[article pii="nd" doctopic="oa" language="es" ccode="conicyt" status="1" version="4.0" type="gra tab" order="04" seccode="cds010" sponsor="nd" stitle="Cienc. suelo" volid="35" issueno="2" dateiso="20171200" fpage="229" lpage="238" pagcount="10" issn="1850-2067"]BIOLOGÍA DEL SUELO
[front][titlegrp][title language="es"]Efecto de la rotación de cultivos en siembra directa sobre la actividad fosfatasa del suelo[/title][/titlegrp]
[authgrp][author role="nd" rid="a01" corresp="n" deceased="n" eqcontr="nd"][fname]Luciano Andrés[/fname] [surname]Gabbarini[/surname][/author]1*; [author role="nd" rid="a01" corresp="n" deceased="n" eqcontr="nd"][fname]Juan Pablo[/fname] [surname]Frene[/surname][/author]1 & [author role="nd" rid="a01" corresp="n" deceased="n" eqcontr="nd"][fname]Luis Gabriel[/fname] [surname]Wall[/surname][/author][/authgrp]1
1. [aff
id="a01" orgname="Universidad Nacional de Quilmes"
orgdiv1="Laboratorio de Biología de Suelos"]Laboratorio de
Biología de Suelos, Universidad Nacional de Quilmes[/aff]
* Autor de contacto: luciano.gabbarini@gmail.com
[bibcom][hist]Recibido: [received
dateiso="20161227"]27-12-16[/received]
Recibido con revisiones: [revised
dateiso="20170331"]31-03-17[/revised]
Aceptado: [accepted
dateiso="20170514"]14-05-17[/accepted][/hist]
RESUMEN
[abstract language="es"]El objetivo del trabajo fue estudiar las variaciones en la actividad enzimática de fosfatasa de suelos agrícolas, comparando el efecto del monocultivo de soja con la rotación de cultivos, utilizando suelos no cultivados de ambientes naturales como controles. Se determinaron y analizaron los parámetros cinéticos Vmax y Km. Las muestras de suelo fueron tomadas en cuatro establecimientos productivos de diferentes localidades a lo largo de una transecta de 400 km (este-oeste) en la región núcleo de la Argentina. Los muestreos, cuatro en total, se realizaron en dos años sucesivos, tanto en verano como en invierno. La cantidad de enzima fosfomoesterasa en el suelo, estimada como Vmax muestra diferencias significativas entre las prácticas agrícolas. La actividad de fosfomoesterasa mostró un comportamiento estacional opuesto para los suelos sin rotación de cultivos y no cultivados, mientras que en aquellos suelos agrícolas con rotación de cultivos el comportamiento fue más similar a la que presentaron los suelos sin agricultura que a los agrícolas sin rotación. Independientemente del sitio de muestreo y de los tratamientos, los valores de Km no mostraron diferencias pero si se encontró una clara respuesta estacional. Se encontró una correlación positiva entre la actividad fosfatasa y la biomasa microbiana, pero a partir de la estimación de una actividad específica se concluye que la biomasa microbiana no puede explicar en su totalidad las diferencias que se encontraron entre tratamientos. Esto sugiere un aporte significativo de actividad enzimática al suelo dado por los propios cultivos.[/abstract]
Palabras clave: [keygrp scheme="nd"][keyword type="m" language="es"]Monocultivo[/keyword]; [keyword type="m" language="es"]Biomasa microbiana[/keyword]; [keyword type="m" language="es"]Enzimas[/keyword][/keygrp].
Effect of no-till crop rotation on soil phosphatase activity
ABSTRACT
[abstract language="en"]The aim of this work was to investigate the effects of different no-till agricultural managements related to crop rotation over soil phosphatase kinetics parameters, Vmax and Km, using grassland soils as references. Treatments were replicated sampling during summer and winter in four productive fields at different locations along a 400 km east-west transect in the central Argentinean Pampas, through successive cropping cycles within two years. The quantity of soil phosphatase estimated as Vmax show significant differences between agricultural practices. Opposite seasonal dynamics of phosphatase activities were found between grassland soils and monocropping agricultural soils while crop rotated. Soils dynamics were more similar to grassland than to monocropping ones. Regardless of the location and treatment, Km values did not show differences, but clearly show a seasonal response. A positive correlation was found between phosphatase activities and microbial biomass, but microbial biomass could not fully explain Vmax values since an estimation of specific activity on the basis of microbial biomass still show the differences between treatments.[/abstract]
Key words: [keygrp scheme="nd"][keyword type="m" language="en"]Monocroping[/keyword]; [keyword type="m" language="en"]MIcrobial biomass[/keyword]; [keyword type="m" language="en"]Enzymes[/keyword][/keygrp].[/bibcom][/front]
[body]INTRODUCCIÓN
La adopción de las tecnologías de siembra directa
(SD) en los manejos de la agricultura conservacionista ha generado importantes
ventajas ambientales y económicas (Virto et al., 2012). El uso de la SD
favorece la acumulación de carbono (C) orgánico y la preservación del agua en
el suelo, reduciendo el riesgo de erosión hídrica y eólica, especialmente si al
manejo de SD se le suma la rotación de cultivos (Derpsch et al., 2010).
