J.C Ruiz, S. Melero, J.F Herencia.
[ Juan Carlos Ruíz Porras; Sebastiana Melero Sánchez; Juan Francisco Herencia Galán. ]
CIFA "Las Torres-Tomejil"
[Centro de Investigación y Formación Agraria "Las Torres – Tomejil". Apartado de correos oficial. 41200 Alcalá del Rio (Sevilla). (Teléfono: 955 650808; Fax: 655 650373; ce: cifatorr@cap.junta-andalucia.es)].

Resumen

La biomasa microbiana, actividad respiratoria y enzimática fueron comparadas en dos sistemas de nutrición orgánica y mineral y a la vez estudiados al principio y al final del cultivo.

Se observa como la materia orgánica afecta a todos los parámetros medidos, ya que esta materia orgánica influye en la activación y proliferación microbiana, que se muestra superior en los suelos nutridos orgánicamente. No obstante, vemos como al final del cultivo existe una disminución en la materia orgánica y un aumento en todos los parámetros excepto en la actividad ureasa la cual disminuye. Este aumento en los parámetros (respiración, biomasa microbiana, proteasa, fosfatasa), es debido a que todavía existe materia orgánica que puede ser mineralizada.

Sin embargo en la actividad ureasa su disminución al final del cultivo puede ser debido a que exista menos materia nitrogenada o que la ureasa este menos adsorbida a los complejos materia orgánica – arcilla, disminuyendo así su actividad.

Palábras claves: Biomasa microbiana, Proteasa, Fosfatasa, Ureasa, Materia orgánica.

Introducción

Las actividades agrícolas convencionales provocan la disminución del contenido en materia orgánica del suelo y por tanto que estos suelos vayan perdiendo poco a poco su fertilidad. Estas prácticas agrícolas convencionales pueden influir en la composición de la microflora del suelo, la cual es importante para entender los procesos biológicos y bioquímicos que contribuyen a la fertilidad del suelo.

La actividad biológica esta influenciada entre otros por la transformación de la materia orgánica, por la degradación y estructura del suelo.

La biomasa microbiana del suelo es uno de los principales agentes de las transformaciones bioquímicas, influyendo en la liberación de nutrientes esenciales para las plantas y en la mineralización del carbono orgánico (Mc Gill et al., 1986). Este parámetro se ve influenciado por variaciones estacionales de temperatura y humedad y por las diferentes prácticas agricolas.

La biomasa microbiana ha sido sugerida por Powlson y Jenkinson (1981) como un indicador de los cambios experimentados por la materia orgánica del suelo, encontrándose una relación estrecha entre dicha biomasa y el contenido en carbono orgánico del suelo (Jenkinson y Ladd,1981).

La base para esta relación es que probablemente bajo condiciones estándar, la biomasa, al igual que la respiración, se regula por la entrada a largo plazo de carbono dentro del suelo independientemente del tipo de carbono orgánico añadido (Mc Gill et al., 1986, Witter et al., 1993) siendo modificado por la presencia de contaminantes del suelo tales como los metales pesados por el macroclima y por la rotación de los cultivos.

Siendo la biomasa microbiana mucho más pronto afectada por los cambios producidos en el suelo que la materia orgánica, es por lo que aquella es un parámetro temprano de dichos cambios y que estos se manifiesten mucho más tarde en la materia orgánica del suelo (Jenkinson and Ladd 1981). Es por ello que la biomasa microbiana sea utilizada como un indice comparativo entre los dos sistemas de nutrición estudiados.

De igual forma las enzimas (generalmente de origen microbiano) juegan un papel importante en la biología del suelo y contribuyen a la fertilización del mismo, ya que intervienen en la mineralización de los nutrientes esenciales para las plantas y en la formación y posterior descomposición de la materia orgánica.

Las actividades enzimáticas del suelo son indicadores sensibles de los cambios producidos en las propiedades del mismo entre ellos los que resultan de la introducción de prácticas conservacionistas (D.W.Bergstrom et al., 1988).

Dichas actividades se ven estimuladas por la adición de materia orgánica contribuyendo al reciclaje de nutrientes en el suelo (Balasubramanian et al., 1972; Zantua et al., 1977; Martens et al., 1992); no obstante la materia orgánica tambien puede afectar negativamente en determinadas concentraciones a la actividad enzimática (Arja H et al., 1996) , incluso sucesivas adiciones no aumentan las actividades (Martens et al., 1992).

Los suelos nutridos orgánicamente generalmente tienen una mayor población microbiana activa que los suelos con fertilizantes minerales (Mc Gill et al., 1986), por tanto la actividad y biomasa microbiana son mayores en aquellos (N.Gunalapa and K.M Scow 1998) estando directamente relacionadas con la cantidad y calidad del carbono y otros nutrientes provenientes de los residuos de plantas (Powlson et al., 1987).

En este trabajo se han estudiado comparativamente los efectos de la materia orgánica del suelo en su respiración, actividades enzimáticas (Proteasa,Ureasa,Fosfatasa Alcalina) y biomasa microbiana de nitrógeno ,en dos sistemas de nutrición orgánico y mineral al principio y final del cultivo.

