Impacto de la Fijación Biológica de Nitrógeno en la Producción de Soja

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Ing. Agr. Alejandro Perticari – AMS- IMYZA aperticari@cnia.inta.gov.ar
Coordinador Proyecto Inocular – Convenio de Asistencia Técnica INTA-25 empresas del sector Inoculantes

Dedicado a precursores de la práctica Sres Miguel Harnan, Raul Martinez Lalis y Bernardo Leicach.

Según Cuniberti, et al 2004 en el ciclo 2003/4 según la Bolsa de Cereales al 26/06 la siembra total de soja fue de 14,5 millones de hectáreas, con un rinde promedio de 22,1 qq/ha y una producción de 31,6 millones de toneladas. La sequía del verano redujo los rendimientos en un 20,5%, de allí la menor producción, pese a que la superficie sembrada se incrementó un 13,3%. La importante reducción del promedio de rendimiento y producción nacional se explicaría por las reducidas a nulas precipitaciones primaverales, lo que determinó un atraso de más de un mes en la siembra, con el agregado lluvias dispersas en los meses de enero y febrero según región. Otro aspecto influyente lo fueron las siembras en suelos con menor aptitud agrícola como áreas anteriormente ocupadas por agua que se secaron o sobre suelos de menor calidad, que además de menores rindes, elevaron la variabilidad de los mismos.. De la superficie cultivada con soja, el 70% corresponde a primera siembra (10 millones de hectáreas) y el resto a soja de segunda después del trigo. La soja y sus derivados representan actualmente el principal producto de exportación y ubican a la Argentina como el primer exportador mundial de aceite y harina de soja; y como tercer productor mundial de soja luego de EEUU y Brasil.

La soja presenta una alta acumulación de proteínas en las semillas lo cual la convierte en el cultivo con la mayor demanda de Nitrógeno (N) y la menor producción de biomasa de semilla por fotoasimilado producido. Por eso, el N es el nutriente más crítico para el cultivo. Se estima que se requieren 80 kg de N para producir una tn de soja. Es decir, un rendimiento promedio de aproximadamente 3000 kg/ha equivalente a una demanda de 240 kg/ha de N. Al ser la soja una leguminosa puede cubrir sus requerimientos de N a partir del aporte de N del suelo por la mineralización de N orgánico y por medio de la Fijación Biológica de Nitrógeno (FBN). Los procesos de agriculturalización, intensificación y simplificación que han experimentado los sistemas productivos de nuestro país han llamado la atención por su impacto sobre el eje ecológico del concepto de sustentabilidad. De hecho, la reducción de la diversidad planificada (es decir, de cultivos), el empobrecimiento de los suelos y alteración del ciclo de nutrientes, y la reducción de la materia orgánica, con el potencial impacto negativo sobre el resultado de las empresas y su estabilidad, han aparecido como los primeros riesgos asociados a estos procesos (Satorre, 2003). Es decir que como consecuencia del uso intensivo de los recursos son cada vez menores los aportes de N esperados desde el suelo y ante la ausencia de fertilización química de N se puede afirmar que para nuestras condiciones de cultivo:

 

El rendimiento de soja, si no existen otras limitantes, es dependiente de la capacidad de acumular N que logre el cultivo en particular desde la FBN.

  

Simbiosis: Nodulación y fijación biologíca.

En condiciones ideales de expresión de la simbiosis, la nodulación comienza a a visualizarse a los 3-5 días y la actividad de fijación desde los 10-15 días de emergencia. Los valores de N fijado son bajos de los estados vegetativos hasta comienzos de floración, con registros promedio 0,5-1kg de Nfijado/ha/día. De ahí en adelante se registra la mayor actividad. Las tasas máximas de fijación se sitúan entre los estados reproductivos R5-R6 con valores promedio de 3 y máximos de 5kg de Nfijado/ha/día. Luego de esta etapa el proceso cae en forma abrupta. Imsande (1998) trabajando con distintas fuentes de N (nitratos, urea y N de FBN) registró aportes de 600 mg de N/planta por la fijación durante el período de llenado de granos. En presencia de niveles no inhibitorios de N inorgánico, la rápida fijación de N2 durante el llenado de granos mejora la eficiencia de la fotosíntesis de la soja y por este motivo se espera mayor acumulación de materia seca con esta fuente de N.

