Autores: Martín Díaz Zorita1, Alejandro Perticari2, Carlos Piccinetti3 y Luis Ventimiglia4

1Bayer Crop Science y Fertilizar AC, 2EEA INTA San Luis3 , IMyZA INTA Castelar, 4INTA 9 de Julio

La soja [Glycine max (L.) Merril.] evolucionó estableciendo relaciones simbióticas con bacterias del suelo fijadoras de N2, denominadas en forma genérica rizobios. Como resultado de esta asociación mutualista se forman nuevas estructuras en las raíces de soja, los nódulos, donde ocurre la Fijación Biológica de Nitrógeno (FBN). Se reconoce como FBN a la capacidad de transformar una molécula inerte y abundante del aire (N2) en amonio, mediante un complejo sistema enzimático denominado de la nitrogenasa y que se describe por ejemplo en la simbiosis entre rizobios y leguminosas. La soja cuando está en simbiosis cubre sus requerimientos de Nitrógeno (N) desde dos fuentes una proveniente del aporte del suelo y otra desde la FBN.

La disponibilidad en la nutrición con N tiene un rol central en la producción de soja tanto por su funcionalidad como por su cantidad, se conoce que para producir una tonelada de granos de soja se requieren en entre 70 y 80 kg de N.

Los dos mayores grupos de bacterias presentes en los nódulos de soja en forma natural son de los géneros Bradyrhizobium (rizobios de crecimiento lento) y Sinorhizobium (Ensifer) o rizobios de crecimiento rápido. En suelos de China, dónde los rizobios específicos para soja son naturales, los rizobios de crecimiento rápido son dominantes sobre los otros grupos. En cambio, en el resto del mundo el género Bradyrhizobium es el más utilizado principalmente por su mayor efectividad en aportar nitrógeno a las plantas noduladas. Los cultivares desarrollados por mejoramiento en América tendrían mejores respuestas en simbiosis con Bradyrhizobium mientras que los mejorados en Asia lo serían con Sinorhizobium.

En Argentina, el cultivo de soja desde sus inicios fue acompañado por la inoculación, proceso para incorporar los rizobios específicos a las semillas o suelo cultivado con soja, dado la inexistencia en nuestros suelos de las bacterias específicas capaces de establecer simbiosis funcional con soja, como por ejemplo Bradyrhizobium japonicum, B. elkanii o B. diazoefficiens. Las cepas utilizadas para la producción de inoculantes para Argentina han sido seleccionadas por su capacidad para formar nódulos (infectividad) y para fijar N (efectividad), la sobrevivencia en las semillas y en el suelo, la adaptación o tolerancia a situaciones de estrés, la estabilidad genética, como así también es fundamental la capacidad de crecimiento en las condiciones de producción de los inoculantes. Los estudios de selección comienzan en laboratorio, continúan en invernáculo y finalizan con ensayos en condiciones de campo en las diferentes áreas cultivadas con soja. Luego de un programa de selección de cepas iniciado en 1980 por el INTA con numerosos estudios en diferentes áreas productivas, se seleccionó por su aptitud simbiótica a la cepa E109 de B. japonicum como recomendable para la inoculación de soja.

En la actualidad son más las cepas con validadas contribuciones efectivas para la nutrición nitrogenada de soja y que se emplean en inoculantes modernos, sin embargo, la cepa E109 continúa siendo una cepa de referencia de eficiencia simbiótica para las condiciones productivas predominantes en Argentina.

Los inoculantes, son productos biológicos conteniendo a los rizobios seleccionadas por su capacidad de fijar N2 en soja, vivos y en condición fisiológica activa hasta su aplicación sobre las semillas o en el surco de siembra. En el listado del SENASA, organismo nacional de fiscalización de este insumo, se encuentran más de 100 presentaciones de inoculantes registrados para su utilización en cultivos de soja mostrando diversos tipos de presentaciones (ej. líquidos o sólidos, incorporación de compuestos para el mejoramiento de la nodulación y de la FBN, etc.). También encontramos registros de sistemas de protección o de acondicionado de los inoculantes que mejoran su compatibilidad con otros tratamientos de semillas y permiten la inoculación anticipada (pre-inoculación) ya sea para tratamientos en el campo o profesionales en centros específicos para el tratamiento de las semillas.

