ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

Utilización de los microorganismos biofertilizantes en los cultivos tropicales.

Marta Hernández, Madeline Pereira y M. Tang
Estación Experimental de Pastos y Forrajes "Indio Hatuey" Matanzas, Cuba

INTRODUCCIÓN

El empleo de microorganismos biofertilizantes constituye una vía importante para atenuar la escasez de fertilizantes minerales, a la vez que contribuye a disminuir los costos de la producción agrícola, ya que la fijación biológica logra cubrir hasta el 50% del nitrógeno necesario para las plantas (Martínez Viera, 1986), además, estos microorganismos ayudan a mantener el equilibrio biológico, ya que no producen afectaciones al suelo, a la salud y al ambiente en general.

Ello resulta de suma importancia en los momentos actuales en que se dan los primeros pasos para cambiar la llamada Agricultura Moderna por la Agricultura Orgánica, que propugna la sostenibilidad de los sistemas agrícolas desde el punto de vista productivo, ecológico, económico y social (García-Trujillo, 1993).

En Cuba el uso de los biofertilizantes ha tomado auge en los últimos años y se han desarrollado varios estudios en cultivos como el tomate, pimiento, tabaco, cebolla, plátano y arroz, entre otros. Sin embargo, en los pastos los trabajos se han encaminado, fundamentalmente, a la inoculación de las leguminosas con cepas de Rhizobium, en las gramíneas, como la caña de azúcar, se ha utilizado el Azospirillum y hasta el momento se han obtenido resultados alentadores que indican la posibilidad de poder sustituir entre un 15 y un 20% del fertilizante mineral nitrogenado (Treto y Arzola, 1993).

Entre los microorganismos de mayor importancia para los cultivos se encuentran el rizobio, el azotobacter, el azospirillum y las micorrizas vesículo-arbusculares. En esta reseña se abordan sus características fundamentales (tabla 1), así como el efecto que producen en los diferentes cultivos. Además se enfatiza, mediante ejemplos con varias plantas, la importancia que tiene el uso combinado de estos biofertilizantes en la obtención de rendimientos más altos y en la mejor utilización de los elementos minerales del suelo y de los fertilizantes.

Rizobios

Estos microorganismos son capaces de fijar el dinitrógeno atmosférico mediante la asociación simbiótica con las leguminosas. En la actualidad el antiguo género Rhizobium se ha dividido en dos: Rhizobium y Bradyrhizobium, los cuales han sido separados atendiendo a algunas características como son su velocidad de crecimiento y la producción de ácido o álcalis y muestran a su vez diferentes especies y biovariedades en dependencia de su acción sobre las distintas leguminosas.

El proceso simbiótico entre la leguminosa y el rizobio es el que muestra un mayor potencial, ya que en general se fijan cantidades entre 100 y 200 kg de N/ha/año, aunque algunas especies pueden llegar a cifras mayores; por ejemplo, en Centrosema pubescens se han encontrado fijaciones de 520 kg de N/ha/año (Moore, 1967), en Desmodium intortum hasta 303 (Whitney, Kanehiro y Sherman, 1967) y en Phaseolus aureus de 224 kg (Aghoola y Fayemi, 1972). En este sentido se ha planteado que el total de nitrógeno fijado por medios naturales a nivel mundial asciende a la cifra de 175 millones de toneladas, de los cuales 35 millones corresponden al proceso de fijación simbiótica establecido entre las leguminosas y los rizobios (Da Silva, Freire, Hillali y Keya, 1987), lo cual demuestra la alta contribución de dicho fenómeno.

Para que este proceso ocurra satisfactoriamente es necesario que se establezca una interacción eficiente entre las leguminosas y las distintas cepas, ya que existe especificidad de dichas plantas en sus requerimientos de rizobios (Date, 1977; Tang, 1988).