Los niveles de adopción de la SD son cercanos al 8% en el Mundo y cercano al
80% en la Argentina respecto al total de la superficie bajo agricultura
(Derpsch & Friedrich, 2009; Albertengo et al., 2013). La agricultura
bajo SD en casos en los que su implementación no es acompañada por la rotación
de cultivos pueden presentar un riesgo alto en la productividad y en el impacto
ambiental debido a la disminución de la calidad de suelo (Pittelkow et al.,
2015). El impacto a largo plazo de la rotación de cultivos y las prácticas de
fertilización en sistemas de labranza convencional sobre las propiedades
físicas y químicas del suelo están bien documentados (Klose et al.,
1999; Moore et al., 2000; Ekenler & Tabatabai, 2002). Sin embargo,
en los suelos bajo SD este tipo de caracterización ha sido menos estudiada.
Un trabajo reciente de escala regional muestra que el monocultivo de soja bajo
SD reduce la diversidad beta bacteriana mientras que bajo rotación de cultivos
este tipo de diversidad se mantiene en los mismos niveles que los suelos no
agrícolas de ambientes naturales (Figuerola et al., 2014). En otro
trabajo, realizado sobre las mismas muestras de suelo, se observó que los
perfiles de ácidos grasos permiten discriminar entre suelos bajo rotación de
cultivos y monocultivos en SD (Ferrari et al., 2015).
Las actividades enzimáticas del suelo han sido sugeridas como indicadores
biológicos de la potencial funcionalidad del suelo debido a que son la
expresión de la actividad biológica del suelo y están estrictamente
relacionadas al ciclo de los nutrientes y las transformaciones químicas que
ocurren en el suelo (DeForest, 2009; German et al., 2011). Las enzimas
responden rápidamente a cambios en el suelo causados por factores naturales o
antropogénicos y sus actividades, como velocidades iniciales de una reacción,
se pueden medir de forma sencilla y altamente reproducible (DeForest, 2009; German
et al., 2011). La actividad de la enzima fosfomonoesterasa (FME), clave
en el ciclo del fósforo (P) ha sido muy estudiada en el suelo (Deng &
Tabatabai, 1997; Gianfreda et al., 2005). La FME cataliza la hidrólisis
de uniones ester-fosfato (Nannipieri et al., 2012) y libera un fosfato
que puede ser asimilado por plantas o microorganismos (Deng & Tabatabai,
1997). Se ha mostrado que la actividad de FME, de igual modo que otras
hidrolasas, dependen de numerosos factores tales como las propiedades químicas
y físicas del suelo, la presencia o ausencia de organismos en el suelo, el tipo
de cobertura vegetal y la presencia de inhibidores o activadores (Nannipieri et
al., 2011; Burns et al., 2013).
En general las actividades enzimáticas del suelo están relacionadas
directamente a la cantidad de biomasa microbiana (Cmic)
presente en el suelo (Ekenler & Tabatabai, 2002; Wang et al., 2015)
a pesar de que el origen no solo corresponde a los microorganismos, sino que
también son aportadas por los exudados de las raíces vegetales y la fauna
presente en el suelo (Louche et al., 2010; Nannipieri et al.,
2011). En el suelo, cuando se pretende evaluar la respuesta a un factor de
disturbio o estrés, la medida de la biomasa microbiana tiene una ventaja por
sobre el contenido de materia orgánica total, pues la primera tiene un tiempo
de recambio de menos de un año mientras que la materia orgánica total requiere
cerca de una década para que el cambio sea apreciable (Laudicina et al.,
2012). Cuando se utiliza a la biomasa microbiana como un indicador biológico de
calidad de suelo es relevante considerar la variabilidad estacional, debido a
la variación de la temperatura del suelo, la humedad y el aporte de compuestos
orgánicos e inorgánicos (Feng & Simpson, 2009; Ge et al., 2010).
