Importancia del Nitrógeno de origen biológico sobre el cultivo de soja

Ing. Agr. (Dr.) Carlos Fabián Piccinetti1 e Ing. Agr. Alejandro Perticari2 –1 Laboratorio BPCV-IMYZA-INTA Castelar: 2 AER Concarán INTA San Luis – Miembros de la Mesa de Nutrición Biológica El potencial productivo y la simbiosis El potencial productivo de la soja es altamente dependiente del nitrógeno (N), entonces si no hay otras limitantes está correlacionado […]
agosto 28, 2023

Ing. Agr. (Dr.) Carlos Fabián Piccinetti1 e Ing. Agr. Alejandro Perticari21 Laboratorio BPCV-IMYZA-INTA Castelar: 2 AER Concarán INTA San Luis – Miembros de la Mesa de Nutrición Biológica

El potencial productivo y la simbiosis

El potencial productivo de la soja es altamente dependiente del nitrógeno (N), entonces si no hay otras limitantes está correlacionado de forma directa a la cantidad de N acumulado en sus estructuras en el estadío R6. Por lo tanto, si el cultivo tiene la capacidad de acumular altos contenidos de N es probable que se consigan altos rendimientos (Collino, et al. 2015).

En Argentina, la fertilización con N es escasa o nula en condiciones normales de producción debido a que con la simbiosis soja-Bradyrhizobium le permite acumular altas tasas de N y lograr elevados rendimientos de grano. Este aporte simbiótico está ampliamente distribuido en la mayoría de los lotes rotados con soja o “sojeros” porque sus rizobios específicos fueron incorporados con la inoculación de las semillas en cultivos previos y tienen la capacidad de adaptarse y generar poblaciones naturalizadas (Perticari et al. 2003).

Estos rizobios naturalizados generan nodulación espontánea en las plantas de soja, frecuentemente con eficiencia simbiótica variable y con distribución heterogénea en los lotes (López et al. 2016). Por lo tanto, los objetivos fueron: 1. Realizar observaciones de los perfiles de nodulación cuando las plantas de soja fueron inoculadas y fertilizadas; 2. Evaluar el rendimiento de granos de soja considerando las variables relacionadas a la absorción de N y 3. Comparar los tratamientos Fertilizado sin inocular vs Inoculado con la cepa E109 de Bradyrhizobium japonicum y sus efectos sobre la nodulación, rendimiento de granos y absorción de N.

En la figura 1 se muestra la ubicación de los ensayos (22) realizados en los diferentes sitos-año.

Figura 1: Localidades (sitios-año) donde se realizaron los ensayos de soja durante el ciclo 2004-2007 fueron y evaluaron rendimiento de granos: RA: Rafaela (2004-5); PA: Paraná (2004-5); UR: Urdinarrain (2004-5); CÑ1 y CÑ2 (2005-6): Cañada de Gómez; OL1 (2004-5), OL2 (2005-6) y OL3 (2006-7): Oliveros; RU1 (2004-5) y RU2 (2005-6): Runciman; CV: Cavanagh (2004-5); MJ: Marcos Juárez (2004-5); CB: Corral de Bustos (2004-5); JM1(2005-6) y JM2 (2006-7): Jesús María; RP (2005-6): Río Primero; EC (2005-6): El Colorado; HR (2005-6): Huinca Renancó; CA (2005-6): Casilda; LL (2006-7): Las Lajitas y 9J (2004-5): Nueve de Julio.

Los perfiles de nodulación, la eficiencia simbiótica y la producción de soja

La nodulación espontánea en las plantas de soja es dependiente del número y validad simbiótica de los rizobios naturalizados en ese suelo, el perfil de nodulación es en la mayoría de los casos diferentes al observado cuando las semillas. Las semillas que son inoculadas correctamente siguiendo las buenas prácticas de inoculación llevan en el tegumento una cantidad similar de rizobios infectivos y efectivos y se expresa con un perfil compacto, mayor tamaño de nódulos y cercano a la raíz principal por consiguiente con expectativas de mayor eficiencia simbiótica (Ishii et al 2009).

En cambio, la siembras sin inoculación de semillas tendrá un perfil de nodulación más laxo y los nódulo más pequeños, numerosos y distribuidos mayormente en raíces laterales con muy bajas expectativas de alta eficiencia. Y finalmente, con la inoculación en el surco de siembra el perfil de nodulación tiene una situación intermedia de los anteriores (Fotos).