En general, las leguminosas forrajeras tropicales se han dividido en tres grupos según sus requerimientos de rizobios: a) las que presentan un amplio rango de cepas que las nodulan efectivamente; b) las que presentan un amplio rango de cepas que las nodulan pero esta nodulación a menudo no es efectiva; c) las que presentan alta especificidad en sus requerimientos de rizobios.

En el último grupo se han informado diferentes géneros de leguminosas como Centrosema (Bowen, 1959), Desmodium (Norris, 1967; Diatloff; 1968; Sylvester Bradley, Ayarza, Méndez y Moriones, 1983), Leucaena (Trinick. 1968; Tang, Tamayo y Castro, 1983) y Stylosanthes (Souto y Döbereiner, 1970; Tang, 1986; Tang y Menéndez, 1987); mientras que otras leguminosas como Macroptilium, Lablab y Teramnus han resultado promiscuas en sus requerimientos de rízobium. De ahí la importancia de establecer una interacción efectiva entre la leguminosa y la cepa de rizobio específica para obtener un adecuado proceso de fijación simbiótica del dinitrógeno atmosférico.

El nombre de este género de bacterias proviene de la palabra francesa "azoto", que quiere decir nitrógeno, y del griego "bacter", que significa bacilo. De él se han descrito cuatro especies: A. chroococcum, A. vineland, A. beijerinckii y A. paspali (Martínez Viera, 1986); se ha planteado que esta última es especifica para el pasto Paspalum notatum

En general se ha encontrado que existe en diferentes regiones del planeta, tanto tropicales y subtropicales como templadas, aunque en las últimas la frecuencia de aparición es menor (Dobereiner, 1968).

El género Azotobacter presenta una doble función, y que es capaz de fijar el dinitrógeno atmosférico como microorganismo de vida libre y además producir sustancias estimuladoras del crecimiento, entre ellas auxinas, giberelinas, citoquininas, aminoácidos y vitaminas.

Su capacidad de fijación varía considerablemente en dependencia de ciertos factores, como la fuente de carbono y nitrógeno que empleen, así como de algunos microelementos. Otros factores físicos pueden tener influencia sobre ellos, como son: el pH, la aereación y la temperatura (Martínez Viera, 1986). En este sentido se han realizado diferentes trabajos en algunos países como Brasil, India y la comunidad de Estados Independientes (CEI). En la India se han obtenido incrementos en los rendimientos de trigo, arroz, cebolla, tomate y col; mientras que en la CEI se obtuvieron buenos resultados en las hortalizas. Sin embargo, en Brasil las respuestas han sido variadas, ya que en algunos casos se han logrado mejoras en los niveles de nitrógeno del suelo; mientras que en otros no han existido respuestas, debido quizás a la fertilización nitrogenada empleada (Martínez Viera, Dibut, González, Martín, Hernández, Acosta, Casanova y Pérez, 1989).

En Cuba el Instituto de Investigaciones Fundamentales en Agricultura Tropical "Alejandro de Humboldl" (INIFAT) ha realizado diferentes estudios, principalmente en la dirección de la producción de sustancias estimuladoras del crecimiento, empleando nuevos medios de cultivo, con resultados satisfactorios en tomate, cebolla, ajo, ají, pepino y remolacha. En tomate se han logrado incrementos en la germinación entre 31 y 46%, en el diámetro de los frutos entre 3 y 13%, en los rendimientos entre 36 y 62% y en el peso entre 3 y 27% (Martínez Viera et al., 1989).

Otros estudios preliminares han mostrado la acción beneficiosa de estos microorganismos en los pastos y otros cultivos desarrollados en Cuba, por lo que es necesario continuar en la profundización y conocimiento de dicho género.