Numerosos indicadores de calidad basados en las propiedades químicas, físicas y
biológicas de suelo (Carter, 2002; Romaniuk et al., 2014) se han puesto
a prueba en mayor medida para evaluar la sustentabilidad de los manejos
agrícolas bajo el sistema de labranza convencional (Romaniuk et al.,
2011b).
El objetivo de este trabajo fue determinar y evaluar los parámetros cinéticos
de la FME, Km y Vmax, y su relación con la
biomasa microbiana en manejos agrícolas contrastantes bajo siembra directa, en
la región núcleo de la Argentina.
La hipótesis del trabajo es que tanto la actividad FME como la biomasa
microbiana pueden ser sensibles para diferenciar manejos agrícolas bajo siembra
directa en situación de rotación de cultivos y en monocultivo.
MATERIALES Y MÉTODOS
Definición de los
tratamientos
Se seleccionaron
dos manejos agrícolas como tratamientos contrastantes de acuerdo al
encuadramiento de las Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) establecida por los
principios de agricultura certificada de la Organización de las Naciones Unidas
para la Alimentación y la Agricultura (FAO, 2007) y la Asociación Argentina de
Productores en Siembra Directa (AAPRESID, 2014).
El tratamiento Buenas Prácticas Agrícolas (BPA) hace referencia a un manejo
agrícola sustentable bajo SD con rotación de cultivos (trigo-soja maíz-soja),
que incluye también vicia como cultivo de cobertura en invierno. En
contraposición a las BPA, las Pobres Prácticas Agrícolas (PPA) hacen referencia
a un manejo no sustentable bajo SD directa y tendencia al monocultivo de soja
(FAO, 2007; AAPRESID, 2014). Asimismo, el Ambiente Natural (AN) es definido
como un área de al menos una hectárea con pastos naturales cercano (menos de 5
km) a los lotes cultivados donde no se ha realizado agricultura por lo menos en
los últimos 30 años (Wall, 2011; Figuerola et al., 2012).
Los suelos agrícolas se eligieron fijando como criterio una historia mínima de
15 años con manejos en SD. Las diferencias entre BPA y PPA están dadas por el régimen
de las rotaciones de los últimos cinco años, siendo que los lotes con BPA
tienen en promedio 62% más de maíz y cultivos de invierno que los lotes de PPA.
El índice de rotación de cultivos, calculado como el número de cultivos por año
fue siempre más alto en BPA que en PPA para todos los sitios con valores
promedio de 1,58 y 1,17, respectivamente.
Sitios de muestreo
Se realizaron 4
réplicas de los tratamientos tomando muestras de situaciones equivalentes en 4
localidades de la Pampa Central Argentina, cubriendo una distancia de 400 km de
este a oeste. Los sitios de réplica de los muestreos se encuentran en Bengolea
(33º01’31"S; 63º37’53"O) y Monte Buey (32º
58’14"S; 62º 27’06"O) en la provincia de Córdoba;
Pergamino (33º 56’36"S; 60º33’ 57"O) en la provincia de
Buenos Aires, y Viale, (31º52’59"S; 59º40’07"O) en la
provincia de Entre Ríos. Las precipitaciones anuales se incrementan de oeste a
este (795 mm a 1023 mm, Servicio Meteorológico Nacional, registrado a noviembre
de 2012) y la temperatura media anual también aumenta en el mismo sentido
cardinal (16,3 ºC a 18 ºC, Servicio Meteorológico Nacional, registrado a
Noviembre de 2012). Las precipitaciones varían estacionalmente y se concentran
fundamentalmente en primavera y verano (Tabla 1). En los
suelos de los diferentes sitios se observa una variación en la cantidad y
calidad de sus arcillas (Rosa et al., 2014) evidenciándose un aumento en
las arcillas y una disminución en el contenido de arena de oeste (Bengolea) a
este (Viale) (Castiglioni et al., 2013). En Bengolea el suelo es Entic
Haplustol franco arenoso, en Monte Buey es Argiudol Típico franco limoso con un
moderado horizonte Bt iluvial y una proporción alta de limo, en
Pergamino es un Argiudol Típico franco limoso con horizonte Bt bien
desarrollado, y en Viale es Hapludert franco limo-arcilloso (Castiglioni et
al., 2013; Duval et al., 2013). Mayor detalle de las diferentes
prácticas agrícolas y los ambientes en los distintos sitios pueden encontrarse
en los trabajos de Duval et al. (2013) y Figuerola et al. (2012).
