respuesta del cultivo ante la aplicación de enmiendas orgánicas.
Se
ha informado que el vermicompost, a partir de las sustancias húmicas,
favorece el desarrollo fenológico de los cultivos al ejercer una acción
bioestimuladora sobre el crecimiento de las plantas, mediante la
incidencia de las fitohormonas producidas por este compuesto orgánico
que estimulan la producción de biomasa 22,23.
Por
otra parte y en condiciones cubanas, con otros cultivos también se ha
podido comprobar el efecto positivo del vermicompost sobre el
crecimiento, de tal manera que trabajando durante dos años en suelo
similar al de esta investigación, se registraron mayores valores de
biomasa en plantas de Panicum maximum y Brachiaria decumbens,
fertilizadas con este abono, efectos que los autores lo atribuyeron a
la mejora de las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo 24.
En
estudios previos se demostró que el vermicompost tiene la
característica de aportar macro y micronutrientes, de incrementar los
contenidos de carbono orgánico y mejorar el pH del suelo 25,26,
lo que incidió en un crecimiento óptimo de las plantas, ya que es un
compuesto rico en elementos minerales, que ya han pasado por un proceso
de descomposición y se encuentran en formas disponibles para las plantas
27.
En
correspondencia con lo mencionado en el párrafo anterior, los resultados
obtenidos referidos a la concentración y el contenido de nutrientes en
las plantas de millo, indicaron que la aplicación del vermicompost
mejoró el suministro de nutrientes para las plantas (Tabla 5, Tabla 6).
Para
el caso del N y en ambos años, tanto en la concentración, como en el
contenido del nutriente en la biomasa aérea seca, todas las proporciones
suelo/vermicompost, tuvieron el mismo efecto y siempre superaron al
suelo solo. El P en al año 2014, se comportó de manera similar al N; sin
embargo, en el año 2015, la mayor concentración y cantidad del
nutriente se encontró en las plantas crecidas en el sustrato con la
relación 3/1, en correspondencia con el comportamiento del rendimiento
de masa seca y se manifestó un incremento en el contenido de este
elemento en las plantas, con inoculación micorrízica. Para el K y en el
año 2014, ambos indicadores de nutrición se manifestaron en mayor
magnitud con la relación 3/1; mientras que, en el año 2015, la
concentración de K no se vio afectada por la aplicación del
vermicompost, pero el contenido fue mayor cuando la relación fue más
estrecha (3/1).
El N fue el nutriente que no
resultó sensible a cambios en función de la relación suelo/vermicompost,
ni de la composición del vermicompost, al menos con las utilizadas en
esta investigación; mientras que el P y el K mostraron cierta
dependencia de ambos. En este sentido, los resultados indicaron que
mientras más estrecha fue la relación, mayor fue la disponibilidad de P y
K para las plantas.
Las diferencias encontradas
entre los años, presumiblemente, se debieron a la composición del
vermicompost. En el utilizado en el año 2015 se encontró menor cantidad
de nutrientes, exceptuando al Mg, mayor humedad y un pH más cercano a la
neutralidad (Tabla 2), requiriéndose mayor cantidad de vermicompost para satisfacer las necesidades de las plantas.
Tabla 5.
Concentración y contenido
de nutrientes del millo perla cosechado a los 50 días después de la
emergencia (fase de grano semiduro). Año 2014
Tratamiento | N | P | K | N | P | K |
---|
suelo/vermicompost | g kg-1 | mg planta-1 |
---|
4/0 | 13,42 b | 1,83 b | 17,98 c | 6,63 b | 0,90 b | 8,98 c |
3/1 | 22,77 a | 2,58 a | 37,27 a | 146,92 a | 16,65 a | 240,17 a |
5/1 | 22,20 a | 2,52 a | 31,0 b | 151,85 a | 17,12 a | 211,19 b |
7/1 | 22,38 a | 2,37 a | 30,22 b | 147,54 a | 15,68 a | 199,81 b |
Es χ | 2,42* | 0,12* | 1,57* | 16,40* | 0,57* | 10,57* |
Inoculación micorrízica | |
- HMA | 19,34 | 2,28 | 28,23 | 108,32 | 12,15 | 158,69 |
+ HMA | 21,04 | 2,38 | 30,01 | 118,15 | 13,03 | 171,38 |
Es χ | 1,17 n.s. | 0,09 n.s. | 1,11 n.s. | 11,60 n.s. | 0,40 n.s. | 7,47 n.s. |
Suelo: Gley Nodular Ferruginoso agrogénico de la Dirección Municipal de
Flora y Fauna del municipio Boyeros; HMA: inóculo certificado formulado
con la especie Glomus cubense, cepa INCAM 4 producido en el INCA; n.s.:
sin diferencias significativas;
*: diferencias significativas al 10 %
Tabla 6.