Azospirillum

El estudio de las bacterias aerobias fijadoras de nitrógeno data del año 1925, cuando Beijerinck (citado por Tarrand, Kreig y Dobereiner, 1978) describió a estas bacterias como Spirillum lipoferum, pertenecientes a la familia Spirillaceae, género Spirillum. En 1978 Tarrand et al. reclasificaron este género con el nombre de Azospirillum y describieron dos especies: A. lipoferum (reclasificado) y A. brasilense; en la década del 80 fueron descritas dos nuevas especies: A. amazonense (Magalhaes, Baldani, Souto, Kuykendall y Dobereiner, 1984) y A. halopraeferans (Reinhold, Hurek, Fendrik, Pot, Gillis, Kersters, Thielemans y Deley, 1987).

En la actualidad las bacterias de este .género son ampliamente estudiadas por su capacidad de fijar el dinitrógeno atmosférico y de producir sustancias estimuladoras del crecimiento y desarrollo vegetal. Así, Velazco (1993) informó que a nivel mundial la biofertilización con Azospirillum sp. en las gramíneas como trigo, arroz, cebada y pastos, produce incrementos en los rendimientos hasta de un 25% y/o la disminución de la dosis de fertilizante mineral.

Los estudios realizados en Cuba sobre la aplicación de biopreparados a base de Azospirillum (cepa Sp 8) y su efecto sobre la productividad de la caña de azúcar en un suelo Ferralítico Cuarcítico, demostraron que una dosis de inoculación de 100 l/ha permite la sustitución de 120-80-180 kg de NPK/ha respectivamente (Roldós, González, Pérez, García, Hernández, Gil y Menéndez, 1992).

Los resultados obtenidos por Hernández, Díaz y González (1992) en 3 variedades de arroz (IIA-C 14, IIA-C 15 e INCA-LP₁) mostraron que con la inoculación de Azospirillum brasilense se logró ahorrar desde un 25 hasta un 50% de la fertilización nitrogenada sin afectarse el rendimiento agrícola.

Al inocular Panicum maximum cv. Likoni (guinea) y Chloris gayana cv. Callide (rhodes) con cinco cepas de Azospirillum (Sp-7, G-4 nd, Br-17, K-19 y K-3), Pereira, Rolo, Rodríguez y Ávila (1993) obtuvieron en la guinea un incremento en los rendimientos de un 120, 95 y 94% para las cepas Br-17, K-19 y Sp-7 respectivamente, al compararlo con un control sin inocular en el rhodes las cepas K-19 y K-3 incrementaron en un 134 y 80% respectivamente el contenido de nitrógeno de la planta, aunque en el rendimiento no se lograron incrementos significativos. Estos autores informaron que dicha bacteria puede fijar entre 20 y 60 kg de N/ha/año, aunque se han informado valores superiores para algunos pastos inoculados con cepas específicas y en determinados tipos de suelo.

En un trabajo realizado en Brasil por Pereira, Cavalcante, Baldani y Dobereiner (1989) se encontró que la inoculación del sorgo (Sorghum vulgare) con A. lipoferum S82, incrementó significativamente el peso seco de la planta; el peso de la panícula y el nitrógeno total también fueron incrementados en un 54 y 66% respectivamente, equivalente a lo obtenido con la aplicación de 75 kg de N/ha.

Estos resultados demuestran la necesidad de seguir profundizando en el estudio de diferentes cepas de dicho microorganismo con vistas a atenuar la escasez de fertilizantes minerales en los pastos.

Micorrizas

Las micorrizas son asociaciones entre ciertos hongos del suelo y las raíces de las plantas y este término fue primeramente propuesto por el botánico alemán Albert Bernard Frank en el año 1885.

Existen tres tipos de micorrizas: las ectomicorrizas, las ectendomicorrizas y las endomicorrizas; dentro de estas últimas las vesículo-arbusculares constituyen la simbiosis micorrízica más extendida sobre el planeta, tanto por el número de los posibles hospederos, como por su distribución geográfica.