Además, los rizobios establecidos conservan alta capacidad infectiva y segregan cepas con menor capacidad fijadora de N. En cambio, cuando se inocula el cultivo de soja, se utilizan cepas que fueron seleccionadas por la capacidad infectiva y por su alta efectividad para fijar N en simbiosis. Los sitios ocupados por las cepas del inoculante no solo compiten por los mejores lugares en la raíz, sino que compensan la menor performance de los rizobios naturalizados.

Figura 2: Perfiles de nodulación A. Inoculados y B. Sin Inocular

A la eficiencia simbiótica de N de una cepa de rizobio la podemos definir como la cantidad de N biológico que es capaz de aportar a la biomasa total de la planta, y la eficiencia simbiótica de un cultivo (de soja) a la cantidad de N derivado de la FBN para un ambiente determinado. En este caso a la eficiencia no solo se la considera lo que una cepa aporta como una condición propia del microorganismo (Bradyrhizobium) incorporado con le inoculante sino a toda la población de bacterias que aportan desde la simbiosis. Pero, además, a esa eficiencia propia de las bacterias se le suma la eficiencia simbiótica mejorada con el manejo.

Esta eficiencia ampliada al manejo se refiere al tiempo de duración de la simbiosis efectiva en el cultivo, es decir, que incluye a todo el perfil de nodulación (incluyendo las cepas naturalizadas) y que con la inoculación incentivamos la simbiosis temprana.

De esta manera promovemos la formación de un perfil de nodulación compacto y cercano al cuello de la raíz principal. Este perfil tendrá mayores posibilidades de sobrellevar en mejores condiciones el ciclo del cultivo, por ejemplo, tolerando situaciones puntuales de déficits hídrico alargando la vida útil de los nódulos hasta estadios avanzados.

El manejo de la eficiencia simbiótica comienza con la elección de un inoculantede alta calidad y sigue con una aplicación responsable (la práctica de inoculación) considerando que se manipulan organismos vivos. El beneficio de mejorar la eficiencia simbiótica con el manejo agronómico resulta en un saldo positivo sobre la producción con aportes extra de N a la biomasa mejorando el rendimiento y el potencial productivo del lote (Piccinetti et al., 2010). Por consiguiente, la inoculación como práctica habitual en soja con inoculantes de probada calidad, formulados con cepas recomendadas y eficientes para la fijación biológica de N (FBN) cumple un doble rol, fijar más N y compensar a los nódulos poco eficientes.

En respuesta a esta mayor eficiencia simbiótica las variables como el rendimiento de granos, la cantidad de N absorbido en la biomasa y el N derivado de la FBN son afectadas de forma positiva (Figura 3)

Inoculante (=biofertilizante): Es todo producto formulado cuyo principal activo es uno o más microorganismos efectivos, trazables e inocuos para animales, plantas y humanos, que los mantiene vivos y fisiológicamente activos; y aplicados sobre las semillas, las plantas o el suelo generan un beneficio en el crecimiento y/o desarrollo del vegetal (Perticari, 2004)

Figura 3: Respuestas en el rendimiento de granos, N absorbido en la biomasa y N biológico (NFBN) de soja del tratamiento Control sin inocular y el Inoculado.

Aportes de cada fuente natural de N al cultivo de soja

La planta de soja tiene una estrategia de absorción de las fuentes de N disponibles según el estadío de crecimiento. La fuente edáfica es muy importante en los primeros estados fenológicos hasta finalización de la floración y la fuente biológica empieza a hacer su aporte relevante en etapas reproductivas, asociadas a la producción de biomasa y rendimiento. Imsande (1989) determinó que la actividad de reducción de acetileno fue aproximadamente 10 veces mayor en plantas con bajo nivel de N que las fertilizadas con NO3 y estas respuestas se relacionó con un mayor tamaño de semilla, biomasa y rendimiento de granos (tuvo mayor fotosíntesis neta).