Tabla 1. Precipitaciones y humedad del
suelo. Los valores entre paréntesis corresponden a las precipitaciones mínimas
y máximas.
Table 1. Precipitations and soil
humidity. Values in parentheses are the minimum and maximum precipitations.
AN: ambiente natural;
BPA: buenas prácticas agrícolas; PPA: pobres prácticas agrícolas.
AN: natural
environmental; BPA: good agriculture practices; PPA: poor agriculture
practices.
En cada tratamiento y en cada sitio se llevó a cabo un muestreo de suelo en verano (febrero) e invierno (septiembre) de 2010 y 2011. En cada muestreo se tomaron tres submuestras por cada tratamiento a una distancia mínima de 50 m una de otra. Cada submuestra estuvo compuesta por 16-20 piques de los 10 cm superficiales de suelo mineral tomados de manera aleatoria en una superficie de 5 m2 evitando la línea de siembra, que se homogenizaron en el lugar del muestreo para formar la submuestra. Las submuestras de suelo se transportaron y almacenaron a 4 ºC. Dentro de los tres días después de haber sido colectadas, las muestras de suelo fueron tamizadas en una malla de 2 mm y finalmente se almacenaron a 4 ºC hasta su procesamiento (no más de 2 meses).
Actividad FME del suelo
De cada submuestra,
0,1 g de suelo fue agregado a un tubo de 20 mL (BMT-20 S, IKA, Germany) junto
con 10 esferas de acero de 5 mm de diámetro y luego resuspendido en 10 mL de
buffer MES (ácido 2-morfolino etano sulfónico) (Sigma-Aldrich Co. Ltd) estéril
0,1M y pH 6,1. La suspensión se homogenizó en un homogeneizador ULTRA TURRAX®
Tube Drive (IKA, Germany) durante dos minutos a 6000 rpm y temperatura
ambiente. La suspensión de suelo generada fue inmediatamente utilizada para
medir las cinéticas enzimáticas utilizando 200 μL de suspensión de suelo y
80 μL de sustrato MUB- Fosfato (4-metil umbeliferona-fosfato) por pocillo
en una placa de 96 pocillos. En cada placa se realizaron por triplicado las
mezclas de reacción de la muestra para cada una de las concentraciones de
sustrato. Además en todas las placas se realizó un control de sustrato
(sustrato + buffer), un control de muestra (muestra + buffer) y una corrección
del quenching (muestra + MUB) que sirve para medir el grado de
intensidad de la fluorescencia del fluorósforo MUB (4-metil umbeliferona) que
se pierde por la turbidez propia del suelo y los compuestos fenólicos que
contiene (Marx et al., 2001). El volumen final de cada pocillo fue de
280 μL. La fluorescencia de los controles se restó al valor de las
muestras. Como estándar se utilizó MUB en concentraciones finales de 0, 10, 20,
30, 40, 50, 60 y 70 pmol por pocillo. El sustrato MUB-fosfato (Sigma-Aldrich
Co. Ltd.) se disolvió en agua estéril y las concentraciones finales en los
pocillos fueron 1, 2, 8, 20, 50, 60, 80 y 90 mM. La intensidad de la
fluorescencia se leyó con una intensidad de 355 nm de longitud de onda y una
emisión de 460 nm de longitud de onda en el lector de fluorescencia para placas
(POLARstar Omega, BMG LABTECH). El lector de placas fue programado para
realizar 40 ciclos de lectura de 60 seg a 30 ºC.
La velocidad inicial (V0) de la reacción se calculó como la cantidad
de sustrato hidrolizado por unidad de tiempo y se expresó en nmoles de 4-MUB
producidos por minuto y por gramo de suelo seco. Los parámetros cinéticos, Vmax
y Km, se estimaron ajustando los datos experimentales a la
ecuación de la hipérbola cuadrática V0 = (VmaxS)/(Km
+ S) mediante el uso del programa RStudio (RStudio Team (2015). RStudio:
Integrated Development for R. RStudio, Inc., Boston, MA).
