Establecimiento de un sistema silvopastoril mediante las especies Alnus acuminata H.B.K. y Acacia decurrens Willd y respuesta al empleo de organismos rizosféricos en San Pedro (Antioquia)

M Medina S, H Orozco* y M C Díez**

Grupo GRICA, Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad de Antioquia A.A 1226, Medellín, Colombia
* Docente Jubilado, Universidad Nacional de Colombia, A.A. 3840, Sede Medellín, Colombia
** Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Nacional de Colombia, A.A.3840, Sede Medellín, Colombia
solmedina@agronica.udea.edu.co

Resumen

Las pasturas basadas en el monocultivo y las altas aplicaciones de fertilizantes en el trópico alto, han conllevado a problemas ambientales y en el manejo sanitario y nutricional de los animales.  En este trabajo se estableció un sistema silvopastoril con las especies aliso (Alnus acuminata) y acacia (Acacia decurrens) en una pastura de kikuyo (Pennisetum clandestinum).  Para el montaje del sistema en campo se trazaron bloques constituidos por hileras de las dos especies intercaladas entre ellas y se aplicaron tratamientos basados en la inoculación dual con cepas fijadoras de nitrógeno y hongos endomicorrizógenos arbusculares.  Se midieron las variables de crecimiento altura y diámetro mensualmente por un período de un año. 

La inoculación dual de algunas combinaciones de microorganismos permitieron superar significativamente (P<0.05) al tratamiento sin microorganismos, con el cual se obtuvieron tasas más bajas que las reportadas para otras zonas.  Para el aliso, se encontró además que el tratamiento con fósforo (30mg/kg) igualó a la mejor combinación con microorganismos, indicando la importancia de la inoculación de la especie con hongos endomicorrizógenos que contribuyan a la sostenibilidad del sistema en las condiciones evaluadas.

Palabras clave: bacterias fijadoras de nitrógeno, Frankia, micorrizas, kikuyo (Pennisetum clandestinum), trópico alto

Establishment of a silvo-pastoral system with Alnus acuminata H.B.K. and Acacia decurrens Willd and response to the use of rhizospheric organisms in San Pedro (Antioquia)

Abstract

Many environmental problems and sanitary and nutritional managing of the animals in the high tropic could be by many applications of fertilizers.  In this work a silvo-pastoral system was established by the species alder (Alnus acuminata) and acacia (Acacia decurrens) in a kikuyu (Pennisetum clandestinum) pasture.  For the assembly of the system in field there were planned blocks constituted by rows of both species alternated between them and there were applied treatments based on the dual inoculation by nitrogen fixing bacteria and arbuscular endomycorrhizal fungi.  The variables of growth measured up monthly in a period of one year were height and diameter of the plants. 

The dual inoculation of some combinations of microorganisms allowed to overcome significantly (P <0.05) to the treatment without microorganisms with which there were obtained rates lower than the reported ones for other zones.  Besides for the alder it was found that the treatment with phosphorus (30mg/kg) was equal to the best combination with microorganisms.  It indicates the importance of the inoculation of the species with arbuscular endomycorrhizal fungi that contribute to the sustainability of the system in the evaluated conditions.

Keywords: Frankia, high tropic, kikuyu (Pennisetum clandestinum), mycorrhizal fungi, nitrogen fixing bacteria

Introducción

La base de los sistemas de producción ganaderos en el país la constituye el cultivo de pastos y forrajes y en las zonas lecheras de clima frío del Departamento de Antioquia, se encuentra sustentada básicamente por el pasto kikuyo (Pennisetum clandestinum) el cual se produce en monocultivo con alta exigencia de insumos agrícolas.  Para el caso del municipio de San Pedro, el 58% de los costos de establecimiento corresponde a insumos, que durante la etapa de sostenimiento se incrementan a un 84.5% de los costos totales (Secretaría de Agricultura 1994) gran parte de los cuales corresponden principalmente a fertilizantes nitrogenados; ya que el pasto kikuyo extrae 389kg/ha por año de N para producir 14 ton de forraje seco/ha por año (Lotero 1995) haciendo el sistema poco sostenible y contribuyendo significativamente al deterioro de los recursos naturales principalmente las aguas, el aire y el suelo; trayendo como consecuencia la disminución de la fertilidad del mismo y de su biota edáfica en esos ecosistemas; además de el uso continuo y en exceso de fertilizantes nitrogenados puede causar problemas en los animales entre ellos los de tipo reproductivo.