La evolución de la FBN está relacionada con la tasa de acumulación de carbono (C), por lo tanto, las limitaciones nutricionales que afecten el crecimiento del cultivo afectarán la tasa de acumulación de N (García 2000). Por otro lado, numerosos nutrientes intervienen directamente en el proceso de fijación, por ejemplo magnesio (Mg), Mo, Fe y Co (Purcell, 1999).

La evolución de la nodulación expresada como materia seca por planta es coincidente con lo descripta para la FBN.

Si no hay limitaciones ambientales, se puede observar que en estados vegetativos V4-V5 las plantas cuentan con 10-12 nódulos/planta, ubicados en un mayoría en la parte superior de la raíz primaria, con un peso por planta superior a 80 mg y un peso individual de nódulo de 4 a 5 mg. En estado reproductivo R5-R6 la adecuada nodulación presenta más de 40-50 nódulos por planta, de los cuáles por lo menos 12 se encuentran en parte superior de la raíz primaria, de tamaño mediano a grande, 6-8 mm de diámetro. El peso seco de nódulos por planta óptimo ronda los 800-1000 mg y el peso individual de nódulo de 7 a 10 mg. En todos los casos la coloración interna de la mayoría de los nódulos es roja o rosada por presencia de leghemoglobina. Cuando el nódulo se deteriora por senescencia natural ó motivada por algún estrés y finaliza la FBN, cambia de coloración interna y toma coloración verde por la presencia de legcoleglobina, y en el estado final previo a la degradación es amarronado por la presencia de legmethemoglina. El comienzo de la etapa de senescencia nodular en condiciones ideales se inicia en estado reproductivo R6, el comienzo en etapas previas es indicador de interrupción de la FBN por causas adversas de diversa índole, como estrés hídrico, cepas ineficientes, etc-.

  

Es imprescindible la formación de nódulos como condición para iniciar el proceso de FBN. No siempre la nodulación observada es la adecuada. El periodo de fijación debe comenzar en etapas vegetativas tempranas y finalizar en estados reproductivos avanzados con la finalidad de obtener la mayor cantidad de N por esta vía. La senescencia temprana de los nódulos indica condiciones adversas para la FBN.

  

Inoculación

Cuando en el suelo no se dispone de los rizobios adecuados, al inocular se agregan artificialmente rizobios seleccionados sobre la semilla o el suelo. El producto biológico desarrollado para este fin se denomina inoculante. En la década del 70, cuando se produjo la expansión del cultivo dado la inexistencia de en nuestros suelos de Bradyrhizobium japonicum o B. elkanii, se consideró necesaria la incorporación de estas bacterias a las semillas por intermedio de la inoculación (Pacheco Basurco, 1983). Los efectos sobre el rendimiento del cultivo fueron evidentes y esto permitió una alta adopción de los inoculantes y de la tecnología de aplicación en los productores de soja.

Cepas de rizobios: El inicio de cualquier programa de mejoramiento de la FBN es la selección de cepas. Los criterios básicos a considerar en el proceso de selección son la capacidad para formar nódulos, (infectividad), 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 comienzan en laboratorio donde se evalúa la infectividad. Con las cepas preseleccionadas se inician estudios de invernáculo a fin determinar la efectividad de las mismas. Finalmente se realizan ensayos en condiciones de campo en diferentes áreas cultivadas con soja.

Las cepas más eficientes son aquellas que tienen mayor cantidad de nódulos medianos y grandes, siendo rojos en su interior, ubicados en raíz primaria y tienen rápida y prolongada fijación (desde estado V2-V3 hasta R6).

En cambio las rizobios menos eficientes tienen nódulos mas pequeños, ubicados en raíces secundarias y tienden a paralizar la FBN en etapas más tempranas (anteriores a floración) presentando en esos casos nódulos de coloración verde.

Los biotipos ineficientes tienen nódulos pequeños, no tienen presencia visible de leghemoglobina y son en su interior blancos desde etapas muy tempranas. Estos no realizan la FBN y son consideradas cepas parásitas.

En IMYZA-INTA luego de un programa de selección iniciado en 1980, con numerosos ensayos en diferentes áreas productivas, se ha determinó a la cepa E109 de Bradyrhizobium japonicum es una de las cepa recomendables para la inoculación de soja (Perticari, et al 1994).