Biomasa microbiana
Para esta
determinación las muestras fueron previamente secadas por exposición al aire en
un cuarto ventilado con temperatura controlada a 25 ºC durante 72 hs. De cada
muestra y por cuadruplicado se colocaron 7,5 g en tubos cónicos de 50 mL, se
agregaron 2,5 mL de agua destilada y se incubaron por 15 h a 30 ºC en
oscuridad. Luego de esta incubación, dos de los tubos se fumigaron con 0,4 mL
de cloroformo puro (Carlo Erba) libre de etanol durante 30 min. Los dos tubos
restantes, sin tratamiento con cloroformo, fueron utilizados como control. El
contenido de los cuatro tubos se extrajo inmediatamente con 30 ml de sulfato de
potasio 0,5 M durante 1 h en agitación a 200 rpm. Finalmente, las muestras se
centrifugaron durante 15 min a 800 g (Thermo Electro Corporation, rotor R 8947)
y el sobrenadante se filtró a través de papel de filtro FP0859 (Hahnemühle,
German) (Vance et al., 1987).
El carbono de la biomasa microbiana fue estimado por oxidación con dicromato
(Brookes & Joergensen, 2006). Los resultados se expresaron como el valor
promedio respecto a la curva patrón realizada con glucosa (0,015-0,075 mg.mL-1).
La biomasa microbiana (Cmic) se expresó como microgramos de
carbono oxidable por gramo de suelo seco calculado como la diferencia entre los
valores de los tubos fumigados y no fumigados (Brookes & Joergensen, 2006).
Datos complementarios
Se utilizan los
valores de carbono orgánico total (COT), nitrógeno total (Nt), fósforo
extraíble (Pe), pH y humedad del suelo que fueron tomados de Duval et
al. (2013). Las determinaciones fueron realizadas a partir de las mismas
muestras de suelo.
Análisis estadístico
Los datos
experimentales fueron analizados utilizando modelos lineales generalizados
mixtos y análisis multivariados del tipo de componentes principales (Di Rienzo et
al., 2012). Las comparaciones se hicieron utilizando el test LSD Fisher.
Las correlaciones entre variables se hicieron utilizando el test de Pearson
(α=0,05).
Los resultados mostrados en tablas y figuras fueron analizados de las
siguientes formas: a) con los tratamientos como criterio de clasificación y
estación del año y año de muestreo como variable aleatoria (n=48), b) con la
estación del año como criterio de clasificación y el año como variable
aleatoria (n=24), y c) con el año como criterio de clasificación y la estación
del año como variable aleatoria (n=24).
RESULTADOS
Actividad enzimática y caracterización de
Vmax y Km
Las V0 de FME
estimadas para cada suspensión de suelo y con diferentes concentraciones de
sustrato se ajustaron a la ecuación de Michaelis-Menten (r2 >
0,91) permitiendo la estimación de Vmax y Km
aparentes. Los valores de Vmax, Km y Vmax/Km
no mostraron interacción entre sitios y tratamientos al ser analizados
utilizando modelos lineales generalizados y mixtos.
Los valores de FME en suelo estimada como el valor de Vmax
muestran diferencias significativas (p valor < 0,05) entre tratamientos en
siembra directa con BPA y aquel con tendencia al monocultivo (PPA). Además, los
valores de Vmax mostraron diferente comportamiento estacional
dependiendo del tratamiento. Los suelos de PPA muestran un comportamiento
estacional opuesto a los suelos de AN (Fig 1). Mientras en
los AN los valores de actividad FME disminuyen de verano a invierno, en los
suelos bajo PPA estos valores aumentan. Entre estas dos dinámicas estacionales
se encuentran los resultados de BPA que no mostraron diferencias para Vmax
entre las diferentes estaciones en las que se realizó muestreo (Fig
1, Tabla 2). Las diferencias entre los valores de Vmax
de las muestras tomadas en suelos bajo BPA y PPA son significativas tanto en
verano como en invierno (Tabla 2).
Figura 1. Dinámica de la actividad
fosfomonoesterasa (FME). Vmax de las muestras tomadas en
verano (blanco) e invierno (gris) de los años 2010 (sin líneas) y 2011 (con
líneas). Cada barra es la media ± DE calculados a partir de las tres muestras
tomadas en los cuatro sitios: Bengolea, Monte Buey, Pergamino y Viale (n=12
para cada tratamiento). Los tratamientos son ambiente natural (AN), buenas
prácticas agrícolas (BPA) y pobres prácticas agrícolas (PPA). Igual letra por
encima de las barras denota que no existe diferencia significativa (a<0,05)
entre las muestras de verano e invierno para cada tratamiento en 2010
(minúsculas) y 2011 (mayúsculas).