Para contribuir a la integralidad de esos sistemas de producción, varias instituciones, como el CIAT, la Universidad Nacional, CIPAV, entre otras, han aportado al conocimiento de especies alternativas con potencial para mejorar tanto la oferta de alimento para los animales, como la conservación de la biodiversidad y la salud del ecosistema, basados principalmente en la introducción tanto de especies arbóreas como herbáceas.  Sin embargo, se hace necesario orientar la investigación dentro de cada región en particular, en búsqueda de estrategias que permitan aprovechar la combinación óptima de especies vegetales adaptadas y su biota asociada, la cual contribuye al aporte y/o toma de nutrientes con en fin de optimizar los recursos propios y disminuir el impacto ambiental generado por la explotación ganadera.

La investigación que se realice sobre especies arbóreas adaptadas ecológicamente es prometedora para su empleo en sistemas agroforestales (Budowski 1980), lo que facilita la implementación por parte del productor, debido a la disponibilidad de estos recursos en su propio sistema de producción.  Es este tipo de sistemas de producción agrícola, al sembrar otras especies alternativas, no solamente se estaría conservando la biodiversidad vegetal, sino que además se conservaría la diversidad biológica de ese suelo asociada a ella; mediante la cual se pueden formar relaciones benéficas como la simbiosis para realizar fijación de nitrógeno atmosférico.  De esta forma se mejora la fertilidad natural del suelo, lo que implica un aporte de nitrógeno al cultivo que puede ser significativo si se compara con el deterioro causado por las fuentes de origen químico.  Los sistemas de producción animal basados en forrajes tropicales con leguminosas (herbáceas y/o arbóreas) contribuyen a un uso más sostenible de la tierra a través de la fijación de nitrógeno (Thomas 1995), y mayor actividad biológica en el suelo (Decaens et al 1994).  En el Departamento de Antioquia, la investigación sobre los sistemas silvospastoriles de este tipo se ha orientado a especies forrajeras principalmente del tipo de las leguminosas y algunas otras especies maderables, pero se ha estudiado poco su influencia sobre la sostenibilidad del suelo.  La conservación del recurso suelo empleando especies nativas de la misma zona y organismos adaptados a condición de suelos pobres, se ha estudiado en el departamento como un proyecto sobre rehabilitación biótica de suelos liderado por la Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín (Orozco y Gómez 1994), encontrándose efectos positivos de estas asociaciones en la rehabilitación de suelos degradados por diversos procesos.

Con el fin de contribuir a la sostenibilidad de los sistemas silvopastoriles en la región; el éxito con las plantas a emplear solo se puede lograr con un adecuado funcionamiento del sistema suelo-planta-animal y bajo estas condiciones es conocida la alta capacidad fijadora de fósforo por los suelos y el bajo aporte de nitrógeno por parte de la materia orgánica debido a la baja tasa de mineralización, por lo que el concurso de los microorganismos que tienen que ver con el aumento de la eficiencia de la toma de nutrientes como es el caso de los hongos micorrizógenos y de las bacterias que como aquellas del género Frankia o del tipo rizobio; contribuyen a la toma natural y directa del nitrógeno haciendo menos necesario el alto uso de insumos para mantener rendimientos adecuados.  Se pretende contribuir al conocimiento del impacto generado por la implementación de un sistema silvopastoril con las especies aliso y acacia, ya empleadas en otros trabajos (Giraldo 2000, Orozco et al 2003) inoculadas doblemente con bacterias fijadoras de nitrógeno y hongos endomicorrizógenos en una zona del municipio de San Pedro de los Milagros (Antioquia) y consolidar un sistema para posteriores evaluaciones sobre la sostenibilidad del mismo.