Concentración y contenido
de nutrientes del millo perla cosechado a los 50 días después de la
emergencia (fase de grano semiduro). Año 2015
Tratamiento | N | P | K | N | P | K |
---|
suelo/vermicompost | g kg-1 | mg planta-1 |
---|
4/0 | 15,43 b | 1,58 b | 37,87 | 1,48 b | 0,15 c | 3,68 c |
3/1 | 22,85 a | 2,82 a | 38,92 | 90,05 a | 11,11 a | 153,02 a |
5/1 | 21,98 a | 2,65 a | 36,88 | 75,23 a | 9,03 b | 125,46 b |
7/1 | 23,03 a | 2,65 a | 37,55 | 73,67 a | 8,57 b | 120,27 b |
Es χ | 1,55* | 0,11* | 1,22 n.s. | 7,34* | 0,66* | 7,63* |
Inoculación micorrízica | |
- HMA | 19,70 | 2,36 | 37,49 | 53,90 | 6,64 b | 95,28 |
+ HMA | 21,95 | 2,49 | 38,12 | 66,32 | 7,80 a | 105,93 |
Es χ | 1,09 n.s. | 0,08 n.s. | 0,86 n.s. | 5,19 n.s. | 0,47* | 5,40 n.s. |
Suelo: Gley Nodular Ferruginoso agrogénico de la Dirección Municipal de
Flora y Fauna del municipio Boyeros; HMA: inóculo certificado formulado
con la especie Glomus cubense, cepa INCAM 4 producido en el INCA; NS:
sin diferencias significativas;
*: diferencias significativas al 10 %
El aumento de las concentraciones y los
contenidos de nutrientes en las plantas fertilizadas con humus de
lombriz, puede ser atribuido, tanto al aporte de nutrientes por el abono
orgánico, como al incremento de la disponibilidad de nutrientes del
suelo por efecto de la fertilización orgánica.
En
trabajos realizados previamente, se demostró cómo aplicando diferentes
dosis de vermicompost, se alcanzó una mayor absorción de estos
nutrientes en los órganos aéreos, en el cultivo del millo perla, en
relación con el tratamiento control, lo que influyó en un incremento en
la producción de biomasa seca y rendimiento del cultivo 28.
Igualmente, en estudios realizados en otros cultivos, se comprobó el
incremento en la absorción de N, P y K y el crecimiento de las plantas, a
medida que se aumentaron las dosis de humus de lombriz aplicadas 29.
Este mismo efecto, en cuanto a la absorción de nutriente, se vio
reflejado al aplicar diferentes dosis de ácidos húmicos extraídos del
vermicompost, en plantas de mangostán (Garcinia mangostana. L) 30.
En
los dos años, el vermicompost deprimió la frecuencia e intensidad de la
micorrización y en la medida que la relación suelo/vermicompost se hizo
más amplia, la tendencia encontrada se dirigió hacia el aumento de las
variables evaluadas (Figura 3).
V 3/1: relación suelo-vermicompost 3/1, V 5/1: relación suelo-vermicompost 5/1, V 7/1: relación suelo-vermicompost 7/1
Medias con letras iguales para cada factor y año no difieren entre sí según prueba de Duncan (p<0,10)
Figura 3.
