Efectos de un compost enriquecido con microorganismos eficientes sobre la germinación de semillas recalcitrantes de Artocarpus altilis (Parkinson) Fosberg y Theobroma cacao L.
Effects of enriched compost with efficient microorganisms on the germination of recalcitrant seeds of breadfruit (Parkinson) Fosberg and Theobroma cacao L.
Yánez Yánez Wilfrido1*, Villacís-Aldaz Luis Alfredo1, León-Gordón Olguer Alfredo1, Velástegui-Espín Giovanny Patricio1, López-Villacís Isabel Cristina1, Cruz-Tobar Saúl Eduardo1
1Facultad de Ciencias Agropecuarias Universidad Técnica de Ambato, Tungurahua, Ecuador. Casilla postal: 18-01-334. Telf: (+593)032872630-0985471191
aw.yanez@uta.edu.ec, ao.leon@uta.edu.ec, gp.velastegui@uta.edu.ec, ic.lópez@uta.edu.ec, se.cruz@uta.edu.ec
Historial del artículo.
Recibido mayo, 2016.
Devuelto septiembre 2016
Aceptado septiembre, 2016.
Disponible en línea, noviembre 2016.
Resumen
]]> La investigación se realizó en el Centro de Investigación, Postgrado y Conservación Amazónica (CIPCA) de la Universidad Estatal Amazónica, Ecuador. El propósito fue evaluar el efecto de un compost enriquecido en la germinación, días de emergencia y días al trasplante de dos especies de origen tropical Artocarpus altilis y Theobroma cacao. El campo experimental está ubicado en la provincia de Napo, a 1º 16´ y 36´´ S y 77º 58´y 76´´ W, a una altitud de 556 msnm, 556 msnm con temperatura entre 18 y 32 oC, precipitación promedio anual por encima de 3000 mm y humedad relativa entre 87 y 89%. Se aplicó un diseño experimental con cinco tratamientos en bloques completamente al azar con tres repeticiones. Los tratamientos consistieron de compost (1) con EM, (2) con bacterias del ácido láctico (LAB), (3) con levaduras comerciales, con levaduras adquiridas de forma comercial en el supermercado (4) Mezcla de los anteriores y (5) solo compost, sin ningún adicionamiento de microrganismos, testigo. Se determinó que la mezcla de compost (T4) en su conjunto, tiene el mayor efecto sobre los parámetros de las semillas. En la germinación se comprobó que en dos de los tratamientos T3 y T4 disminuyeron significativamente el número de días a la germinación, en relación al testigo, 33 días en Artocarpus altilis y 13 días en Teobroma cacao. El número de plantas emergidas, aumento en ambas especies con la adición de EM, LAB y levadura comercial (T4). Se reporta también una reducción en los días al trasplante de las especies estudiadas siendo significativa particularmente en cacao. Igualmente se determinó que la mayor carga microbiológica correspondió a las bacterias.Palabras clave: Compost, levaduras, ácido láctico, germinación, emergidas.
Abstract
The research was conducted at the Center for Research, Graduate Studies and Amazon Conservation (CIPA) of the Amazon State University, Ecuador. The purpose was to assess the effect of enriched compost Germination, day and day’s emergency transplantation two species of tropical origin and breadfruit Theobroma cacao. The experimental field is located in the province of Napo, 16'-1 and S and 77º 36'' 58'y 76'' W, at an altitude of 556 meters, with temperature between 18 and 32oC, average annual precipitation above 3000mm and relative humidity between 87 and 89%. An experimental design with five treatments in a randomized complete block design with three replications was applied. Treatments consisted of compost (1) MS, (2) lactic acid bacteria, (3) commercial yeast, (4) a combination thereof and (5) only compost, witness. It was determined that the compost mixture (T4) as a whole, has the greatest effect on the parameters of the seeds. Germination was found that in two of the T3 and T4 treatments significantly decreased the number of days to germination, in relation to the witness, 33 days and 13 days Artocarpus altilis, Theobroma cacao. The number of emerged plants, increase in both species with the addition of EM, lactic acid bacteria and commercial yeast (T4). a reduction is also reported in the days to transplant species studied to be significant particularly in cocoa. It was also determined that most bioburden corresponded to bacteria.
Key words: Compost, yeast, lactic acid, germination, emerged.