También determinó que la mayor tasa de fijación de N la encontró en plena etapa de llenado de granos (R5), mientras que la tasa de absorción de nitratos fue entre R2 y R3 (Figura 4A). Asimismo, en otro trabajo realizado por Fabre y Planchon (2000) determinaron que la mayor actividad de la Nitrogenasa relacionada con la absorción de N biológico en R5 y entre los estadíos R2 y R6, en cambio la mayor actividad de Nitrato Reductasa relacionada con la absorción de NO3 fue en R2 (Figura 4B).

Figura 4: A) Relación entre las diferentes tasas máximas de actividad y el estado fenológico del cultivo de soja (Adaptado de Imsande, 1989). B) Actividad del complejo de la Nitrogenasa y de la enzima Nitrato Reductasa con el estado fenológico del cultivo de soja (Adaptado de Fabre y Planchon, 2000).

En nuestros ensayos encontramos que el rendimiento de granos mostró una relación directa entre la capacidad de acumular nitrógeno en la biomasa de soja en R6 con el rendimiento de granos. La misma relación se observa cuando relacionamos el N derivado de la FBN o N biológico aportado desde la simbiosis aún con mayor ajuste en la regresión (Figura 5A y C). La fuente edáfica (Figura 5B) de N no presenta relación con el potencial de rinde porque el aporte según en estos estudios se mantuvo constante a medida que el potencial de rinde se incrementó.

Finalmente podemos aseverar que la nutrición biológica de N o el proveniente de la fuente biológica se relaciona con altos rendimientos cuando el ambiente lo permite, por lo que tiene incidencia directa en el potencial de producción de la soja (Figura 5C).

Figura 5: A) Relación entre el nitrógeno absorbido y el rendimiento de granos; B) relación entre el nitrógeno aportado desde la fuente edáfica y el rendimiento de granos y C) relación entre el nitrógeno aportado por la simbiosis y el N biológico aportado desde la simbiosis y el rendimiento de granos.

Respuestas de soja Fertilizada con N (sin inocular) vs Inoculada con la cepa E109 (Bradyrhizobium japonicum)

Nodulación

El perfil de nodulación de una planta de soja cambia radicalmente cuando tiene disponibles altas cantidades de N inorgánico (por fertilización o edáfico) respecto a otra inoculada sin fertilización nitrogenada. Los nódulos generados en estas circunstancias tienen seriamente afectada su actividad simbiótica como lo demostró Imsande en 1989. Nosotros, en una secuencia de ensayos en diferentes ambientes y distintos años (9DJ; EC; OL1, OL3; JM1 y JM2) comparamos dos tratamientos, el Fertilizado sin inocular vs Inoculado con la cepa E109, ambos contrastantes en la fuente de N. La fertilización nitrogenada de soja tuvo por finalidad, además, evaluar la capacidad del cultivo para absorber N sin limitaciones de la fuente “química”.

Se aplicó una dosis de 400 kg N ha-1 (870 kg urea ha-1) particionada en tres momentos del ciclo (a la siembra, R1 y R5) con el objetivo evaluar las respuestas de producción tratando de evitar la expresión de la nodulación y de esta manera bloquear la fuente biológica del N. A pesar de que el nivel de fertilización fue muy elevado en el muestreo de nodulación fueron encontrados nódulos, por lo que no se pudo bloquear totalmente la expresión de la nodulación (Figura 6).

Sin embargo, los nódulos observados tuvieron menor tamaño y cantidad (en R5) y se encontraron con coloración verde o marrón en su interior, por lo que la actividad de estos nódulos estuvo seriamente limitada. Las diferencias en la nodulación, como se esperaba, fueron altamente significativas (p<0,0001). El número de nódulos por planta del tratamiento inoculado con la cepa E109 tuvo 12, 37 y 47 nod pl-1, siendo un 109, 209 y 166% mayor para NNodP, NNodL y NNodT, respectivamente. Mientras que en la biomasa de nódulos la inoculación con E109 promovió 101, 162 y 263 mg pl-1, superando en 171, 262 y 221% al control fertilizado para PSNodP, PSNosL y PSNodT, respectivamente (Figura 7).

Figura 6: Perfil de nodulación de soja Fertilizada sin inocular

Figura 7: Expresión de la nodulación cuando el cultivo de soja se fertiliza con 400 kg N ha-1 y del inoculado con la cepa E109 de Bradyrhizobium japonicum.