Figure 1. Dynamic of
phosphomoesterase (PME) activity. Vmax of summer (white) and
winter (grey) samples taken in 2010 (without stripes) and 2011 (stripes). Each
bar is the mean ± SD for three samples in four sites: Bengolea, Monte Buey,
Pergamino y Viale (n=12 in each treatment). The treatments are natural
environmental (AN), good agriculture practices (BPA) and poor agriculture
practices (PPA).Different letters indicate significant differences (a<0.05)
in each treatment for 2010 (lower case) and 2011 (capital letter).
Tabla 2. Parámetros cinéticos (Vmax
y Km) para FME y biomasa microbiana (Cmic)
en verano e invierno. Todos los valores son expresados por gramo de suelo seco
y son promedios de cuatro réplicas (Bengolea, Monte Buey, Pergamino y Viale)
para 2010 y 2011. Los valores con idéntica letra en superíndice no se
diferencian significativamente (α< 0,05). Los valores entre paréntesis
corresponden al desvío estándar (n=24).
Table 2. Kinetic parameters (Vmax and Km) of
phosphomoesterase and microbial biomass (Cmic) in summer and
winter seasons. Values, expresed in g of dry soil, are mean of four replicates
(Bengolea, Monte Buey, Pergamino and Viale) for 2010 and 2011. The values in
brackets are the standard deviation (n=24). Different superscript letters
indicate significant differences (α<0.05).
AN: ambiente natural;
BPA: buenas prácticas agrícolas; PPA: pobres prácticas agrícolas.
AN: natural
environmental; BPA: good agriculture practices; PPA: poor agriculture
practices.
Al considerar réplicas a los cuatro muestreos y variables aleatorias a los sitios, las estaciones y el año de muestreo, se encontró que los valores de Vmax son significativamente diferentes siendo AN > BPA > PPA (Tabla 3).
Tabla 3. Parámetros cinéticos (Vmax
y Km) para fosfomonoesterasa (FME) y biomasa microbiana (Cmic).
Todos los valores son expresados por gramo de suelo seco y son promedios de
cuatro réplicas (Bengolea, Monte Buey, Pergamino y Viale) para verano e
invierno de 2010 y 2011. Los valores con idéntica letra en superíndice no se
diferencian significativamente (α<0,05). Los valores entre paréntesis
corresponden al desvío estándar (n=48).
Table 3. Kinetycs parameters (Vmax and Km) of
phosphomonoesterase and microbial biomass (Cmic). Values,
expresed in g of dry soil, are mean of four replicates (Bengolea, Monte Buey,
Pergamino and Viale) at summer and winter of 2010 and 2011. The values in
brackets are the standard deviation (n=48). Different superscript letters
indicate significant differences (α<0.05).
AN: ambiente natural;
BPA: buenas prácticas agrícolas; PPA: pobres prácticas agrícolas.
AN: natural environmental;
BPA: good agriculture practices; PPA: poor agriculture practices.
Los valores de Km fueron muy similares y no mostraron diferencias estadísticamente significativas entre los tres tratamientos bajo estudio (Fig 2 y Tabla 2). Sin embargo los valores de Km mostraron un claro efecto estacional con valores para verano significativamente mayores (p valor< 0,001) que para invierno (Fig 2) con valores promedio de 44,0 y 16,8 μM, respectivamente.
Figura 2. Efecto estacional sobre el Km
de fosfomonoesterasa (FME). Cada barra es la media ± DE calculados a partir de
los muestreos de verano (blanco) e invierno (negro) de tres muestras tomadas en
los cuatro sitios: Bengolea, Monte Buey, Pergamino y Viale en los años 2010 y
2011(n=24 para cada tratamiento). Los tratamientos son ambiente natural (AN),
buenas prácticas agrícolas (BPA) y pobres prácticas agrícolas (PPA). Igual
letra por encima de las barras denota que no existe diferencia entre las
muestras (α<0,05).
Figure 2. Seasonal effect over Km
of phosphomoesterase (PME). Each bar is the mean ± SD for three samples in four
sites: Bengolea, Monte Buey, Pergamino y Viale (n=24 in each treatment) for
summer (white) and winter (black). The treatments are natural environmental
(AN), good agriculture practices (BPA) and poor agriculture practices
(PPA).Different letters indicate significant differences (α<0.05).