Introducción
Las especies del genero Artocarpus (Moraceae) son conocidas por ocupar una amplia variedad de nichos ecológicos siendo diversas y numerosas, especialmente en ecosistemas forestales (Jagpat & Batak 2010). Las plantas de Artocarpus ofrecen múltiples ventajas como cultivos multipropósitos en la producción de frutos y madera (Jagpat & Batak 2010). Su crecimiento está restringido a los ecosistemas de bosques siempre húmedos tropicales por debajo de los 1000 msnm. Artocarpus altilis (Parkinson) Fosberg (frutepan), es un árbol de mediano tamaño, ampliamente cultivado en los trópicos como material de construcción, suplemento de alimento animal, sus hojas son usadas frecuentemente como tratamiento de la cirrosis hepática, hipertensión y diabetes (Wang et al. 2006). Sus semillas son de color marrón, redondeadas, de 2-3 cm (0.8-1.2 in) de longitud por 1-1.5 cm (0.4-0.6 cm) de diámetro, sin endospermo, con germinación hipogea. Se han descrito hasta 500 semillas por fruto, recubiertas de una fina membrana blanquecina. Estas son recalcitrantes y pueden ser almacenadas hasta un mes en condiciones de humedad y temperatura fría (Ragone 2006). A. altilis ha sido estudiado por su valor como un cultivo para la seguridad alimentaria (Roberts-Nkrumah & Legall 2013). Su importancia radica en su contenido nutricional y su alta productividad.
Algunos estudios recientes (Broomes et al. 2009 y Jones et al. 2011) han reportado que el contenido de carbohidratos en la harina oscila entre 61% a 84%, siendo excelente fuente de vitaminas A, B con minerales que incluyen potasio, calcio, aminoácidos, ácidos grasos esenciales y fibras. La producción de frutepan en algunos países está asociada con sistemas agroforestales, principalmente en la producción de cacao (Theobroma cacao L.), debido a que aporta sombra, aumentando la longevidad y productividad de las plantas de cacao (Fennah 1957). Changrun & Wendell (2009), indicaron que las semillas de T. cacao muestran igualmente un carácter recalcitrante, siendo muy susceptibles a la desecación, lo que convierte en un obstáculo para su conservación por la pérdida rápida de viabilidad.
]]> La agricultura tradicional ha buscado acrecentar la producción agrícola mediante el manejo del agua, nutrientes, control de malezas, insectos y organismos fitopatógenos. En años recientes, se han buscado prácticas agrícolas que apuntan a utilizar los insumos agrícolas en forma dirigida y controlada en el manejo integrado de plagas y enfermedades (Pedraza et al. 2010). Se ha evaluado la diversidad genética y bioquímica de los microorganismos rizosféricos, su caracterización en relación a la fijación biológica del nitrógeno atmosférico, solubilización de fosfatos, aporte de nutrientes, producción de hormonas vegetales, de sustancias capaces de captar hierro (De Felipe 2004). También se ha incluido la selección de los microorganismos eficientes en experimentos de inoculación en condiciones ambientales controladas de laboratorio, invernadero, campo, al igual que el estudio de costos de producción con la aplicación de microorganismos vs fertilizantes químicos en cultivos de interés agrícola (Elein et al. 2005. García de Salamone (2010) indican que diferentes manejos agrícolas modifican la biodiversidad y alteran la estructura de las comunidades microbiológicas del suelo. Todo esto, ha llevado a la implementación de prácticas de manejo, que garanticen un balance positivo de nutrientes, el uso eficiente de los recursos del sistema suelo-planta, disminuyendo la degradación de la materia orgánica (Grandy 2006). La utilización de microorganismos benéficos ha tenido una amplia difusión en los últimos años, debido a su efecto positivo sobre el rendimiento de muchos cultivos en distintas situaciones, a la factibilidad de permitir desarrollar una agricultura orgánica (Caballero-Mellado et al.1992, Cassán & García de Salamone 2008). La incorporación de organismos seleccionados por sus funciones en diversos procesos que contribuyan a la implantación, desarrollo, producción de cultivos, siendo una alternativa que permite lograr aumentos en el crecimiento radical. Así se favorece la exploración del suelo, se mejora la accesibilidad al agua, nutrientes limitantes para los cultivos. (Benzing 2001). Como consecuencia, se reducen procesos de pérdida de nutrientes móviles, se atenúan períodos de moderado estrés hídrico, se logra mantener tasas de crecimiento activo del cultivo mejorando su capacidad fotosintética (Díaz-Zorita & Fernández 2009). Una clasificación más específica de los microorganismos benéficos ha sido sugerida por Higa (2013) quien hace referencia a los “Microorganismos Efectivos” o EM. Un EM consiste en un cultivo mixto de microorganismos benéficos, de ocurrencia natural, que pueden ser aplicados como inoculantes para incrementar la diversidad microbial de los suelos, plantas, así mismo, bacterias ácido lácticas, levaduras y un número más pequeño de bacterias fotosintéticas. Todos estos compatibles mutuamente unos con otros, capaces de coexistir en un cultivo líquido. Algunas investigaciones han arrojado que la inoculación de cultivos con EM pueden mejorar la calidad del suelo, el crecimiento, producción y calidad de los cultivos (Campo-Martínez et al. 2014), Navia-Cuetia et al. 2013).El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de un compost enriquecido en semillas recalcitrantes de A. altilis (Parkinson) Fosberg y T. cacao L.