Materiales y Métodos

El trabajo se ha llevado a cabo en la estación experimental del CIFA "Las Torres" Alcalá del Río, Sevilla ( 37,5 NL) . El suelo es un típico Xerofluvent, franco limoso, con una permeabilidad moderadamente baja de 2 x 10^-4 cm/s y una capacidad de retención de agua de 220 mm en los primeros 100 cm del perfil del suelo.

El suelo se ha muestreado hasta los 15 cm de profundidad en dos parcelas denominadas Parcela 1 y Parcela 2 cada una con distinto cultivo, que a su vez se dividen en dos subparcelas, una con nutrición mineral y la otra con nutrición orgánica. De cada muestreo se tomaron cuatro repeticiones.

Estas muestras de suelo se pasaron por un tamiz de 2 mm dejandolas a 4 ºC hasta la realización de los análisis enzimáticos. El contenido en agua fue determinado gravimétricamente secándolos a 105 ºC durante 24 h.

Respiración del suelo, según el método Anderson (1982) se basa en la determinación del CO₂ liberado del suelo; para ello una solución de NaOH 1M se coloca en el suelo protegida por unos recipientes metálicos invertidos, durante 24 h. Posteriormente se valora el NaOH que no ha reaccionado con el CO₂.

En el parámetro de biomasa microbiana las muestras tomadas se subdividen en fumigadas y no fumigadas y se las somete al método Fumigación-extracción de Brookes et al., (1985).Tanto en una como en otras se determina la Biomasa de Nitrógeno.

Biomasa microbiana de Nitrógeno,se basa en el método de Brookes et al., (1985), en esta determinación el N total del extracto obtenido de las muestras fumigadas y no fumigadas se distingue las siguientes fases: Digestión Kjeldhal del N orgánico a N-NH₄; destilación del N-NH₄ y finalmente valoración volumetrica del N destilado.

Actividad Proteasa, mediante el método de Ladd and Butler (1972) consiste en la determinación espectofotométrica de los aminoácidos liberados después de la incubación del suelo con caseina. Actividad Ureasa, por el método de Tabatai and Bremner (1972) consistente en la determinación del amonio liberado después de la incubación de las muestras de suelo con urea.

Actividad Fosfatasa Alcalina, según el método de Tabatai et al., (1969) basada en la determinación espectofotométrica del p-nitrophenol liberado después de la incubación del suelo con p- nitrophenol fosfato.

Materia Orgánica oxidable,Determinación de la materia orgánica oxidable por el método modificado de (Jackson 1958), basado en la oxidación de la materia orgánica por dicromato potásico en ácido sulfúrico, y posterior determinación colorimétrica del Cr³⁺ formado.

Resultados y discusión

Nuestros resultados nos muestran como existe mayor biomasa microbiana de nitrógeno, Figura.1 en la nutrición orgánica de ambas parcelas respecto a la mineral; esta mayor biomasa en los suelos orgánicos es debida al aporte orgánico recibido ya que la materia orgánica activaría la proliferación microbiana y además hay un aporte de biomasa microbiana proveniente del compost añadido.

También se observa como existe en las dos nutriciones mineral y orgánica un aumento de esta biomasa al final del cultivo tanto en la parcela 1 como en la parcela 2; esto sugiere que esta biomasa sigue proliferando activada aún por la materia orgánica que queda sin mineralizar.

En las Figuras 2, 3 y 4 se observa como estas enzimas están influenciadas por el contenido en materia orgánica, existiendo una mayor actividad en la nutrición orgánica en ambas parcelas que en la nutrición mineral ya que según (Balasubramanian et al., 1992; Martens et al., 1992) las actividades enzimáticas del suelo pueden ser incrementadas por la adición de materiales orgánicos.

Se observa en las Figuras 2 y 3 como al final del cultivo cuando disminuye la materia orgánica existe un aumento en las actividades de estas enzimas, sin embargo en la Figura 4, la actividad ureasa muestra una disminución influyendo de este modo la materia orgánica en estos enzimas.

La fosfatasa juega un papel importante en la hidrólisis del fósforo orgánico a ortofosfato, el cual es asimilado por las plantas y los microbios. Esta enzima se encuentra interaccionada con los componentes del suelo especialmente con la materia orgánica influyendo en su actividad (Arja H.Vourinan y Maritta H. Saharinen 1996), ya que entre ciertas concentraciones de materia orgánica, la actividad de esta enzima se ve disminuida debido a que queda adsorbida por la materia orgánica de forma que es menos afín a su sustrato. Según esto al final del cultivo Figura.2 al haber menos materia orgánica que al principio del mismo es por ello que la actividad fosfatasa aumenta ya que esta menos inhibida.

Las proteasas en el suelo están implicadas en la mineralización del nitrógeno, actuando sobre los grupo amino de las proteínas.Las proteasas que hidrolizan la caseina están generalmente asociadas con la materia orgánica no humificada del suelo ( Bonmati, 1998 ); sin embargo la materia orgánica humificada tiene un efecto negativo en dichas proteasa ( Rowell et al., 1973); esto es debido a que la proteasa unida al humus por una parte esta protegida contra la proteolisis pero por otra, esta enzima es menos afín a los sustratos de gran peso molecular tal como la caseina.El aumento de la actividad proteasa, Figura.3, al final del cultivo según lo anterior, es debido a que todavía existe materia orgánica mineralizable que induce la proliferación microbiana a fabricar más enzimas, las cuales transformarán esa materia orgánica.