Las micorrizas vesículo-arbusculares (MVA) son extremadamente eficientes en la absorción de iones de baja solubilidad y tienen la capacidad de mejorar la nutrición mineral, ya que aumentan la superficie de absorción del sistema radical e incrementan la toma de ciertos nutrimentos, especialmente del fósforo, así como del N y el K; además las raíces son más resistentes al ataque de algunos hongos del suelo como Phytophthora, Pythium y Fusarium (Gardemann, 1974; Powell, 1975; Michel, Valdés y .Sánchez, 1991)

Uno de los problemas fundamentales que se presentan en los suelos tropicales dedicados al cultivo de los pastos es la baja disponibilidad de fósforo asimilable, una de las vías para solucionar esta deficiencia puede ser la inoculación con micorrizas, ya que en estudios realizados por Medina-Gonzáles, Sylvia y Kretschmer (1987) con un grupo de leguminosas entre las que se encontraban Macroptilium atropurpureum, Stylosanthes humilis y S guianensis, se demostró lo beneficioso de introducir las MVA para incrementar el crecimiento de estas forrajeras en suelos con bajos contenidos de P.

Posteriormente, Paulino, Costa y Schammas (1990) plantearon que la inoculación de leguminosas como Centrosema y Pueraria con micorrizas y una dosis significativamente baja de P, constituye una forma económica de aumentar la productividad de las pasturas en suelos pobres; además observaron que las plantas no micorrízicas presentaron cantidades inferiores de P y N que las micorrízicas Saif (1986) encontró que en los suelos de Carimagua, Colombia, las aplicaciones de dosis altas de fósforo tendieron a reducir la infección micorrízica; mientras que los niveles bajos estimularon la misma.

Según los resultados hallados por Byra-Reddy y Bagyaraj (1989), se puede ahorrar aproximadamente el 40% del fertilizante fosfórico si se inocula la leucaena con Glomus versiforme.

Los resultados aquí expuestos revisten una gran importancia para los suelos dedicados a la ganadería en Cuba, que generalmente son los menos fértiles y en los que el elemento fósforo constituye una limitante para el crecimiento y desarrollo de los pastos En este sentido, los resultados preliminares informados por Hernández y Cárdenas (1994) en Panicum maximum cv Likoni demostraron un efecto significativo al inocular con Glomus fasciculatum y G. mosseae, las cuales produjeron más del doble de MS que el control; en Centrosema pubescens IH-129 el mayor incremento se encontró cuando se inoculó con G. occultum (Hernández y Cárdenas, 1994a).

Acción combinada de los biofertilizantes

Se ha demostrado que las micorrizas potencian la capacidad de la fijación biológica del N en las leguminosas (Daft y El-Giahmi, 1975). Así, en un trabajo desarrollado por Ferrera-Cerrato y Villerias (1984) en palo dulce (Eysenthardtia polystachya), se encontró que las cepas de rizobio SLP-1 y CESAT-35 fueron incapaces de producir nódulos en ausencia de las micorrizas; además, el mayor contenido de P (0,28%) se halló en el tratamiento con la cepa de rizobio CESAT-35 + Glomus sp.

En leucaena (Leucaena leucocephala) Guzmán-Plazola, Ferrera-Cerrato y Etchevers (1988) informaron que Rhizobium loti solamente produjo efectos significativos en las plantas inoculadas con micorriza. Además, hallaron que el efecto de la MVA en la nutrición y el desarrollo de las plantas se redujo con el incremento del P en el suelo, debido al efecto depresivo de este elemento en la colonización de las micorrizas.

Los trabajos realizados posteriormente por Costa y Paulino (1990) en leucaena demostraron que el mayor rendimiento de MS (10,4 g/maceta) se alcanzó cuando la leucaena se inoculó con rizobio y micorriza al compararlo con rizobio (5,7) o micorriza (8,1) por separado. En otros indicadores medidos también los mejores resultados se obtuvieron por la acción conjunta de estos dos microorganismos (tabla 2).

Uno de los beneficios que se les atribuye a las MVA es el de aumentar la actividad de otros microorganismos como el Azopirillum, el Azotohacter y las bacteriass solubilizadoras del fósforo (Sánchez de Prager, 1991).