Materiales y métodos 

Montaje del sistema en campo

El sistema silvopastoril se estableció en la Hacienda la Montaña de la Universidad de Antioquia en el municipio de San Pedro de los Milagros (Antioquia) que se encuentra a una altitud de 2475msnm, con una temperatura promedio de 16ºC, perteneciente a una zona de vida bh-MB.  Se empleó un lote con pendiente variable entre el 20 y 30% en una pastura compuesta 90% de kikuyo (Pennisetum clandestinum) y en menor proporción presenta helecho (Pteridium aquilinum), yaraguá peluda (Melinis minutiflora), falsa poa (Holcus lanatus), espartillo (Esporobulus piretii), Desmodium spp., entre otras arvenses menores.  El lote se trazó a tres bolillos a una distancia de cinco metros entre plantas y nueve entre hileras, se realizó el hoyado a 40cm de profundidad por 30cm de diámetro y se transplantaron las plántulas de la etapa de invernadero con 44 y 54cm de altura en promedio para aliso y acacia respectivamente.

Tratamientos

Aliso (Alnus acuminata H.B.K.)

Mediante un trabajo previo en invernadero, se redujeron al número de tratamientos a evaluar en condiciones de campo, debido a los altos costos que implican el establecimiento y la evaluación en campo a través del tiempo.  Para esta especie, se establecieron nueve tratamientos, cinco de los cuales correspondieron a combinaciones de microorganismos (UdeA902xUdeA1905, 902xGlomus fistolosum, 904xCUNMS32, UdeA904xGf, CUNMS502xGf) donde el primer código corresponde a bacterias fijadoras de nitrógeno y el segundo a los hongos endomicorrizógenos arbusculares evaluados, tres tratamientos a la aplicación de nitrógeno, fósforo y boro necesarios para llevar el contenido de los suelos a 40kg /ha de N, 30mg /kg de P y 0.3mg/kg de B respectivamente y un testigo sin aplicación de microorganismos ni de elementos.

Acacia (Acacia decurrens)

El proceso de selección, fue similar al del aliso.  Para esta especie, siete de los nueve tratamientos estuvieron constituidos por las combinaciones de bacterias fijadoras de nitrógeno con hongos endomicorrizógenos arbusculares (UdeA101xGlomus manihotis, UdeA101xUdeA1106, UdeA106xGm, UdeA106xUdeA1105, UdeA106xUdeA1106, CUNMS183xGm, CUNMS183xUdeA1106 ), la aplicación conjunta de nitrógeno y fósforo en las mismas dosis ya descritas y un testigo con las mismas condiciones que en el aliso.

Parámetros evaluados: para ambas especies se midieron mensualmente y por un año consecutivo el diámetro del tallo a 5cm de altura y la altura de la planta.  Además, se determinó el % de prendimiento tres semanas después del transplante.

Diseño experimental y análisis estadístico

En campo, se empleó un diseño en bloques constituidos por hileras de las dos especies vegetales intercaladas entre sí a una distancia de cinco metros entre plantas y nueve entre hileras, formando un total de diez bloques distribuidos de acuerdo a la pendiente del terreno y cada uno con 18 unidades experimentales aleatorizadas al interior de cada bloque, donde se evaluaron nueve tratamientos para cada una de las especies con diez repeticiones por tratamiento.

Resultados

Se encontró que a los seis meses de establecido el sistema, no hubo diferencias significativas entre los tratamientos; mientras que a un año, se encontró diferencia por efecto de la aplicación de fósforo y del tratamiento de las cepas UdeA902xUdeA1905 para la especie aliso (Figuras 1y 2) con respecto al testigo.  En el tratamiento con fósforo se incrementó la altura en promedio en 120cm con respecto a la altura inicial promedio para la especie de 44cm, pero no se diferenció estadísticamente del otro mejor tratamiento (UdeA902xUdeA1905) con el que se obtuvo un incremento promedio de 117cm. 