Los inoculantes modernos, además de aportar cepas para una eficiente fijación del nitrógeno, han incluido compuestos para mejorar la capacidad de nodulación y eficiencia del proceso tales como factores Nod o moléculas señal e inductores. También se presentan diversos aditivos de protección osmótica y antioxidantes que mejoran la superviviencia de las bacterias del inoculante ante situaciones de estrés (desecación) tanto en aplicaciones en el momento de la siembra como anticipadas y en presencia de otros tratamientos de semillas.

La aplicación en el surco de siembra es una alternativa también recomendada de inoculación, tanto por decisiones de logística del proceso como necesaria ante la utilización de formulaciones con terápicos u otros productos no compatibles para el contacto directo con los rizobios. Tal diversidad de presentaciones responde a la complejidad en las condiciones de producción de soja derivando en soluciones también diversas tal de aportar soluciones efectivas para la normal nutrición nitrogenada del cultivo.

En este artículo compartiremos algunos de los resultados que validan la contribución del manejo de la nutrición biológica nitrogenada para la producción de soja en ambientes argentinos y discutiremos algunas consideraciones para su implementación eficiente.

Aportes de la inoculación de soja en sistemas productivos argentinos

  • Efectos sobre la formación del sistema nodular

La inoculación de soja es la única práctica agrícola difundida actualmente disponible que proporciona mayor certidumbre de poder generar simbiosis temprana en el cultivo y así disponer del N de la atmósfera para su normal y eficiente nutrición desde estadios tempranos de crecimiento. Con esta tecnología se logra la incorporación efectiva, sobre la superficie de las semillas de soja previo a la siembra de estas o al suelo acompañando la operación de siembra, de un alto número de bacterias del suelo fijadoras del N2 atmosférico. En el procedimiento se debe lograr que cada semilla contenga una cantidad (“carga”) de rizobios óptima para una adecuada nodulación.

En suelos sin rotación con soja previa, donde no se encuentran rizobios naturalizados, cuando hay fallas en la inoculación y la oferta de N desde el suelo es insuficiente para sostener el crecimiento del cultivo, es frecuente observar muchas plantas de soja con coloración verde amarillentas sin nódulos por la tanto sin fijar N2 con importante reducción en los rendimientos. En suelos con antecedentes de cultivos de soja inoculados encontramos poblaciones de rizobios introducidos o naturalizados. Sin embargo, como los rizobios son poco móviles en el suelo su distribución en los suelos no es homogénea y no todas las semillas estarán en contacto adecuado con poblaciones de rizobios del suelo tal de lograr un aporte eficiente de N a las plantas. En estos sitios, al inocular adecuadamente logramos que cada semilla cuente con el número de rizobios necesarios para una rápida y adecuada nodulación y con cepas seleccionadas para una temprana y eficiente fijación del N2.

Al no inocular, dependemos de los aportes provenientes de poblaciones naturalizadas de rizobios que con frecuencia no son homogéneas en su composición dado las diferentes situaciones de selección ante condiciones de estrés a las que han sido expuestos (ej. sequías intensas, inundaciones, aplicación de diferentes agroquímicos, altas temperaturas, desecación, etc.). En general, si bien las cepas naturalizadas muestran alta infectividad observándose gran capacidad para nodular y sus aportes para fijar N2 (eficiencia) es variable detectándose abundantes casos de cepas ineficientes o parásitas.