Efecto del vermicompost y
de la inoculación con HMA sobre la frecuencia e intensidad de la
colonización micorrízica en plantas de millo perla. Suelo Gley Nodular
Ferruginoso agrogénico
Lo señalado se puede atribuir a que las
plantas dispusieron de una mayor cantidad de nutrientes, pues en suelos
enriquecidos con abonos orgánicos, se ha comprobado que la
disponibilidad de los nutrientes controla el crecimiento de las
estructuras micorrízicas intra y extrarradicales; de tal modo que,
cuando las plantas han sido fertilizadas suficientemente, la
distribución de dichas estructuras se reduce, ya que la entrega de
nutrientes a la planta hospedera, a través de los HMA, pierde efecto 31.
Estos
resultados coinciden con los obtenidos en otras investigaciones en las
que se aplicaron diferentes fuentes orgánicas y fertilizante mineral en
distintos cultivos y se demostró que cuando la disponibilidad de
nutrientes fue suficiente en el suelo, se garantizó el estado
nutricional de los cultivos y no se favoreció la colonización
micorrízica 32,33.
En
cuanto al número de esporas y en los dos años evaluados, los
tratamientos fertilizados con vermicompost no mostraron diferencias, en
relación con los tratamientos con suelo solo, (Figura 4).
V 3/1: relación suelo-vermicompost 3/1, V 5/1: relación suelo-vermicompost 5/1, V 7/1: relación suelo-vermicompost 7/1
Medias con letras iguales para cada factor y año no difieren entre sí según prueba de Duncan (p<0,10)
Figura 4.
Efecto del vermicompost y
de la inoculación con HMA sobre el número de esporas en 50 g de suelo.
Suelo Gley Nodular Ferruginoso agrogénico y millo perla como cultivo
indicador
Al comienzo de ambos experimentos, la cantidad
inicial de esporas de HMA residentes en el suelo fue inferior a 70
esporas por 50 g de suelo (Tabla 3),
mientras que al momento de las evaluaciones, este indicador alcanzó
cifras en el entorno de las 550 esporas en 50 g de suelo (Figura 4);
o sea, 9,5 veces más, cantidades que resultaron similares e incluso
superiores a las observadas en trabajos de campo realizados en el millo
perla, inoculadas con especies micorrízicas del género Glomus34 y otras especies de la familia Poaceae, con un ciclo de crecimiento mayor y cultivadas en condiciones de campo 35.
El
hecho de que el número de esporas obtenido en el tratamiento sin
inocular haya sido similar al observado en el que se aplicó el
inoculante micorrízico, indicó que el millo perla desempeñó un papel
relevante en la reproducción micorrízica, debido a que la arquitectura
radical de este cultivo le confiere una alta capacidad para reproducir
esporas de HMA 36,
favoreciéndose, por tanto, la producción de esporas de HMA residentes y
compitiendo estas con el inóculo aplicado, criterio que coincide con lo
planteado por otros autores, referido a que la simbiosis entre las
plantas y las especies residentes de HMA, en ocasiones, son más
eficientes y competitivas que las establecidas con la especie de
colección inoculada 37. Por
consiguiente y tal como se ha aseverado, el éxito de la inoculación, no
sólo depende de la infectividad y eficiencia de la especie a aplicar,
sino que también está relacionada con la cantidad y tipos de propágulos
residentes en el suelo 38.
La
aplicación de vermicompost incrementa la disponibilidad de nutrientes
del suelo y se refleja en el incremento de la concentración y la
cantidad de nutrientes en las plantas, lo que origina mayor crecimiento y
desarrollo de estas.
La incorporación
del abono orgánico hace que disminuya la frecuencia e intensidad de la
micorrización, inhibiendo el efecto de la inoculación con hongos
micorrízicos arbusculares, sobre las plantas y sin afectar la producción
de esporas en el suelo.
In
agricultural systems, when exploitation techniques are put into
practice where measures are not taken for the conservation and
improvement of soils, fertility indicators are gradually affected 1,2,
which make it impossible to obtain high yields of the crops. That is
why it is necessary to introduce technologies to improve their
productivity, by increasing the availability of nutrients for plants,
which is of great importance in soils destined for livestock, where the
levels of fertilizers that are destined for this branch are not
sufficient to meet the nutrient demand of crops and nutrient recycling
is poor.