 Para la especie acacia, igualmente, no se encontraron diferencias significativas a los seis meses, mientras que al año, se encontraron diferencias por efecto del tratamiento de las cepas UdeA106xUdeA1105 para la altura y el diámetro (Figuras 3 y 4) encontrándose por ejemplo un incremento de altura en promedio de 74cm con respecto al promedio original de 54cm.

 En cuanto al incremento en la altura del aliso, se encontró que el modelo (Figura 5) explica en un 78.6% la variabilidad de la altura, indicando que a través del tiempo los incrementos en altura son menos intensivos.  Mediante la prueba de Durbin-Watson, que examina los residuos, se encontró que hay indicio de correlación serial (P<0.05) entre los valores a través del tiempo.

Las tasas de crecimiento para altura y diámetro fueron relativamente bajas comparadas con las obtenidas por otros autores en otros municipios (Tabla 1).

Discusión

Los resultados encontrados indican que para la especie aliso, hubo efecto significativo (P<0.05) solamente del tratamiento de las cepas UdeA902xUdeA1905 en la altura y el diámetro y que uno de los nutrientes más limitantes en el sistema es el fósforo (Figuras 1 y 2), los demás tratamientos estuvieron al nivel del testigo.  Los microorganismos que componen este tratamiento corresponden a la bacteria UdeA902 de Frankia sp. obtenida del Municipio de Manizales (Caldas) y al hongo endomicorrizógeno (HMA) UdeA1905 proveniente del suelo de San Pedro donde se implementó el sistema, lo cual explica su buen comportamiento, debido a que la principal función ampliamente reportada de estos hongos en el suelo es la captación de nutrientes, entre ellos el fósforo; sin embargo hay también autores que atribuyen su beneficio a que los HMA alteran los niveles internos de algunas hormonas dentro de la planta hospedera (Ludwig-Muller, 2000).  Es de anotar también que la respuesta del aliso a la fertilización con fósforo es un indicio de que ésta necesita de algunos otros nutrientes para su crecimiento; tal como lo han reportado numerosos trabajos para varias especies actinorrícicas donde indican la necesidad de aplicar conjuntamente con los microorganismos algunos nutrientes que incluyan elementos menores de acuerdo al análisis del suelo y a las necesidades de los simbiontes (Molina 2005, Rojas et al 2002, Escobar et al 1983, Russell et al 1968).

Para la especie acacia, se encontró efecto significativo (P<0.05) del tratamiento UdeA106xUdeA1105 tanto para la altura como para el diámetro (Figuras 3 y 4), aún por encima del tratamiento donde se empleó conjuntamente nitrógeno y fósforo (NP); lo cual posiblemente sea debido a que ambos microorganismos que componen el tratamiento provienen de la misma zona de estudio y por lo tanto tienen una ventaja competitiva de adaptación a las condiciones edafoclimáticas que no poseen los organismos del resto de los tratamientos evaluados.  Los reportes para acacia en general se limitan a su alta capacidad de sobrevivir a condiciones extremas y a evaluar en algunos casos su aporte de nitrógeno (Arredondo et al 1998) pero poco se sabe sobre la inoculación dual en esta especie que según lo encontrado en este trabajo, muestra ser prometedora para los suelos de ladera del trópico alto.

La inoculación dual de bacterias fijadoras de nitrógeno con hongos endomicorrizógenos, ha sido también probada y evaluada para el aliso negro Alnus glutinosa por Oliveira et al (2005) quienes evaluaron la respuesta a la aplicación conjunta de Frankia spp. Con Glomus intrarradices y encontraron también un efecto sinergístico cuando se comparó con los efectos individuales de esos microorganismos, lo cual también ha sido reportado por otros autores para Alnus acuminata con otras combinaciones de los mismos microorganismos (Orozco et al 2003, Molina 2005); concluyéndose un efecto positivo de la doble inoculación cuando se emplea esta especie para la restauración de ecosistemas degradados, ya que se considera una especie mejoradora del suelo y clave en la revegetalización (Cervantes y Rodríguez 1992) similar a lo encontrado en este trabajo.