La ubicación de los nódulos en el sistema de raíces de soja es un factor de relevancia para alcanzar una eficiente fijación del N2. A igualdad de peso seco de los nódulos, la capacidad de reducción del N (medida de la fijación del N2) fue casi 10 veces superior en los nódulos de raíces primarias que en las laterales (Racca, 1986). Como la formación de los nódulos ocurre en sectores de las raíces en activo crecimiento, la inoculación (incorporación de altas concentraciones de cepas seleccionadas de rizobios) resulta en una práctica clave para lograr una eficiente FBN. Sobre 28 estudios realizados sobre lotes con distinta historia agrícola, tipos de suelos y utilizando las variedades de soja recomendadas para cada ambiente y con las variaciones interanuales normales de temperatura, precipitaciones, radiación, etc. la respuesta promedio a la inoculación mostró mayor número de nódulos por planta con diferencias principalmente sobre la raíz principal (Figura 1). Estas diferencias son consistentes, con una frecuencia de mejoras en más del 80 % de los casos. En cambio, el número de nódulos sobre las raíces laterales mostró menos diferencias por la inoculación y con menor frecuencia de casos con respuesta (70 %). Similares respuestas se describen al analizar los cambios en la biomasa de los nódulos (Figura 1) sugiriendo la utilidad de estos indicadores simples a considerar en evaluaciones de campo para validar la contribución de la inoculación en la formación del sistema nodular de soja. Además de describir la ubicación relativa de los nódulos es recomendable registrar la proporción de plantas con el patrón objetivo de nódulos tal que cada planta logre un eficiente abastecimiento nitrogenado durante su crecimiento.

Figura 1. Cambios en la nodulación de soja según tratamientos de inoculación. Promedio de 28 sitios de producción en Argentina (Piccinetti y col. 2011).
  • Contribución a la incorporación de nitrógeno en cultivos de soja

Estudios recientes del INTA junto con investigadores de universidad y de la actividad privada cuantificaron los aportes de N desde la FBN en las condiciones actuales de producción de soja en Argentina (Collino y col., 2015). Se determinó que la proporción de N derivado de la FBN representó el 58 % de la absorción total de N. En términos absolutos, el N derivado del FBN osciló entre 15 a 337 kg N ha-1, con un valor promedio de 153 kg N ha-1. La FBN se relacionó positivamente con el rendimiento en granos con una pendiente de 52 kg N ha-1 fijada por cada tonelada producida de soja. La captación de nitrógeno se relacionó linealmente con el rendimiento de semilla con una pendiente de casi 14 kg de grano por kg de N captado desde el suelo.

En resumen, según estos resultados que representan los sistemas actuales de producción de soja argentinos, la FBN explica gran parte de la nutrición nitrogenada del cultivo (58 %) que demanda unos 78 kg por cada tonelada producida, 52 kg aportados a la biomasa aérea desde la FBN, 14 kg aportados desde el suelo y aproximadamente 12 kg estimados de la incorporación por FBN en el sistema de raíces. En ensayos bajo condiciones de controladas de manejo donde se comparó el aporte de la inoculación como N derivado de la FBN (Piccinetti y col. 2011) se observó que los tratamientos inoculados podrían incorporar en promedio unos 20 kg adicionales de N fijado por hectárea por sobre el N en tratamientos sin inocular pero nodulado con rizobios naturalizados (Tabla 1).

Tabla1. Contribución de la inoculación de soja sobre aportes de N en sitios con nodulación naturalizada. Promedio de 9 ensayos en Alberdi (Buenos Aires), Runciman, Cañada de Gómez, Casilda y Oliveros (Santa Fe), Huinca Renancó y Jesús María (Córdoba). NdFBN; nitrógeno derivado de la fijación de N2, Nsuelo: nitrógeno aportado desde el suelo, CV%: coeficiente de variación en porcentaje, p: nivel de significancia de la diferencia entre tratamientos. Letras diferentes en sentido vertical indican diferencias entre tratamientos. Adaptado de Piccinetti y col. 2011.

Materia seca aérea N total NdFBN N suelo FBN %
Tratamiento kg ha-1
Control 6950 b 175 b 111 b 63 a 58 a
Inoculado 7830 a 197 a 132 a 66 a 62 a
CV% 17,8 18,0 24,5 40,0 22,0
p 0.008 0,009 0,006 0,850 0,203

Los aportes de la FBN son crecientes durante el crecimiento de soja alcanzando sus mayores aportes hacia estadios finales de las etapas reproductivas (R5 y R6). Abundantes estudios muestran que la ocurrencia de factores de estrés abiótico, tal como el hídrico (exceso o déficit) inciden sobre la nodulación y sobre la actividad simbiótica disminuyendo significativamente los aportes de N provenientes de la FBN. Por otra parte, se reconoce que la defoliación (plagas o enfermedades foliares) que impliquen disminución del área foliar en estados previos afecta negativamente sobre la FBN.