En el caso particular del NOA se han seleccionado cepas naturalizadas de esos suelos que, utilizadas como inoculante, inducen a mayores rendimientos de soja que la cepa E109. Esto sugiere que en las cepas del suelo hay potencial genético para aumentar el aporte de la FBN desde el punto de vista del microsimbionte (rizobio). Entonces, no está cerrado el proceso de selección y es factible que la información futura nos indique que otras cepas puedan reemplazar a la actualmente recomendada.

La actividad privada también realiza sus propios estudios de selección determinando que para su producto la cepa de Bradyrhizobium japonicum a emplear sea distinta a la recomendada oficialmente. Resultados de evaluaciones en diferentes ambientes, muestran que no hay diferencias significativas entre las cepas actualmente registradas en el mercado, tanto de origen oficial como privado, en cuanto a infectividad, efectividad y en definitiva sobre la producción de soja.

  
Tipos de Inoculantes: Los productos disponibles en el mercado se dividen en soportes líquidos y con soportes pulverulentos. Entre los líquidos encontramos acuosos y oleosos. Entre los pulverulentos están los de soporte turba y dolomita. En los últimos Registros del SENASA, se verifica que existen en el país más de 40 marcas comerciales de inoculantes para soja, registradas por 26 empresas productoras. Las condiciones de almacenamiento y transporte requeridas por cada producto deben ser respetadas. Para la mayoría de la situaciones es indispensable no exponer los productos al sol, ni a temperaturas superiores a 25º C. Es sumamente, riesgoso almacenarlo en contacto con productos químicos que puedan dañarlo. Sin embargo, debe mencionarse que no siempre en los centros de distribución los productos están almacenados correctamente y en muchos casos conspira contra la concentración de rizobios disponibles en el inoculante. 

Según la Resolución Nº 310/1994 del SENASA los inoculantes deben contener no menos de 1000 millones (109) de rizobios por g o ml de producto a la fecha de elaboración y no menos de 100 millones (108) por g o ml a la fecha de vencimiento. Por la inoculación se deben incorporar 80 mil rizobios por semilla de soja. Un inoculante apto debe permitir que más del 80% de las plántulas de soja, colocadas en vermiculita, tengan 3 o más nódulos en la parte superior de las raíces luego de 14 días de emergidas.

En el envase debe constar obligatoriamente la fecha de vencimiento y el número de lote. Esta marca debe ser realizada de manera tal que no permita su adulteración.

 
Métodos de inoculación:
La elección del método de inoculación apropiado, ya sea con soporte pulverulento o líquido, es básico para incorporar el número adecuado de bacterias por simiente y para disminuir la mortandad de las mismas. 

Es fundamental leer y respetar las condiciones de uso descriptas en el producto inoculante adquirido. Se debe lograr que todas las semillas queden cubiertas con el inoculante, a fin de que cada una de ellas disponga del número de rizobios adecuado. Debe controlarse la fecha de vencimiento, la inscripción en SENASA y el número de lote.

  

La inoculación puede realizarse empleando máquinas inoculadoras desarrolladas para hacer el proceso, o en su defecto mediante implementos adaptados que realicen el procedimiento permitiendo un correcto mezclado sin provocar daño mecánico a las semillas. Es imprescindible ajustar el proceso de manera tal que todas las semillas reciban la misma cantidad de inoculante.

El proceso de inoculación preferiblemente debe realizarse a la sombra y a temperaturas moderadas, en lo posible inferiores a 25º C. Como una importante cantidad de bacterias muere al momento de inoculación es conveniente efectuar la siembra lo más rápido posible, en lo posible antes de las de 12 h de aplicado el producto. Si el proceso incluye el curado con funguicidas o insecticidas los tiempos se acortan y se recomienda no superar las 4 h. La inoculación en la sembradora no es aconsejable bajo ningún concepto, ya que nunca se logra una distribución apropiada del inoculante quedando muchas semillas sin inocular.

Calidad de los inoculantes: La calidad promedio de los inoculantes nacionales ha mejorado desde el inicio del cultivo. Entre 1983 y 1987 se realizaron estudios de evaluación de inoculantes en laboratorio y campo, el 80 % de los inoculantes evaluados no alcanzaba al vencimiento el número indicado en la descripción del producto (Pacheco Basurco, comunicación personal). En el ciclo 1999/00 Ventimiglia y otros detectan que un 50% cumple con lo descripto en el producto. En diciembre 2002 se tomaron muestras de inoculantes de diferentes sitios del S de Córdoba, se observó que el 80% de los productos cumple con las normas descriptas (Baigorri, comunicación personal).