Rendimiento de granos y Nitrógeno absorbido en la biomasa

El rendimiento de granos no tuvo diferencias entre el tratamiento Fertilizado sin inocular y el inoculado con la cepa E109, la respuesta promedio fue de 3,3 Mg ha-1 (p=0,94). Estas respuestas sin diferencias entre tratamientos se deben a que el cultivo sin limitaciones de N (por fertilización) no mejoró la producción o evidentemente la genética de soja esta más adaptada al N proveniente desde la vía biológica.

En las condiciones que se realizaron estos ensayos el aporte de las dos fuentes fue suficiente para las necesidades de N del cultivo.

En cuanto a la cantidad de N absorbido en la biomasa total aérea en R6 acumuló 269 kg N ha-1 tampoco se observaron diferencias (P=0,75). En cambio, las diferencias en % de N total de la biomasa tuvo mayor valor y significativo el tratamiento Inoculado con la cepa E109 (p=0,05) con un valor de 3,02% NT, un 2,3% mayor al Fertilizado (Figura 8).

Respecto al aporte de la FBN, en estos ensayos no fue posible analizarlo debido a que el método “abundancia natural de 15N” no nos permitió determinar la fuente de N cuando el cultivo de soja fue fertilizado con urea, aunque sabemos que hubo aportes desde la simbiosis por haber observado nodulación en las plantas.

Figura 8: A) Rendimiento de granos; B) N absorbido en la biomasa en R6 y C) Porcentaje de N total de la biomasa para el tratamiento Fertilizado sin inocular y el Inoculado con E109 de B. japonicum.

Algunas conclusiones sobre estos resultados
  • En este estudio la inoculación de soja generó efectos positivos sobre la nutrición nitrogenada e incrementó el rendimiento de granos y acumuló mayor cantidad de N en la biomasa en el cultivo.
  • Los cambios estuvieron asociados a mayores aportes desde la simbiosis (NFBN) colaborando con la nutrición nitrogenada y potencial productivo de la soja.
  • Se refuerza con evidencia con los ensayos realizados que la fertilización nitrogenada no mejora las variables productivas y además se agrega el problema ambiental debido a que tendría incidencia en las emisiones de gases con efecto invernadero, por lo tanto, es una práctica no recomendada para el cultivo de soja.

Referencias

Collino, D. J., Salvagiotti, F., Perticari, A., Piccinetti, C., Ovando, G., Urquiaga, S., & Racca, R. W. (2015). Biological nitrogen fixation in soybean in Argentina: relationships with crop, soil, and meteorological factors. Plant and Soil, 392, 239-252.

Fabre, F., & Planchon, C. (2000). Nitrogen nutrition, yield and protein content in soybean. Plant Science, 152(1), 51-58.

Imsande, J. (1989). Rapid dinitrogen fixation during soybean pod fill enhances net photosynthetic output and seed yield: a new perspective. Agronomy Journal, 81(4), 549-556.

Ishii, S., Suzui, N., Ito, S., Ishioka, N. S., Kawachi, N., Ohtake, N., … & Fujimaki, S. (2009). Real-time imaging of nitrogen fixation in an intact soybean plant with nodules using 13N-labeled nitrogen gas. Soil Science and Plant Nutrition, 55(5), 660-666.

López, S. M. Y. (2016). Análisis de las alteraciones estructurales y/o regulatorias en los genes de nodulación y fijación de nitrógeno, en aislados de Bradyrhizobium japonicum que difieren en su capacidad de fijar nitrógeno (Doctoral dissertation, Universidad Nacional de La Plata).

Perticari, A., Arias, N., Baigorri, H., De Battista, J., Lett, L., Montecchia, M., … & Vicentini, R. (2003). Inoculación y fijación biológica de nitrógeno en el cultivo de soja. El libro de la soja. Quito: SEMA, 69-76.

Piccinetti, C.; Díaz-Zorita, M.; Arias, N.; Ventimiglia, L. and Perticari, A. (2010). Soybean rizobia inoculation has a positive contribution to argentine grain production. ASA-CSSA-SSSA International 2010 Annual Meeting (31 Octubre – 3 Noviembre, 2010). Green Revolutions 2.0: Food + Energy and Environment Segurity. Long Beach, CA, USA.: At-A-Glance. FBN63257 Agronomy meetings 2010 vf.pdf

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