  • Mejoras en los rendimientos

En Argentina, la producción de soja muestra un crecimiento tanto en el área de cultivo como en los rendimientos medios individuales en relación con la incorporación de tecnologías tales como genotipos modernos mejorados y recomendaciones para su manejo entre las que se encuentra el uso de inoculantes con rizobios (Piccinetti y col. 2013). A partir de la compilación de 1143 ensayos de inoculación realizados entre las campañas 2001/2 y 2018/19 con diferentes formulaciones comerciales conteniendo B. japonicum aplicados en tratamientos de semillas considerando las recomendaciones específicas de uso de cada uno de los productos. Todos los ensayos se instalaron en lotes con suelos aptos para prácticas agrícolas en las diferentes regiones argentinas de producción de soja, en rotación agrícola con antecedentes del cultivo y se condujeron bajo prácticas de producción representativas de cada región (i.e. sistema de labranza, fecha y densidad de siembra, control de plagas, de enfermedades y de malezas, etc.).

Los rendimientos de soja variaron entre 150 y 7067 kg ha-1 (promedio 3531 kg ha-1) con coeficientes de variación similares entre regiones (29,6%) y entre campañas (27,7%) mostrando diferencias entre tratamientos de inoculación. En promedio para los 1143 casos estudiados la inoculación mostró incrementos de 228 kg ha-1, equivalentes a 8,1% de aumento sobre el control sin inocular que al considerar el 80,7 % de los casos correspondientes a los sitios con respuestas positivas la contribución de la práctica de inoculación fue de 322 kg ha-1 equivalentes al 11,2 % de mejora sobre el control.

En todas las campañas estudiadas (2001/02 a 2018/19) los cultivos inoculados con B. japonicum mostraron en promedio mayores rendimientos que los controles con respuestas medias anuales de entre 115 y 332 kg ha-1 equivalentes a entre 4,1 y 15,1 % de los rendimientos alcanzados. Durante el período estudiado los rendimientos se incrementaron aproximadamente a razón de 53 kg ha‑1 año‑1 sin diferencias entre tratamientos de inoculación (p<0,93) sugiriendo una contribución independiente de esta práctica ante mejoras en la producción de soja (Figura 2).

Figura 2: Evolución de la producción media anual de soja según tratamientos de inoculación con Bradyrhizobium japonicum evaluada en 1143 sitios de cultivo en Argentina (Adaptado de Perticari y col. 2019).

Los rendimientos medios entre regiones variaron entre 2654 y 3924 kg ha-1 mostrando en todos casos contribuciones de la inoculación entre 168 y 268 kg ha-1 equivalentes a entre 6,0 y 11,8 % de los rendimientos alcanzables. La proporción de casos con respuestas positivas varió entre 73 y 87 % siendo creciente en la medida que las respuestas a la inoculación, tanto en términos absolutos como relativos, se incrementaron. Las diferencias en producción media entre las regiones consideradas no mostraron efectos significativos sobre la contribución a los rendimientos según los tratamientos de inoculación estudiados (p<0,98). Este comportamiento sugiere que las diferencias en magnitud y frecuencia de las respuestas se asociaría a mayormente a diferencias entre condiciones de manejo de la práctica en interacción con el ambiente productivo sin estrecha vinculación con la productividad del cultivo.