La relación Vmax/Km se utiliza para caracterizar la actividad catalítica de una enzimática determinada (Das et al., 1997). En éste caso, los valores no se vieron afectados por la rotación de cultivos, BPA y PPA no mostraron diferencia significativa. Sin embargo, mostraron valores para los tratamientos bajo SD (BPA y PPA) estadísticamente más pequeños que para AN (Tabla 3) cuando se tomaron en cuenta los valores en promedio para los dos años evaluados
Biomasa microbiana
La biomasa microbiana fue
mínimamente afectada por la rotación de cultivos. No obstante, la biomasa
microbiana en el tratamiento bajo PPA fue menor a los otros tratamientos pero
no alcanzan a ser significativamente diferentes en ninguno de los muestreos
realizados (Tabla 2). En cambio, cuando el test comparativo
se realizó tomando a la estación y al año de muestreo como variables aleatorias
los tratamientos AN y PPA fueron significativamente diferentes entre sí (Tabla 3). El tratamiento bajo BPA que presenta un valor de
biomasa microbiana intermedio entre AN y PPA no se diferenció estadísticamente
de ninguno de ellos (Tabla 3).
Relación Vmax/Cmic
La relación Vmax/Cmic
referida como la eficiencia enzimática por otros autores (Allison et al.,
2007) se utilizó como una manera de estimar la actividad específica de los suelos
(unidades de actividad por gramo de Cmic). En las muestras de
verano, ésta relación mostró la tendencia AN>BPA>PPA con diferencia
significativa (p valor<0,05) entre BPA y PPA. Mientras tanto, las muestras
tomadas en invierno presentaron valores más pequeños y sin una tendencia entre
los tratamientos (Fig 3).
Figura 3. Efecto estacional sobre la
actividad específica Vmax/Cmic. Cada barra
es la media ± DE calculados a partir de los muestreos de verano (blanco) e
invierno (negro) de tres muestras tomadas en los cuatro sitios: Bengolea, Monte
Buey, Pergamino y Viale en los años 2010 y 2011(n=24 para cada tratamiento).
Los tratamientos son ambiente natural (AN), buenas prácticas agrícolas (BPA) y
pobres prácticas agrícolas (PPA). Igual letra por encima de las barras denota
que no existe diferencia entre las muestras (α<0,05).
Figure 3. Seasonal effect over
specific activity Vmax/Cmic. Each bar is
the mean ± SD for 3 samples in four sites: Bengolea, Monte Buey, Pergamino and
Viale (n=24 in each treatment) for summer (white) and winter (black) of 2010
and 2011. The treatments are natural environmental (AN), good agriculture practices
(BPA) and poor agriculture practices (PPA).Different letters indicate
significant differences (α<0.05).
Análislis de componentes principales
Se realizó un análisis multivariado
de la base de datos considerando Vmax, Km, Cmic,
sumado a otro conjunto de variables como humedad, pH, fósforo extraíble (Pe),
carbono orgánico total (COT) y nitrógeno total (Nt) que fueron determinadas a
partir de las mismas muestras de suelo por Duval y et al. (2013). El eje
PC1 (explica el 64,2% de la varianza) muestra una clara separación entre los
diferentes tratamientos, separándolos en tres grupos independientemente de la
estación en la que se tomó la muestra (Fig 4).
Figura 4. Análisis de componentes principales
incluyendo a las variables Vmax y Km de la
FME, Cmic, carbono orgánico total (COT), nitrógeno
total (Nt), fósforo extraíble (Pe), pH y humedad. Los
tratamientos son ambiente natural (AN), buenas prácticas agrícolas (BPA) y
pobres prácticas agrícolas (PPA). Las líneas indican el sentido y la magnitud
de la variable. Los valores de COT, Nt, Pe, pH y humedad
fueron tomados de Duval et al. (2013).
Figure 4. Principal component analysis including Vmax
and Km of phosphomonoesterase, Cmic, total
organic carbon (COT), total nitrogen (Nt), phosphoro extractable
(Pe), pH and humidity. Lines indicate the direction and magnitude of the
parameter. Circles (summer) and triangles (winter) are color-coded to indicate
the different managements: white corresponds to natural environments (AN), grey
to good agricultural practices (BPA); black are Poor agricultural practices
(PPA). The values of COT, Nt, Pe, pH y humidity were taken
from Duval et al. (2013).
DISCUSIÓN
La posibilidad de replicar los muestreos en
diferentes estaciones de dos años consecutivos nos permitió encontrar que la
dinámica de la actividad de la FME es afectada por la rotación de cultivos.
Además, éstas medidas bajo diferentes situaciones fueron opuestas entre los
tratamientos con tendencia al monocultivo (PPA) y los de ambientes naturales
(AN). Por su parte, los suelos bajo un tratamiento con BPA mostraron un
comportamiento intermedio con mayor similitud a los AN.