Materiales y métodos
El estudio se llevó a cabo en el Centro de Investigación, Postgrado y Conservación Amazónica - CIPCA, ubicado a 1° 16´ 39” S, 77° 58´ 16” W, a una altitud de 556 msnm, con temperatura oscilante entre 18º C y 32 ºC y precipitación promedio anual que supera los 3000 mm. La humedad relativa está entre el 87 a 89 %.
Los suelos del sector están formados predominantemente por sedimentos de arcilla y areniscas, ligeramente gredoso, de poco drenaje, poco profundos, con topografía principalmente plana. Según Cañadas-Cruz (1988), esta región corresponde a la formación ecológica bosque húmedo pluvial pre montano (bhp.PM) y bosque muy húmedo pluvial pre montano (bmhp.PM), (GAD, Santa Clara 2009) (Diagnóstico Ecoturístico del Cantón Santa Clara.
Se aplicaron cinco tratamientos (tabla 1) con tres repeticiones cada uno, en un diseño de bloques completamente al azar.
Para la elaboración del compost utilizó estiércol de ganado vacuno y pasto gramalote picado, en una proporción de 70 - 30, para regular la relación C/N se incorporó cascarilla de arroz. En cada unidad experimental (cajón de 0.05m de alto por 1 m de largo y por 1 m de ancho) se colocaron 0.05 m3 de compost.
]]> Para la captura de microorganismos - EM, (T1) se siguió la metodología reportada por Campo-Martínez et al. (2014). Se inició con la preparación del sustrato, que consistió en la cocción de 1 kg de arroz sin sal durante 15 min, hasta obtener una consistencia semiblanda, se repartió en 100 vasos desechables de 14 onzas, se cubrieron los vasos con tela de nylon y se aseguraron con cauchos de goma, los que fueron llevados a cada sitio seleccionado, siguiendo los criterios de presencia de hojarasca y no intervención del hombre, estos fueron colocados a 3 cm de profundidad, permitiendo la colonización de los organismos en el sustrato. Al cabo de ocho días los capturadores fueron recolectados y diluidos en una solución madre de melaza al 10 % mas 50 g de pasta de soya.Para obtener bacterias del ácido láctico (LAB) (T2), se colocaron 10 L de leche en un recipiente con capacidad para 20 L, se dejó en descomposición por espacio de 8 días, bajo condiciones ambientales de la zona, luego de este tiempo las bacterias obtenidas, se colocaron en una solución madre de melaza más leche al 10% respectivamente y se dejaron por 8 días más en condiciones ambientales.
Se analizaron las características físicas, químicas y microbiológicas del compost inoculado con los EM de cada una de los tratamientos, a los ocho días de comenzar el experimento. Las sub-muestras de compost fueron tomadas en diferentes secciones del lote y con la homogenización se conformó una muestra compuesta, para su análisis físico-químico y biológico. Por razones de costos no se pudo analizar las 15 submuestras, sino una muestra compuesta, siguiendo la recomendación de Pérez et al. (2008) (tablas 2 y 3).
Se identificaron los microorganismos presentes y se contabilizó el número de organismos vivos en el compost por el método del hematocymetro y de plato.
Resultados
La tabla 3 muestra las características físicas y químicas del compost de acuerdo a cada tratamiento. En valores absolutos, se puede observar que todos los valores son similares entre los diferentes tratamientos, un valor promedio de N (0.16) muy bajo en T1, contrariamente al valor de P2O5 (0.92%) el cual es mayor en este tratamiento. Es importante notar la relación de C/N en T1, la cual es casi tres veces más alta que el valor que más se le aproxima (T3).
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Los tratamientos T2 y T5 mostraron la mayor cantidad de bacterias y la mayor cantidad de hongos se reporta en el T3 (Tabla 3).
En la tabla 4 se pueden observar los datos del coeficiente de correlación de Pearson ente los microorganismos presentes y la variable número de plantas emergidas en los tratamientos utilizados. En frutepan (A. altilis) se puede notar que las bacterias presentan el más alto coeficiente de correlación, mientras que en cacao, aparentemente, son los hongos, los que muestran el más alto coeficiente.