Among the technologies for the recovery
and conservation of soils is the application of organic fertilizers. It
has have positive effects on the increase in organic carbon content (C),
incorporation of mineral elements and intervene in the structure
formation 3, such is the case of
vermicompost, an organic compound that offers various qualities as a
soil improver and acts as a source of nutrients for plants 4.
Other
alternatives for a more efficient use of nutrients by plants is the use
of biofertilizers based on arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), whose
microorganisms form symbiosis with approximately 90 % of terrestrial
plants 5, facilitating the absorption of nutrients and water by them, among other advantages 6. The pearl millet is not exempt from this interaction, because it is a culture that shows marked mycorrhizal dependence 7 and, on occasions, high mycorrhizal colonization, even when inoculated with different AMF species 8.
Previous
studies have shown how the use of efficient AMF species allows reducing
doses of mineral fertilizers or organic fertilizers, without affecting
the agricultural yields of crops 9-11.
In
an investigation carried out in a Gley Nodular Ferruginous soil, which
had pasture cultivation as a precedent, it was shown that the combined
use of cattle manure, as a source of organic fertilizer and mycorrhizal
biofertilizer, contributed to soil fertility improvement, by increased
productivity and nutritional value of forage grass species 12.
The
present work aimed to investigate the effect of vermicompost
applications and the inoculation of a mycorrhizal biofertilizer on the
nutrient supply of a Gley Nodular Ferruginous soil for pearl millet
plants (Panicum italicum L.).
Two
experiments were carried out under mesocosmic conditions in the
greenhouse area of the Biofertilizers and Plant Nutrition department, of
the National Institute of Agricultural Sciences (INCA), San José de las
Lajas, Mayabeque, between months of March to May, during the years 2014
and 2015.
The soil classified as Gley Nodular Ferruginous Agrogenic 13,
from the area of the Municipal Directorate of Flora and Fauna from
Boyeros municipality, occupies 38.28 % of the total surface, whose
extension is 897.22 ha and at the time of starting the research, it had
been under exploitation for more than 12 years, with pastures and
forages for livestock, planning to change its use by promoting the
cultivation of moringa (Moringa oleifera); previously he was dedicated to the cultivation of sugar cane.
The soil was characterized from the physical and chemical point of view 13
and it was shown that it had a deficient supply of nutrients for
plants, highlighting the low phosphoric and potassium availability and
the low content of organic matter (Table 1).
Table 1.
Characterization of the
cultivable horizon of the Gley Nodular Ferruginous Agrogenic soil of
Municipal Directorate of Flora and Fauna from Boyeros municipality
Parameters | pH | P2O5 | Ca2+ | Mg2+ | Na+ | K+ | CIB | C |
---|
-log [H+] | mg 100 g-1 | cmolckg-1 | g kg-1 |
---|
Mean | 6.9 | 1.83 | 22.5 | 16 | 0.17 | 0.21 | 38.87 | 12.3 |
CV (%) | 4.35 | 4.92 | 3.56 | 5.0 | 3.46 | 2.79 | 4.13 | 48.8 |
IC | ±0.75 | ±0.22 | ±1.99 | ±1.99 | ±0.01 | ±0.01 | ±3.99 | ±1.5 |
pH: soil: water 1:2.5 ratio potentiometry. P2O5: extraction with H2SO4 0.05 mol L-1
soil: 1:25 solution ratio and colorimetric determination by the
development of the blue color. Exchangeable cations: extraction with
ammonium acetate 1 mol L-1 pH 7, determination of Na and K by
flame spectrophotometry and of Ca and Mg by volumetry; CIB: sum of
exchangeable cations; C: organic carbon by the Walkley-Black method. CV:
Coefficient of Variation; CI: Confidence Intervals
Black polyethylene bags of 4 kg capacity were
filled with the soil, taking the cultivable horizon (0-20 cm), which
after air drying, was sieved through a 5 mm mesh, with the objective of
achieving a size of uniform aggregate and mixed with the vermicompost to
make up different proportions. The vermicompost used was produced at
the “Orlando López González” CCS, located in La Lisa municipality,
Havana, made from cow manure and harvest residues (Table 2)
and it was found in the vermicompost of 2015, lower content of
nutrients, with the exception of Mg, higher humidity, a broader C: N
ratio and a pH closer to neutrality.