La Figura 5 para el mejor tratamiento en aliso, muestra que hay correlación serial de los datos, lo que es lógico ya que las medidas se tomaron sobre los mismos individuos a través del tiempo.  El modelo encontrado para este tratamiento, indica que en el tiempo se espera una menor tasa de crecimiento de acuerdo al primer año de evaluación; sin embargo, teniendo en cuenta que el sistema se estableció sobre un suelo pobre, con baja fertilidad ocasionada por la pendiente del terreno que llega hasta el 30% y el monocultivo del pasto kikuyo que han contribuido a que en esas condiciones haya pérdida de nutrientes y además algunos problemas de degradación; se espera que en el largo plazo, los tratamientos biológicos y los efectos del nuevo sistema como el aporte de materia orgánica, contribuyan a mejorarlo. 

Lo anterior se confirma por la comparación de las tasas de crecimiento con otros trabajos, ya que se encontraron bajas tasas de crecimiento diario para ambas especies cuando se comparó con los resultados de otros municipios (Tabla 1) y los autores allí citados, reportan los sistemas establecidos en suelos con mejores condiciones; sin embargo, para este trabajo, a pesar de las bajas tasas encontradas, se encontró aporte significativo (P<0.05) de los tratamientos donde se realizó inoculación con microorganismos; similar a lo encontrado para la especie aliso en Jardín (Antioquia) (Molina 2005) y para la especie Aliso negro (Oliveira et al 2005).

El uso conjunto de estas dos especies en trópico alto presenta buen funcionamiento (Murgueitio e Ibrahim 2001) ya que el aliso ha sido empleado como especie para leña y sombra y la acacia para ramoneo (Ríos et al 2004) esta última con un efecto importante en la disminución de la producción de metano cuando se incluye en la dieta de los animales (Carmona 2005), buena calidad nutricional (Arredondo et al 1998, Giraldo, 2000) y alta sobrevivencia y tasa de crecimiento (Arredondo et al 1998); además, ambas especies se adaptan bien a suelos pobres y cumplen el papel fundamental de fijar nitrógeno atmosférico en forma simbiótica.  Lo anterior implica que el sistema silvopastoril con ambas especies, puede prestar beneficios a largo plazo en el aporte de nutrientes, aporte de materia orgánica con tasa de descomposición diferente a la de las especies allí presentes, reciclaje de nutrientes y contribuir al mejoramiento de algunas de las propiedades del suelo que repercutirán en el menor impacto ambiental de la ganadería de trópico alto establecida en ladera.

Conclusiones

• Las especies aliso (Alnus acuminata) y acacia (Acacia decurrens) presentaron bajas tasas de crecimiento en altura y diámetro en el Municipio de San Pedro (Antioquia) comparadas con las reportadas para otras regiones del país; para el aliso las tasas fueron de 0.25cm/día y de 0.024mm/día para altura y diámetro respectivamente y para la acacia fueron de 0.12cm/día y de 0.014mm/día para las mismas variables.

  
  

• La inoculación dual de bacterias fijadoras de nitrógeno y hongos endomicorrizógenos, permitió aumentar significativamente las tasas de crecimiento del aliso en 24% y 50% para las variables altura y diámetro respectivamente; igualmente para la acacia e incrementaron en 92% y 71% para las mismas variables.

  
  

• Las evaluaciones sobre tasas de crecimiento para ambas especies, se deben hacer a partir del primer año de establecido el sistema en campo, ya que no se encontraron diferencias significativas antes de este período.

  
  

• Se recomienda que el aliso sea inoculado con hongos endomicorrizógenos y con fuentes de fósforo de lenta disponibilidad que garanticen un suministro adecuado del elemento a la planta, buscando la sostenibilidad de la especie y su aporte al sistema a largo plazo. 

Agradecimientos

Los autores expresan sus agradecimientos al CODI (Comité para el Desarrollo de la Investigación) de la Universidad de Antioquia por la financiación del proyecto con código E00750, a Jorge Ochoa Zoot. y al Departamento Académico de Haciendas de la Universidad.

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Received 21 September 2007; Accepted 10 October 2007; Published 1 January 2008

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