Al aumentar la disponibilidad de nutrientes tales como fósforo, azufre y otros elementos sin incluir nitrógeno mejora el crecimiento de las leguminosas y la consecuente formación de nódulos permitiendo así una mayor eficiencia en el aporte directo de nitrógeno a las plantas. Algunos estudios muestran que bajo limitaciones en la disponibilidad de fósforo tanto la nodulación como la contribución a la producción de cultivos inoculados con rizobios se reducen (Díaz-Zorita y col. 2010). Resultados similares sobre la nodulación en interacción con la fertilización fosfatada descriptos en la región sojera argentina han sido reportados en condiciones de producción de soja de secano en ambientes subhúmedos (Abbasi y col. 2008) validando la importancia del sostenimiento en la oferta inicial de este nutriente para el adecuado establecimiento del sistema nodular y posterior proceso de nutrición nitrogenada del cultivo. Según Divito y Sadras (2014), el fósforo regula la fijación biológica de nitrógeno directamente al restringir el desarrollo de los nódulos o indirectamente al limitar el crecimiento de las plantas. El agregado de fósforo mejora tanto la formación de nódulos en biomasa individual cómo en número.

En esta revisión, la contribución de la aplicación de azufre sobre la formación de nódulos mostró resultados de mayor magnitud relativa y consistencia que al fertilizar con fósforo. Sin embargo, su contribución sobre la fijación del nitrógeno, también a partir de limitados estudios, sería menor que al fertilizar con fósforo (Santachiara y col. 2019). Recientes evaluaciones del estado de fertilidad de suelos en la región pampeana muestran crecientes áreas con potenciales niveles limitantes en la oferta de nutrientes, entre los que se encuentra el fósforo, que podrían afectar la normal producción de soja (Sainz Rozas y col. 2019). De la revisión de 78 estudios de manejo integrado de la nutrición de soja en Argentina se describen diferencias entre tratamientos de inoculación con rizobios tanto como de fertilización la fertilización con fósforo, con azufre o su combinación (Figura 3). Se observó que la contribución relativa de la inoculación sobre los rendimientos no mostró diferencias significativas entre cultivos sin fertilizar (9,4 %) y fertilizados con fósforo, azufre o su combinación (8,2 %). Sin embargo, la respuesta media a la fertilización fue menor (370 kg ha-1) en cultivos sin inocular que en los inoculados (740 kg ha-1) sugiriendo la importancia del manejo integrado de la nutrición de soja para acompañar un mayor crecimiento y productividad.

Figura 3: Rendimiento de soja según tratamientos de fertilización con fósforo, azufre o su combinación e inoculación en 78 sitios experimentales de Argentina. Las barras en las columnas muestran el error estándar de la media. Adaptado de Díaz-Zorita y Fernández-Canigia, 2016.

Algunas recomendaciones para alcanzar una alta nutrición biológica con nitrógeno:

  1. Utilizar inoculantes de calidad comprobada y con composición acorde a las condiciones de aplicación, almacenamiento y siembra del cultivo.
  2. Aplicar un proceso de inoculación preciso y uniforme tal que permita que todas las semillas tratadas contengan una cantidad suficiente de rizobios para una nodulación adecuada.
  3. Al aplicar aditivos de acondicionado (“protectores”) u otros tratamientos en combinación con los inoculantes (ej. fungicidas, insecticidas, etc.) respetar las recomendaciones de uso (ej. dosis, secuencia de aplicación, etc.) provistas por el proveedor del inoculante.
  4. Evitar la incorporación de otros tratamientos en contacto con el inoculante no validados por el proveedor de este.
  5. Tratar semillas con alto poder germinativo y vigor.
  6. Sembrar en condiciones que permitan una rápida germinación, emergencia e implantación.
  7. Seleccionar prácticas de manejo agronómico (genotipos, fecha de siembra, protección, nutrición, etc.) adaptadas para condiciones de alta producción en el ambiente de cultivo seleccionado.
  8. Lograr adecuada nutrición del cultivo con fósforo, azufre y otros elementos potencialmente limitantes al normal crecimiento de soja evitando condiciones de altos aportes de nitrógeno.
  9. Proveer adecuadas condiciones de protección del área foliar fotosintéticamente activo.

Comentarios finales

La inoculación de soja es una práctica agronómica de alto valor para el cultivo que muestra una alta adopción y contribuciones en las condiciones frecuentes de producción argentinas. Abundantes estudios validan su contribución tanto en la formación del sistema de nódulos como de los aportes en la nutrición nitrogenada de soja. Los aportes de la inoculación acompañan a las mejoras resultantes de la incorporación de otras prácticas de manejo que explican el crecimiento en la producción del cultivo.