Table 2.
Characterization on a dry basis of vermicompost from CCS "Orlando López González" made from cow manure and crop residues
Years | C | N | P | K | Ca | Mg | Humidity | pH | C: N ratio |
---|
(g kg-1) | -log [H+] | dimensionless |
---|
2014 | 218.7 | 17.8 | 21.5 | 13.0 | 36.7 | 5.3 | 413 | 7.4 | 12:1 |
2015 | 208.2 | 14.8 | 19.9 | 11.9 | 35.3 | 6.2 | 441 | 7.1 | 14:1 |
C: organic carbon by the Walkley-Black method; digestion of vermicompost with H2SO4
+ Se and determination of N colorimetrically by Nessler, P by the
development of the blue color, K by flame spectrophotometry, Ca and Mg
by volumetry; pH: potentiometric determination, vermicompost: water
1:2.5 ratio
Pearl millet (Panicum italicum L.) was
used as an indicator culture and 10 seeds were sown in each bag; when
plants reached between 10 and 15 cm in height, six plants were left per
bag. From sowing and during the first 15 days, a daily irrigation was
applied until the bags began to drain; later it was watered every two
days with equal consideration, keeping the bags free of weeds, by manual
cleaning.
The certified inoculum formulated with the species Glomus cubense, strain INCAM 4, produced at INCA 14, with a concentration of 28 spores g-1 of inoculant, was used, which was applied to the seeds by the coating method 15.
The soil was counted for resident spores in both years, at the time of setting up the experiments (Table 3).
Table 3.
Quantity of spores in the
Gley Nodular Ferruginous agrogenic soil of Municipal Directorate of
Flora and Fauna from Boyeros municipality at the investigation beginning
Year | Number of spores | Confidence interval |
---|
Spores 50 g of soil-1 |
---|
2014 | 68 | 25.21 |
2015 | 47 | 28.58 |
Average | 57.5 | 27.00 |
Eight treatments were studied (Table 4),
in a completely randomized design, with a factorial structure and three
repetitions, the factors to be studied were the soil/vermicompost
ratios with four levels and mycorrhizal inoculation with two levels.
Table 4.
Description of the
treatments used to evaluate the effect of vermicompost applications and
the inoculation of a mycorrhizal biofertilizer on the nutrient supply of
an agrogenic Ferruginous Gley Nodular soil
Treatments | Soil-vermicompost ratio (m/m) | Mycorrhizal inoculant |
---|
Soil | Vermicompost | |
---|
1 | 4 | 0 | with AMF |
2 | with AMF |
3 | 3 | 1 | without AMF |
4 | with AMF |
5 | 5 | 1 | without AMF |
6 | with AMF |
7 | 7 | 1 | without AMF |
8 | with AMF |
The soil came from Municipal Directorate of Flora and Fauna from Boyeros municipality
The growth, the aerial biomass yield and the
concentration and content of N, P and K in it, were determined 50 days
after emergence, when the plants were in the semi-hard grain phase with
yellow spikes.
Plant height (cm): using a tape measure, from the stem base to the last visible dewlap.
Dry mass of aerial biomass (g plant-1): the cut material was taken to an air circulation oven at 70 ºC until reaching a constant mass.
Nutrient concentration (g kg-1): an aliquot of the oven-dried material was oxidized with a mixture of concentrated H2SO4
+ Se; in the extract obtained after dilution, N concentration was
determined by the Nessler method, that of P by the development of the
phosphoric molybdo blue color and that of K by flame spectrophotometry.
Nutrient content (mg plant-1): it was calculated from the dry biomass of aerial part and the respective concentrations of each element:
Nutrient (mg plant-1) = [biomass (mg plant-1) x concentration (g kg-1)/10]
Mycorrhizal variables: plant roots were treated as described in the literature 16. The frequency and intensity of mycorrhizal colonization was determined by the intercept method 17. To determine the number of spores in each bag, the extraction method was used 18.
