Efecto de la inoculación de Bradyrhizobium japonicum en el rendimiento de vainas de chaucha (Phaseolus vulgaris L.)

1. Introducción

La habilla, poroto “chaucha” (Phaseolus vulgarisL.) es una especie leguminosa de importancia socioeconómica en Paraguay, constituye uno de los principales rubros de autoconsumo y de renta para la agricultura familiar campesina. Además de los granos, que aportan proteínas y fibra de alto valor biológico a bajo costo, el consumo de vainas (chauchas) también es muy valorado dentro de la culinaria paraguaya.

La productividad y la calidad de esta leguminosa están influenciadas por la nutrición, suelo, época de siembra, requerimientos hídricos, entre otros (Genero et al., 2020). Al ser un cultivo con alto contenido de proteína, es muy demandante en nitrógeno, y requiere unos 68 kg ha^-1 de N para producir una tonelada de granos, mientras que los requerimientos de P y K son de 7 y 49 kg ha^-1, respectivamente (Bertsch-Hernández, 2009).El nitrógeno de la solución del suelo es absorbido por las raíces de los cultivos en forma de amonio (NH₄⁺) y nitrato (NO₃^-). El nitrógeno mineral presente en la solución del suelo proviene de la materia orgánica y contribuye con 100 kg N ha^-1 año^-1; mientras que la deposición atmosférica contribuye con menos de 25 kg N ha^-1 año^-1. Además, la lixiviación, volatilización, desnitrificación causan pérdidas de este elemento en el suelo, por lo que la demanda de cultivos difícilmente sea suplida (Maddonni et al., 2003).La aplicación de fertilizantes granulados es beneficiosa, sin embargo, puede ser costosa y muchos agricultores paraguayos no tienen la facilidad de comprar fertilizantes (Enciso-Maldonado, 2020). Por otro lado, otra forma de suministrar este elemento a los cultivos es por medio de la fijación biológica del nitrógeno (FBN). Las leguminosas pueden generar nódulos en sus raíces como consecuencia de la asociación simbiótica con bacterias fijadoras de nitrógeno, como Bradyrhizobium japonicum (Jordan, 1982), B. elkanii (Kuykendall et al., 1992), B. liaoningense (Xu et al., 1995), B. diazoefficiens, y Ensifer fredii (Delamuta et al. 2013). Dicha característica le permite al cultivo abastecerse de nitrógeno proveniente de la atmósfera, cubriendo hasta un 70% las necesidades de ese nutriente (Martínez-González et al., 2017), por lo tanto, el aprovechamiento de la FBN puede ser una fuente más económica y sustentable para aportar N a las plantas(Garra et al., 2011).

Las bacterias fijadoras de nitrógeno se encuentran comúnmenteen los suelos agrícolas, sin embargo, normalmente su población es insuficiente para alcanzar una relación benéfica con las leguminosas, por lo tanto, es necesario recurrir a la inoculación de semillas antes de realizar la siembra (Perticari et al., 2007).Lafijación biológica del nitrógeno (FBN) tiene una mayor importancia en los suelos tropicales que tienen una agricultura más dependiente de los fertilizantes nitrogenados, debido a que grandes cantidades de lluvia provocan una mayor pérdida de nitrógeno por lixiviación y las altas temperaturas aceleran la descomposición de la materia orgánica (Balota, 2017). La inoculación de semillas de habilla con bacterias fijadoras de nitrógeno ha demostrado incrementar en un65,8 % la producción de hojas, 36,50 % la altura de plantas, 37,07 % de vainas, 44,84 % de granos por vainas, 16,41 % de la masa de 100 granos y 100 % del rendimiento del grano con relación a plantas no inoculadas (Calero-Hurtado et al., 2019), Además, plantas inoculadas presentan un mayor número de nódulos en comparación con la fertilización química (Romero et al., 2017).