Las figuras 1, 2 y 3, indican el comportamiento de las semillas de A. altilis y T. cacao, según cada tratamiento empleado en los compost donde germinaron. De manera general, se puede observar, que para cada parámetro medido (Días a la germinación, Fig.1; Plantas emergidas, Fig.2 y días al trasplante, Fig. 3), los mejores tratamientos son T3 y T4. Las semillas de frutepan se muestran bastante más tardías para germinar que las de cacao.
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Discusión
En general los procesos de descomposición de residuos están mediados por la actividad de los microorganismos (Boulter et al. 2000). Las diferencias observadas entre los tratamientos, podrían deberse a la calidad de los materiales empleados, a las diferentes temperaturas durante el proceso de descomposición y a la cantidad de agua empleada. En el proceso de descomposición de la MO se presentan rangos de temperatura en los que predominan microorganismos diferentes. Temperaturas entre 45 y 50 °C favorece el predominio de grupos de los aerobios mesofilicos y actinomycetes (Meléndez & Soto 2003). Por el contrario, temperaturas superiores a 50 °C reducen las poblaciones de hongos (Tiquia et al. 2002).
En estas especies, parecieran ser muy importantes las diferencias observadas entre los tratamientos, sobre todo porque las semillas parecieran ser más recalcitrantes a la hora de germinar. Las diferencias significativas observadas en las semillas del cultivo de cacao, indican que cualquiera de los tratamientos utilizados, es más eficiente que el testigo con diferencias de hasta dos días para la germinación en relación a este último. El hecho de que las semillas de las especies seleccionadas no toleren la desecación, da un gran valor a estudios de sustratos que sean factibles para su establecimiento. Se observa una diferencia importante en artocarpus (de hasta 6 días) entre el tratamiento T4 y el testigo (T5), no observándose diferencias significativas entre T3 y T4. El mayor número de plantas emergidas de ambos cultivos, se observó con T4. Igual respuesta se aprecia con la variable días al trasplante (Fig.3). Los resultados de las tres variables evaluadas, muestran mucha similitud en los comportamientos entre el tratamiento con levadura comercial (T3) y la mezcla de todos los compost enriquecidos (T4). En la figura 2, se puede observar que el total de plantas emergidas es similar al del cacao, tanto con T3 como con T4, a pesar de que artocarpus tarda más en germinar (Fig.1). Estas diferencias pueden ser atribuidas a que los microorganismos proporcionan una rápida descomposición de macromoléculas, haciendo que los macro y micro nutrientes solubles estén disponibles por la rápida descomposición, la cual es causa directa de la hidrolización que realizan los microorganismos como funcionamiento normal de su metabolismo para la obtención de nutrientes (Higa 2013). Los valores de pH observados (6.50-6.70) facilitan la absorción del fosforo y la conservación de la humedad, favoreciendo a la planta para un mejor desarrollo (Campo-Martínez et al. 2014).
El tratamiento T1 de compost enriquecido con microorganismos del suelo capturados in situ, no muestra ningún beneficio a la germinación y días al trasplante de plantas de los dos cultivos seleccionados en relación con los otros compost enriquecidos, comportándose de manera desventajosa frente al testigo para el número de plantas emergidas de cacao. El tratamiento T2 (LAB) no es significativamente diferente de los demás tratamientos con respecto a la germinación del cacao, se ha reportado que los cultivos de LAB pueden ser usados en conjunción con otros nutrientes para tratar a las semillas antes de plantarlas (Ikeda et al. 2013). Este procedimiento, mejoraría la germinación y disminuiría las perdidas por patógenos en las semillas (Hamed et al. 2011).
En procedimientos de agricultura orgánica, los LAB se han usado con microorganismos indígenas (IMO) para hacer compost o preparar suelos antes de la siembra (Park & DuPonte 2008). La aplicación de estas bacterias, adicionalmente, puede acelerar la descomposición de la materia orgánica e incrementar la liberación de otros nutrientes para su absorción por parte de las plantas (Higa & Kinjo 1989).
]]> Conflictos de intereses
Esta investigación se la realizó en el Centro de Investigación, Posgrado y Conservación Amazónica de la Universidad Estatal amazónica en la provincia de Pastaza Ecuador y no presenta conflictos de interés.
Agradecimientos
Los autores agradecen a la Universidad Técnica de Ambato, Facultad de Ciencias Agropecuarias y a la Universidad Estatal Amazónica, Centro de Investigación, Posgrado y conservación Amazónica CIPCA, por el apoyo técnico, científico y logístico realizado a la presente investigación.
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