A
bifactorial analysis of variance was performed for variables evaluated
when significant differences were found between treatments, the means
were compared according to Duncan's Multiple Ranges test (p <0.10).
The confidence interval was determined for the mean in the variables of
the chemical analysis and in the count of initial resident spores. The
Statgraphics Centurion XV Version 15.2.14 program was used.
During
the research, only the vermicompost application effect was manifested
and there was no interaction between the two factors investigated in the
following variables: plant height, dry aerial biomass, frequency and
mycorrhization intensity and concentration and content of nutrients;
while the quantity of spores present in soil was not affected with any
of the treatments.
The application of vermicompost increased plant height (Figure 1)
differently in each year. In 2014, with the soil/vermicompost ratios
5/1 and 7/1, plants reached greater height; while, in 2015, this
manifestation was achieved with the 3/1 and 5/1 ratios, with a tendency
to decrease the effect as ratio widened.
V 3/1: soil-vermicompost ratio 3/1, V 5/1: soil-vermicompost ratio 5/1, V 7/1: soil-vermicompost ratio 7/1
Means with the same letters for each factor and year do not differ from each other according to Duncan's test (p <0.10)
Figure 1.
Effect of vermicompost and inoculation with AMF on the growth of pearl millet plants. Agrogenic Ferruginous Nodular Gley Soil
Something similar was found when analyzing the dry mass yield of the aerial biomass (Figure 2), but for the year 2015, the yield decrease with the broader soil/vermicompost ratios was defined.
V 3/1: soil-vermicompost ratio 3/1, V 5/1: soil-vermicompost ratio 5/1, V 7/1: soil-vermicompost ratio 7/1
Means with the same letters for each factor and year do not differ from each other according to Duncan's test (p <0.10)
Figure 2.
Effect of vermicompost and
inoculation with AMF on dry mass of the aerial biomass of pearl millet
plants. Agrogenic Ferruginous Nodular Gley Soil
The results corroborate those achieved by
various researchers in other latitudes and who worked with different
soils from the one used in this research. Evaluating the effect of
different doses of vermicompost on the pearl millet growth, both plant
height 19,20, as well as biomass accumulation 19,
were increased by the organic fertilizer application. Also through the
application of different organic fertilizer types, an increase in the
aerial biomass of pearl millet 21 was obtained, which reflects crop response to organic amendment application.
It
has been reported that vermicompost, from humic substances, favors the
phenological development of crops by exerting a biostimulatory action on
plant growth, through the incidence of phytohormones produced by this
organic compound that stimulate biomass production (22.23).
On
the other hand and in Cuban conditions, with other crops it has also
been possible to verify the positive effect of vermicompost on growth,
in such a way that working for two years in soil similar to that of this
investigation. Higher biomass values were recorded in plants of Panicum maximum and Brachiaria decumbens,
fertilized with this fertilizer, effects that authors attributed to the
improvement of the physical, chemical and biological properties of soil
24.
In
previous studies, it was shown that vermicompost has the characteristic
of providing macro and micronutrients, of increasing organic carbon
content and improving soil pH 25,26,
which influenced optimal plant growth, since it is a compound rich in
mineral elements, which have already undergone a process of
decomposition and they are found in forms available to plants 27.
In
correspondence with what was mentioned in the previous paragraph,
results referring to the concentration and content of nutrients in
millet plants, indicated that vermicompost application improved the
supply of nutrients for plants (Table 5 and (6).
In
the case of N and in both years, both in the concentration and in the
nutrient content in the dry aerial biomass, all the soil/vermicompost
ratios had the same effect and always exceeded the soil alone. The P in
2014, behaved similarly to the N; however, in 2015, the highest
concentration and quantity of the nutrient was found in plants grown in
the substrate with the 3/1 ratio, in correspondence with the behavior of
the dry mass yield and an increase in the content of this element in
plants, with mycorrhizal inoculation. For K and in 2014, both nutrition
indicators were manifested in greater magnitude with the 3/1
relationship; while, in 2015, K concentration was not affected by
vermicompost application, but the content was higher when the ratio was
closer (3/1).