Utilizando diversas cepas nativas,(Mercante, et al., 2017) concluyeron que la inoculación de frijol con dichas cepas como CPAO 56.4 L2 y CPAO 12,5 L2 resultó en una producción de grano similar a la obtenida con la fertilización de 80 kg ha-1 de N. Mientras que las cepas CPAO 56,4 L2, CPAO 12,5 L2, CPAO 17,5 L2 y CPAO 2,11 L incrementaron los rendimientos netos de la planta de frijol en relación al tratamiento testigo absoluto (sin fertilización nitrogenada y sin inoculación), al testigo nitrogenado (80 kg ha-1 de N y sin inoculación), y a las cepas comerciales. 

Calero Hurtado, et al., (2019) trabajando con frijol común cv. Cuba cueto, pudieron observar que la inoculación de dichas semillas conRhizobiumleguminosarum benefició el comportamiento de los indicadores morfológicos y productivos evaluados en relación con las que no fueron inoculadas con este biofertilizante, observaron que con los tratamientos inoculados alcanzaron el 90% de los rendimientos (kg.ha-1) obtenidos con los fertilizantes nitrogenados, demostrando su uso potencial en la agricultura sostenible al disminuir la polución derivada del empleo de fertilizantes sintéticos en el ecosistema, además de ser una alternativa de bajo costo para los agricultores en el mundo.

Se determinó la influencia de la inoculación con diferentes concentraciones de Rhizobium etlisobre el rendimiento de este cultivo. El tratamiento inoculado con una concentración de 2,5 x 109 cel g-1 suelo generó el mayor número de nódulos totales con un promedio de 47,67 y con una efectividad de 84,02%. Este tratamiento produjo una mayor influencia en el rendimiento por hectárea, rendimiento por planta y número de vainas por planta, al mismo tiempo que no tuvo diferencia significativa al ser comparado con el testigo fertilizado (Chipana, et al., 2017). La aplicación foliar de los diferentes bioestimulantes incrementan los parámetros morfofisiológicos y el rendimiento en el cv. Bat-304. Los rendimientos son superiores cuando se aplican los bioestimulantes ME-50 y Biobras-16®, con 2,01 y 2,00 t ha-1 respectivamente (Quintero, et al., 2018). Se observó que todas las variedades inoculadas con Rhizobiumproducen mayores rendimientos y número de nódulos que aquellas que no han sido inoculadas o que han sido fertilizadas con nitrógeno. Resultados similares fueron obtenido por Granada-Mora, et al. (2017), concernientes al crecimiento, fijación de N (% N total) y rendimiento, demostraron el efecto positivo de la inoculación con la cepa nativa, comparable con la fertilización química. El aumento en el rendimiento agrícola con la aplicación del inoculante bacteriano y la fertilización química respecto al control fue de 62 y 64% respectivamente. Los resultados promisorios del uso del inoculante bacteriano y la estimulación efectiva en frijol común, abren las puertas para su uso potencial en suelos del Ecuador y con ello, permiten que se puedan alcanzar los rendimientos potenciales deseados. Ya (Hidalgo Rodríguez, et al., 2019) concluyeron que la inoculación conjunta de Rhizophagus irregularis y Rhizobium sp., promueve el aumento de los parámetros de crecimiento y desarrollo, así como los componentes de rendimiento en Phaseolus vulgaris var. canario "frijol canario", cultivado en condiciones de invernadero

La inoculación de la chaucha podría ser beneficiosa a la agricultura familiar campesina en Paraguay para reducir costos de fertilizantes químicos y obtener una mayor productividad, por lo tanto,el objetivo del trabajo fue evaluar el efecto de la inoculación conBradyrhizobium japonicumsobre la nodulación, longitud de vainas y rendimiento de chauchas(Phaseolus vulgarisL.).