En promedio de más de mil estudios se observa que al aplicar prácticas recomendadas de inoculación la contribución en producción es consistente (más del 80 % de los casos) con contribuciones a los rendimientos de soja que representan aproximadamente el 11 % de la producción alcanzada por los cultivos. Las diferencias en estos aportes se asocian mayormente a diferencias en productividad entre sitios y resultan independientes de las campañas y regiones de cultivo.

Referencias

Abbasi, M. K.; A. Majeed; A. Sadiq y S. R. Khan. 2008. Application of Bradyrhizobium japonicum and Phosphorus fertilization improved growth, yield and nodulation of soybean in the sub-humid hilly region of Azad Jammu and Kashmir, Pakistan. Plant Prod. Sci. 11: 368-376.

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

Díaz-Zorita, M. y M.V. Fernández Canigia. 2016. El aporte de la microbiología para mejorar el uso de fertilizantes y reducir sus efectos ambientales. En Lavado, R.S. (ed.), Sustentabilidad de los Agrosistemas y Uso de Fertilizantes. 1ra ed. Asociación Argentina de la Ciencia del Suelo, Ciudad Autónoma de Buenos Aires. Argentina. 272 pp. Cap. 11., p. 4ta Parte. 223-241.

Díaz-Zorita, M., J. M. D. Aranguren, R. Aguilar y E. H. Satorre. 2010. Fertilización fosfatada e inoculación de soja en Vertisoles. Ci. Suelo (Argentina) 28: 215-222.

Divito, G. y V. Sadras. 2014. How do phosphorus, potassium and Sulphur affect plant growth and biological nitrogen fixation in crop and pasture legumes?.legumes? Field Crop Res. 156: 161-171.

Perticari,M.; L. Ventimiglia, C. Piccinetti, M. Díaz-Zorita. 2019. Variabilidad regional y estacional de la inoculación de soja. Actas del Congreso Mercosoja 2019, Rosario (SF, Argentina).

Piccinetti, C F; Enrico, JM; Capurro, JE; Murúa, LA, Martínez, F; Resch, GF y Perticari, A. 2011. La inoculación con la cepa E10 de Bradyrhizobium japonicum mejora la fijación biológica del N2 y la producción del cultivo de soja en la región pampeana argentina. XXV Reunión Latinoamericana de Rizobiología (XXV RELAR) y I Congreso Nacional de Microorganismos Promotores del Crecimiento Vegetal (I MIPCV), Piriápolis, Maldonado, Uruguay, del 4 al 9 de Setiembre de 2011. pp. 39.

Piccinetti, Carlos F., Norma Arias, Luis Ventimiglia, Martín Díaz Zorita, León Murua, Héctor Sanchez, Gustavo Ferraris, Fernando Mousegne, Hugo Fontanetto, Eduardo Sá Pereira, Julia Capurro, JM Enrico; Carlos Lopez, Adolfo Sebastían Carrizo, Fernando Salvagiotti, Daniel Collino y Alejandro Perticari. 2013. Efectos positivos de la inoculación de soja sobre la nodulación, la FBN y en los parámetros de producción del cultivo. Libro Microbiología Agrícola. Un aporte de la investigación en Argentina, 2da edición. ISBN: 978-987-1726-17-2.

Racca, W.R. 1986. Efectos de diferentes períodos de penuria hídrica sobre crecimiento, desarrollo y producción en soja. Revista de la Asociación Argentina de la Soja VII(I):6-11

Sainz Rozas, H., M. Eyherabide, G. Larrea, N. Martinez Cuesta, H. Angelini, N. Reussi Calvo y N. Wyngaard. 2019. Relevamiento y determinación de propiedades químicas en suelos de aptitud agrícola de la región pampeana. En: Fertilizar AC, Actas del Simposio Fertilidad 2019, 141-157 pp.

Santachiara, G.; F. Salvagiotti y J.L. Rotundo. 2019. Nutritional and environmental effects on biological nitrogen fixation in soybean: A meta-analysis. Field Crops Research 240: 106-115.