Sobre la actividad ureasa, implicada en el ciclo del nitrógeno del suelo, se observa que al final del cultivo Figura.4, disminuye siguiendo la misma pauta que la materia orgánica.Esta enzima esta altamente influenciada por la materia orgánica ( Zantua et al.,1977 ) y por la composición química de la materia orgánica añadida (Balasubramanian et al., 1972 ) y está asociada a los complejos materia orgánica – arcilla, de forma que la disminución al final del cultivo puede ser debido a que la cantidad de materia orgánica puede influenciar en su actividad, de forma que esta pueda ser menos afín a su sustrato al haber menos materia orgánica.

La respiración muestra un alto grado de correlación con la biomasa microbiana y el contenido de carbono del suelo (Witter et al., 1993). La respiración del suelo Figura.5; se muestra mayor en la nutrición orgánica que en la mineral y aumenta al final del cultivo; este aumento en la actividad microbiana se refleja por la mayor biomasa y actividad enzimática que todavía persiste al quedar materia orgánica mineralizable.

Bibliografía

Anderson,1982 Measurement of CO₂ evolution rates. In Kassem Alef and Paolo Nannipieri (ed) Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry.

Arja H. Vuorinen, Maritta H. Saharinen (1996) Effects of soil organic matter extracted from soil on acid phosphomonoesterase. Soil Biology and Biochemistry. Vol28. No 10/11, pp 1477-1481.

Balasubramanian A, Siddaramappa R, Rangaswami G (1972) Effect of organic manuring on the activities of the enzymes hidrolising sucrose and urea and on soil aggregation. Plant and Soil 37, 319 – 328.

Bergstrom D. W., Monread C.M, King D.J (1998) Sensitivity of soil enzyme activities to conservation practices. Soil Sci. Soc. Am. .J. 62, 1286-1295.

Bonmati M, Ceccanti B, Nannipieri P (1998) Portease extraction from soil by sodium pyrophosphate and chemical characterization of the extracts. Soil Biol. Biochem. Vol 30. No 14. pp 2113 – 2125.

Brookes P.C., Landman A., Pruden G. and Jenkinson D.S (1985) Chloroform fumigation and the release of soil nitrogen in soil: a rapid direct extraction method to measure microbial biomass nitrogen in soil. Soil Biology and Biochemistry 17, 837-842.

Jackson (1958) Modified Walkley – Black method In Kassem Alef and Paolo Nannipieri (ed) Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry.

Jenkinson D.S and Ladd J.N (1981) Microbial biomass in soil: measurement and turnover. In soil Biochemistry.eds E.A.Paul and J.N.Ladd. vol.5. pp 415-471. Marcek Dekker,New York.

Ladd and Butler (1972) Protease activity. .In Kassem Alef and Paolo Nannipieri (ed) Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry

Martens D.A, Johanson J.B, Frankenberger Jr.W.T (1992) Production and persitence of soil enzymes with repeated addition of organic residues. Soil Science. 153, 53-61.

McGill,W.B., K.R.Cannon,J.A.Robertson,and F.D.Cook. (1986 ) Dynamics of soil microbial biomass and water-soluble organic C in Breton L after 50 years of cropping to two rotations .J.Soil Sci. 66, 1-19.

N.Gunapala and K.M scow.1988 Dynamics of soil microbial biomass and activity in conventional and organic farming systems. Soil Biol.Biochem. vol.30,No 6,pp 805-816.

Powlson D.G and Jenkinson D. (1981) A comparison of the organic matter, biomass, adenosine triphosphate and mineralizable nitrogen contents of ploughed and direct-drilled soils. Journal of Agricultural Science 97,713-721.

Powlson D.S, Brookes P.C, Christensen B.T (1987) Measurement of soil microbial biomass provides and early indication of changes in total soil organic matter due to straw incorporation. Soil Biol. Biochem 19, 159 - 164.

Rowell M.J, Ladd J.N, Paul E.A (1973) Enzymatically active complexes of proteases and humic acid analogues. Soil Biology and Biochemistry 5, 699-703.

Tabatai and Bremmer (1969),Fivazi and Tabatai (1977) In Kassem Alef and Paolo Nannipieri (ed) Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry.

Tabatai and Bremmer (1972) Urease activity. In Kassem Alef and Paolo Nannipieri (ed) Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry.

Witter E, Martensson A.M, García F.U (1993) Size of the soil microbial biomass in a long-term field experiment as affected by different N-Fertilizers and organic manures. Soil Biol. Biochem. vol.25, No.6, pp. 659 – 669.

Zantua M.I, Dumenil L.C, Bremner J.M (1977) Relationships between soil urease activity and other soil properties. Soil Science Society of America Journal. Vol.41, pp 350 – 352.