En los suelos de bosques las dinámicas de la actividad de la FME se han
explicado sobre la base de una diferencia en la humedad del suelo en las
diferentes estaciones (Grierson & Adams, 2000). En nuestro caso de estudio
la variación en la humedad de los suelos al momento de los muestreos (Tabla 1) no muestra ninguna relación con las variaciones
encontradas en Vmax (Fig 1 y
Tabla 2). Las diferencias en las dinámicas estacionales que se encontró
sugieren que la explicación puede deberse a la diferencia de intensidad en las
rotaciones de cultivos en BPA respecto a PPA. Ésta explicación se basa en que
al aumentar el número de especies que ocupan el suelo durante un tiempo
determinado se ubica al tratamiento BPA en una situación intermedia entre el
AN, que se encuentra siempre con varias especies vegetales activas, y el
tratamiento PPA, que presenta mayormente la misma especie.
Al igual que Wang et al. (2015) se encontró una correlación positiva
entre la actividad FME y Cmic (p valor <0,02). En nuestro
trabajo los valores de Vmax no alcanzan para explicar los
valores de Vmax debido a que la estimación de actividad
específica (Vmax/Cmic) no arroja un valor
constante. En otras palabras, al seguir observando diferencias entre los
tratamientos se sugiere que hay aportes de FME que no están compensados por el Cmic.
Considerando que existe una contribución mayormente bacteriana a la actividad
de la FME y teniendo en cuenta que se ha mostrado (a partir de las mismas
muestras que utilizamos aquí) que los lotes con tendencia al monocultivo de
soja presentan una menor diversidad bacteriana tipo beta por pérdida de
especies endémicas (Figuerola et al., 2014), podría especularse que
estas especies bacterianas que desaparecen son responsables de las diferencias
en la actividad de la FME. Una alternativa es que una proporción de la FME sea
aportada por los exudados radiculares, algo que ya se ha observado con
anterioridad (Nannipieri et al., 2011).
Los valores de Km no se afectaron por los manejos agrícolas
pero claramente mostraron un efecto estacional. La constante Km
se considera, por aproximación, un potencial de afinidad de las FME del suelo
por el sustrato utilizado en el ensayo (MUB-fosfato), y ésta afinidad aumenta
cuando Km disminuye. Estos resultados pueden atribuirse a: 1)
las diferentes FME expresadas (isoenzimas) en diferentes condiciones de
humedad, temperatura y pH determinados por los cambios estacionales, pues en el
análisis de componentes principales las variables pH y Km de
las FME se manifestaron en el eje PC2 (explica el 27,7% de la varianza) (Fig 4), 2) la presencia de un inhibidor compe- titivo en
verano para FME, como podría llegar a ser el fosfato utilizado como
fertilizante que se adicionó al suelo en primavera con la siembra. Sin embargo,
la variación en los valores de Km también se observó en los
ambientes naturales (AN) sin fertilización fosforada alguna, con lo cual la
hipótesis del inhibidor competitivo pierde peso para explicar el fenómeno
estacional.
A partir del resultado del análisis de componentes principales donde se asocian
las variables con vectores se observa que Vmax y Cmic
, junto a otras variables como Nt,COT, Pe y humedad del
suelo permiten diferenciar los tratamientos respecto al nivel de rotación de
cultivos en suelos bajo siembra directa.
CONCLUSIONES
La actividad de FME en suelos bajo SD medidos como Vmax permite diferenciar suelos con prácticas de manejo sustentables con rotación de cultivos de suelos con practicas no sustentables manejados con monocultivo. Esta diferencia es independiente del efecto estacional que se observa en la FME de los suelos expresado en el cambio de la Km para la FME según la estación del año. Las variaciones en la actividad no pueden explicarse por el valor de Cmic, sugiriendo un aporte de los cultivos a esta actividad fisiológica del suelo, lo que se podría evaluar, a futuro, en situaciones con intensificación de la cantidad de cultivos por rotación.[/body]
[back]AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a los miembros
del consorcio BIOSPAS por su participación en los muestreos.
Este trabajo fue financiado por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e
Innovación Productiva de Argentina (ANPCYT PAE 36976 y PID53) y la Universidad
Nacional de Quilmes (PUNQ R732/11). LA Gabbarini y LG Wall son investigadores
de CONICET y JP Frene cuenta con beca Doctoral CONICET.
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