Así, al inocular el sorgo con Azospirillum brasilense y Glomus fasciculatum, Tilak y Rao (citados por Wani, 1990) encontraron un incremento significativo en el rendimiento de grano y de forraje en comparación con el tratamiento sin inocular, ya que se obtuvieron 2,6 vs 1,9 t de grano/ha y 5,6 y 4,2 t de MS/ha, respectivamente.

La inoculación con Glomus fasciculatum y con una bacteria solubilizadora de fósforo, permitió una utilización mayor del P de la roca fosfórica en alfalfa (Medicago sativa) que cuando estos microorganismos se inocularon independientemente (Piccini y Azcon, 1987).

En cítricos, Cañizares, García, Ascuy, Nardo, Sosa y Herrera (1992) hallaron un mayor crecimiento y desarrollo de las plántulas que fueron inoculadus con combinaciones de micorriza, fosfobacterias y un estimulador de crecimiento vegetal, y plantearon lo beneficiosa que resulta la aplicación de estos biofertilizantes combinados, con el fin de reducir la estancia en los viveros.

En Centrosema pubescens, Paulino y Azcon (1987) informaron que el crecimiento y la nutrición de esta leguminosa fueron mejorados considerablemente por la inoculación con Glomus fasciculatum, conjuntamente con bacterias u hongos solubilizadores de la roca fosfórica; en leucaena, Mohamad (1988) encontró los mayores efectos al inocular con Rhizobium, bacilllus megaterium y G. fasciculatum.

Los resultados hallados por Rawat y Sanoria (1976) y por Ram, Rawat y Joshi (1988) en garbanzo (Cicer arietinum Linn), demostraron que cuando las semillas fueron tratadas con Rhizobium y Azotobacter el comportamiento de la planta fue; mejor que cuando estos microorganismos no se combinaron.

Pahvva (1989) encontró en leucaena que la nodulación, los rendimientos de MV y MS y la proteína fueron significativamente mayores cuando se inoculó con una cepa especifica de rizobio y dos cepas de Azotobacter (ICM-2001 y S-3).

De acuerdo con los resultados de la literatura, se hace necesario profundizar en el estudio de la inoculación combinada de los diferentes microorganismos como fertilizantes.

CONCLUSIONES

Los microorganismos juegan un papel importante como fertilizantes para los pastos y forrajes, ya que además de aportar los nutrimentos esenciales a los mismos, contribuyen a mantener el equilibrio biológico, al no producir afectaciones al suelo o la salud y al ambiente en general.

De todos estos microorganismos el más estudiado en Cuba es el rizobium, el cual puede fijar, como promedio, entre 100 y 200 kg de N^/ha^/año el azotobacter y el azospirillum, además de elevar los rendimientos, ejercen efectos estimuladores sobre el crecimiento de las plantas y las raíces; este último género puede fijar entre 20 y 60 kg de N/ha/año y producir hasta un 25% de incremento.

Las micorrizas tienen la capacidad de mejorar la nutrición mineral al aumentar la superficie de absorción del sistema radical; ello conlleva que la fertilización sea más eficiente y se puedan disminuir las dosis a aplicar.

Se ha demostrado que la actividad de estas bacterias y hongos se estimula en mayor grado cuando las plantas son inoculadas conjuntamente con varios de ellos que al aplicarlos por separado, lo cual hace necesario profundizar en el conocimiento sobre la acción conjunta de dichos microorganismos.

Los resultados expuestos en esta reseña muestran que la fijación tanto simbiótica como no simbiótica es de gran importancia en la economía del nitrógeno. Además, el empleo de los biofertilizantes ayuda a asegurar la sostenibilidad de los sistemas agrícolas y a sanear el medio ambiente, ya que elimina tos daños que causan las aplicaciones continuas de fertilizantes minerales.

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Recibido el 6 de diciembre de 1993