N was the nutrient that was not
sensitive to changes as a function of the soil/vermicompost ratio, nor
of the composition of the vermicompost, at least with those used in this
research; while P and K showed some dependence on both. In this sense,
the results indicated that the closer the relationship, the greater the
availability of P and K for the plants.
N was the
nutrient that was not sensitive to changes as a function of the soil /
vermicompost ratio, nor of the composition of the vermicompost, at least
with those used in this research; while P and K showed some dependence
on both. In this sense, results indicated that the closer the
relationship, the greater the availability of P and K for the plants.
Differences
found between years were presumably due to vermicompost composition. In
the one used in 2015, a lower amount of nutrients was found, except for
Mg, higher humidity and a pH closer to neutrality (Table 2), requiring a greater amount of vermicompost to satisfy the needs of the plants.
Table 5.
Concentration and nutrient content of pearl millet harvested 50 days after emergence (semi-hard grain phase). Year 2014
Treatment | N | P | K | N | P | K |
---|
soil/vermicompost | g kg-1 | mg plant-1 |
---|
4/0 | 13.42 b | 1.83 b | 17.98 c | 6.63 b | 0.90 b | 8.98 c |
3/1 | 22.77 a | 2.58 a | 37.27 a | 146.92 a | 16.65 a | 240.17 a |
5/1 | 22.20 a | 2.52 a | 31.0 b | 151.85 a | 17.12 a | 211.19 b |
7/1 | 22.38 a | 2.37 a | 30.22 b | 147.54 a | 15.68 a | 199.81 b |
Se χ | 2.42* | 0.12* | 1.57* | 16.40* | 0.57* | 10.57* |
Mycorrhizal inoculation | |
- AMF | 19.34 | 2.28 | 28.23 | 108.32 | 12.15 | 158.69 |
+ AMF | 21.04 | 2.38 | 30.01 | 118.15 | 13.03 | 171.38 |
Se χ | 1.17 n.s. | 0.09 n.s. | 1.11 n.s. | 11.60 n.s. | 0.40 n.s. | 7.47 n.s. |
Soil: Agrogenic Ferruginous Nodular Gley of Municipal Directorate of
Flora and Fauna from Boyeros municipality; AMF: certified inoculum
formulated with the species Glomus cubense, INCAM 4 strain produced at INCA; n.s .: no significant differences;
*: Significant differences at 10%
*: diferencias significativas al 10 %
Table 6.
Concentration and nutrient content of pearl millet harvested 50 days after emergence (semi-hard grain phase). Year 2015
Treatment | N | P | K | N | P | K |
---|
soil/vermicompost | g kg-1 | mg plant-1 |
---|
4/0 | 15.43 b | 1.58 b | 37.87 | 1.48 b | 0.15 c | 3.68 c |
3/1 | 22.85 a | 2.82 a | 38.92 | 90.05 a | 11.11 a | 153.02 a |
5/1 | 21.98 a | 2.65 a | 36.88 | 75.23 a | 9.03 b | 125.46 b |
7/1 | 23.03 a | 2.65 a | 37.55 | 73.67 a | 8.57 b | 120.27 b |
Se χ | 1.55* | 0.11* | 1.22 n.s. | 7.34* | 0.66* | 7.63* |
Mycorrhizal inoculation | |
- AMF | 19.70 | 2.36 | 37.49 | 53.90 | 6.64 b | 95.28 |
+ AMF | 21.95 | 2.49 | 38.12 | 66.32 | 7.80 a | 105.93 |
Se χ | 1.09 n.s. | 0.08 n.s. | 0.86 n.s. | 5.19 n.s. | 0.47* | 5.40 n.s. |
Soil: Agrogenic Ferruginous Nodular Gley of Municipal Directorate of
Flora and Fauna from Boyeros municipality; AMF: certified inoculum
formulated with the species Glomus cubense, INCAM 4 strain produced at
INCA; NS: no significant differences;
*: significant differences at 10%
The increase in concentrations and nutrient
contents in plants fertilized with earthworm humus can be attributed
both to the contribution of nutrients by organic fertilizer and to the
increase in the availability of nutrients from the soil due to the
effect of organic fertilization.