Es evidente de todas maneras, que es necesario que el SENASA ejerza un fuerte control de los productos inoculantes presentes en el mercado nacional para evitar que el productor adquiera productos no registrados ó de baja calidad.

  

Compatibilidad con Agroquímicos: Curasemillas (Funguicidas e insecticidas): Generalmente se menciona al principio activo como responsable del efecto nocivo sobre los rizobios sin embargo, esto no siempre es así y se ha detectado que en la composición del formulado puede haber sustancias dañinas como por ejemplo colorantes, solventes, etc. Esto no permite describir con precisión que activos son menos dañinos para los rizobios. Como resultado de nuestros estudios en laboratorio se elaboró una sucinta guía de los posibles efectos de los diferentes funguicidas sobre rizobio, sin considerar la acción funguicida. 

  

Principio Activo

Dosis cada 100 kg/semilla

Concentración %

Efecto sobre rizobio a 7 h de curado e inoculado

Carbendazim+Tiram 300 10 +10

Leve

Carbendazim+Tiram 200 15+35

Leve a Moderado. Algún formulado resultó Incompatible

Carboxin + Tiram 250 20+20

Moderado

Carboxin + Tiram 200 37,5+37,5

Moderado

Metil tiofanato +Tiram 60+200 50+36

Moderado

Fludioxinil + Metalaxil M 200 2,5+1

Leve a moderado

Metalaxil 50 35

Leve a moderado

Tolifluanid 100-150 50

Incompatible

  

Considerando la información previa se recomienda para elegir el funguicida e insecticida más compatible y evitar fallas, seguir las instrucciones del establecimiento productor de inoculante. De todas formas es preferible que transcurra el menor tiempo posible desde la aplicación conjunta de inoculante y curasemilla a la siembra, en lo posible no más de 4 h.

Fertilizantes: Cuando se fertiliza en conjunto con la siembra se debe evitar el contacto directo con las semillas inoculadas, ya que los fertilizantes al modificar el estado salino del suelo sobre el entorno de las semillas pueden provocar, dependiendo de la dosis y las condiciones de ambiente, una elevada mortandad de bacterias. En estudios realizados en laboratorio se ha observado que el orden de mayor tolerancia en contacto directo seco con fertilizantes de P sería así MAP>DAP>SSP>STP.

  

Limitaciones de la simbiosis

El sistema simbiótico rizobio-soja requiere que no haya condicionantes por exceso o por defecto para el desarrollo normal del cultivo. Uno de los factores que limitan la fijación de nitrógeno en soja es la presencia de formas combinadas de nitrógeno en el suelo. Los suelos fértiles con moderada o alta disponibilidad de formas inorgánicas de N en el momento de la siembra y/o importantes tasas de mineralización durante el ciclo del cultivo afectan al establecimiento de la simbiosis ya que retardan el inicio de la nodulación y/o inhiben el funcionamiento del sistema fijador (Lett, et al 1998)

Altas concentraciones de nitratos inhiben el proceso de infección, el desarrollo de los nódulos y la expresión de la actividad nitrogenasa. Hay evidencia de que cuando la relación C/N es baja el limitado suplemento de C al nódulo retrasa la FBN. Para la planta, es más económico tomar N del suelo y/o de fertilizante que de la FBN. A mayor presencia de N en el suelo menores posibilidades hay para la FBN y a la inversa a menor presencia de N del suelo hay más N de la FBN. Satorre, 2003 menciona que ya hay ejemplos en el Norte de Santa Fe (Musuruana y Tachuk, 1998) y Norte de Buenos Aires (Belloso, 2002) que documentan la continua reducción de rindes en lotes de cultivo bajo monocultura de soja durante varios años.

Al limitarse la FBN, el balance de N del suelo resulta negativo en extremo, porque convierte a la soja como expoliadora más que restauradora de la fertilidad del suelo.

Las carencias de P, K, Ca, S y de micronutrientes disminuyen la formación de nódulos y por consiguiente la FBN.

Balance Nutricional: El proceso de agriculturización en la región pampeana provocó modificaciones físicas, con procesos erosivos y pérdida de materia orgánica. Así también permitió que una importante cantidad de nutrientes se exportara con la cosecha, provocando un desbalance nutricional entre los requerimientos de los diferentes cultivos y los presentes en el suelo. Ante esta extracción, son más frecuentes las respuestas a la fertilización de los cultivos tanto de macro como de microelementos.

La simbiosis es sensible a condiciones de anegamiento, con sólo 2-3 días de inundación se puede provocar una alta mortandad de nódulos.

Los efectos del estrés hidrico son directos sobre la nodulación y la FBN: Las siembras en condiciones secas provocan la mortandad de bacterias y disminuyen la posibilidad de lograr una nodulación apropiada; la falta de agua en etapas tempranas retrasa la aparición de los nódulos y la falta de agua en etapas reproductivas limita la FBN, restringiendo los rendimientos por menor aporte de N para la formación de granos.

Según lo expresado por Racca (2002) cada vez que el agua útil disminuye por debajo del 60 %, umbral critico para la soja durante el llenado de granos, se compromete también la fijación de N, que es máxima en esta etapa disminuyendo el rinde potencial. Normalmente la capacidad de fijación de los nódulos se restablecen si las condiciones de sequía no son tan severas o duran muchos días, no obstante llega un punto ( menos del 10 % del agua útil) que aunque los nódulos, y el cultivo, recuperen su humedad al llover o regarse, la capacidad de fijación de los nódulos, medida por la actividad de la nitrogenasa, no se recupera mas.

Con temperaturas cercanas a 15ºC se retrasa el proceso de infección y la nodulación. No todas las cepas de rizobios toleran temperaturas superiores a los 40ºC. La salinidad y la falta de aireación en el suelo también influyen en forma negativa sobre la simbiosis. 

Tanto el mejor balance hídrico como la fertilización adecuada mejoran la respuesta a la inoculación.. Se recomienda las rotaciones con gramíneas (sorgo y maíz). Por el contrario el monocultivo no favorece la mayor expresión de la FBN. Esto debe tenerse en cuenta entre las estrategias de producción para alcanzar la mayor expresión de la FBN

  

Competencia entre cepas del inoculante y naturalizadas en el suelo

Las cepas introducidas por los inoculantes permanen en el suelo después de cada cosecha. La repetida inoculación anual permitió el establecimiento en los suelos de poblaciones de rizobios naturalizadas provenientes de las cepas inoculantes. En esas poblaciones se ha realizado un proceso de derivación genética, de tal manera que la cepa original introducida con alta eficiencia simbiótica se ha disipado en nuevas subcepas con un variado grado de eficiencia que retienen una alta capacidad para formar nódulos. Esto genera el fenómeno de competencia donde las cepas del inoculante compiten contra los presentes en el suelo por la formación de los nódulos. Como consecuencia, se obtienen menos beneficios con la inoculación ya qué las cepas del suelo ocupan la mayor proporción de los nódulos.

  

Recomendaciones

Teniendo en cuenta la importancia de la inoculación, a fin de evitar fallas de nodulación que condicionen los rendimientos se recomienda:

  • No reducir dosis de inoculante, respetando las instrucciones de aplicación descriptas en los mismos.

  • Si lo considera necesario verifique la calidad de los inoculantes en laboratorios habilitados. 

  • Cuando compre el inoculante verifique sus condiciones de almacenamiento. Debe ser preferentemente en un lugar fresco a menos de 20ºC y no expuesto al sol. Caso contrario no lo adquiera. 

  • No mezcle agroquímicos (funguicidas, insecticidas, fertilizantes) con los inoculantes sin consultar al fabricante de inoculante. Muchos de ellos matan bacterias y pueden provocar la ausencia casi absoluta de nódulos. Recuerde que " Un buen inoculante mal aplicado no cumple su propósito". 

  • En los inoculantes hay organismos vivos, trátelos con cuidado al transportarlos y al guardarlos proceda con precaución sin exponerlos ni al sol ni a las altas temperaturas. Si mata bacterias por mal cuidado fallará la nodulación aunque el producto sea de reconocida calidad.  

  • Inocule a la sombra en todos los casos. Siembre lo antes posible bajo condiciones agronómicamente favorables para la rápida implantación del cultivo.  

  • Controle la nodulación en etapas tempranas del cultivo antes que sea tarde, no pase de los 30 días desde la siembra. 

  

 




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