In previous
works, it was demonstrated how by applying different doses of
vermicompost, a greater absorption of these nutrients was achieved in
the aerial organs, in the pearl millet culture, in relation to the
control treatment, which influenced an increase in production dry
biomass and crop yield 28.
Likewise, in studies carried out in other crops, the increase in the
absorption of N, P and K and the growth of plants was verified, as the
doses of earthworm humus applied were increased 29.
This same effect, in terms of nutrient absorption, was reflected when
applying different doses of humic acids extracted from vermicompost, in
mangosteen plants (Garcinia mangostana. L) 30.
In
the two years, vermicompost depressed the frequency and intensity of
mycorrhization and as the soil/vermicompost relationship became broader,
the trend found was directed towards an increase in the variables
evaluated (Figure 3).
V 3/1: soil-vermicompost ratio 3/1, V 5/1: soil-vermicompost ratio 5/1, V 7/1: soil-vermicompost ratio 7/1
Means with the same letters for each factor and year do not differ from each other according to Duncan's test (p <0.10)
Figure 3.
Effect of vermicompost and
AMF inoculation on the frequency and intensity of mycorrhizal
colonization in pearl millet plants. Agrogenic Ferruginous Nodular Gley
Soil
The aforementioned can be attributed to the
fact that plants had a greater quantity of nutrients, since in soils
enriched with organic fertilizers. It has been proven that nutrient
availability controls the growth of intra- and extra-radical mycorrhizal
structures; in such a way that, when plants have been sufficiently
fertilized, the distribution of the structures is reduced, since the
delivery of nutrients to the host plant, through AMF, loses effect 31.
These
results coincide with those obtained in other investigations in which
different organic sources and mineral fertilizer were applied in
different crops and it was shown that when the availability of nutrients
was sufficient in the soil, the nutritional status of crops was
guaranteed and it was not enhanced mycorrhizal colonization 32,33.
Regarding
the number of spores and in years evaluated, the treatments fertilized
with vermicompost did not show differences, in relation to the
treatments with soil alone, (Figure 4).
V 3/1: soil-vermicompost ratio 3/1, V 5/1: soil-vermicompost ratio 5/1, V 7/1: soil-vermicompost ratio 7/1
Means with the same letters for each factor and year do not differ from each other according to Duncan's test (p <0.10)
Figure 4.
Effect of vermicompost and
AMF inoculation on the number of spores in 50 g of soil. Agrogenic
Ferruginous Gley Nodular Soil and pearl millet as indicator culture
At the beginning of both experiments, the
initial quantity of AMF spores resident in the soil was less than 70
spores per 50 g of soil (Table 3), while at evaluation time, this indicator reached figures around 550 spores in 50 g of soil (Figure 4);
that is, 9.5 times more. Those amounts were similar and even higher
than those observed in fieldwork carried out on the pearl millet,
inoculated with mycorrhizal species of the genus Glomus34 and other species of the Poaceae family, with a cycle of greater growth and cultivated in field conditions 35.
The
fact that the number of spores obtained in the treatment without
inoculation was similar to that observed in which the mycorrhizal
inoculant was applied, indicated that the pearl millet played a relevant
role in mycorrhizal reproduction, due to the fact that the radical
architecture of this culture gives it a high capacity to reproduce AMF
spores 36. It enhances, the
production of resident AMF spores and competing these with the inoculum
applied, a criterion that coincides with that proposed by other authors,
referring to the fact that the symbiosis between plants and resident
AMF species, they are sometimes more efficient and competitive than
those established with the inoculated collection species 37.
Consequently,
and as has been asserted, the success of the inoculation not only
depends on the infectivity and efficiency of the species to be applied,
but it is also related to the amount and types of propagules resident in
the soil 38.
The
application of vermicompost increases the availability of nutrients in
the soil and is reflected in the increase in the concentration and
quantity of nutrients in the plants, which causes greater growth and
development of these.
The incorporation
of organic fertilizer reduces the frequency and intensity of
mycorrhization, inhibiting the effect of inoculation with arbuscular
mycorrhizal fungi on plants and without affecting the production of
spores in the soil.