2. Materiales y métodos

Los experimentos fueron desarrollados por duplicado, en dos fincas ubicadas en el Distrito de Piribebuy (25º 27' 28'' S, 56º 59' 12'' O y 95 msnm), Departamento de Cordillera, Paraguay, donde el clima predominante es el subtropical húmedo (Cfa) (Peel et al., 2007) y el suelo es de textura arenosa, color marrón, con un pH ligeramente ácido de 5,4, donde previamente se cultivaba algodón. Durante el periodo experimental (noviembre a febrero entre el 2018 y 2019), el ambiente se caracterizó por ser caluroso y húmedo, con precipitaciones intensas. Se registró un total de 676,3 mm de lluvia durante el desarrollo del experimento, con una media mensual de 135,2 mm. Respecto a la temperatura, la máxima estuvo comprendida entre 29°C a 32°C y la mínima entre 19 ºC a 22 ºC.

Las variables evaluadas fueron el número de nódulos en las raíces por planta a los 90 días después de la siembra, la longitud de las vainas (cm) y el rendimiento (kg/planta).

Como material vegetal, se utilizaron semillas certificadas de la variedad Trepador Torino (Feltrin), la cual presenta chauchas carnudas, cilíndricas, lisas, verdes, tiernas y sin fibras.

El diseño experimental aplicado fue en bloques completos al azar, con cinco tratamientos consistentes en el inoculante sin aplicación de fertilizante químico (T1), inoculante más aplicación de fertilizante químico NPK 5-20-20 (T2), inoculante más aplicación de fertilizante químico NPK 00-20-20 (T3), fertilización química NPK 5-20-20 sin inoculante (T4), y un control sin aplicación de inoculante y fertilizante (T5); con tres repeticiones. Las unidades experimentales se conformaron por parcelas de 4 m de ancho con 10 m de largo, con una densidad poblacional de 125 plantas por unidad experimental, equivalentes a 31.000 plantas ha^-1.La inoculación del producto Rizoliq® TOP formulado a base de B. japonicumse realizó a la semilla, 24 horas antes de la siembra, con a una dosis de 200 ml 100 kg^-1 de semilla. La concentración del mencionado producto es de 1x10¹⁰ unidades formadoras de colonias por ml.Luego del análisis de suelo que arrojo un suelo con textura arenosa, pH 5, muy bajo contenido de materia orgánica, P y K, se procedió a la corrección correspondiente, se marcaron los tablones teniendo en cuenta los diferentes tratamientos, luego de 2,5 meses posteriores a la siembra, se efectuó la cosecha de las vainas del poroto chaucha de 10 plantas, por tratamiento/repetición, luego se procedió a realizar la evaluación de las variables. Luego se extrajeron las 10 plantas y se procedió al conteo manual de los nódulos existentes principalmente en las raíces principalmente en las primarias. Los datos obtenidos fueron sometidos a un análisis de varianza (ANAVA) y una prueba de comparación de medias de Tukey (p ≤ 0,05), empleando el paquete estadístico de SAS 9.0 (SAS Institute, 2002).

3. Resultados y discusión

3.1. Rendimiento de vainas de chaucha:

El ANAVA indicó diferencias significativas entre los tratamientos para el rendimiento de vainas por planta (p < 0,05). Los tratamientos dieron como resultado una mayor productividad de vainas en comparación con el testigo. Sin embargo, estadísticamente los tratamientos T1, T2 y T4 fueron similares al testigo, mientras que la mayor productividad se obtuvo con T3, el cual produjo plantas con 2,28 kg de vainas planta^-1, lo que potencialmente representa, a la densidad de cultivo estudiada, unos 70.000 kg ha^-1 (Figura 1). Al utilizar el inoculante sin fertilizante nitrogenado, se reemplazó el uso del nitrógeno de origen químico lo cual fue utilizado en los tratamientos T2 y T3 respectivamente, lo cual resulta interesante para disminuir el impacto ambiental producido por los fertilizantes químicos. Este resultado concuerda con lo obtenido por Granda-Mora et al., (2017) y Chipana et al., (2017).

Figure 1. Yield of beans pods (kg plant^-1).Piribebuy, Paraguay, 2019

Figura 1. Rendimiento de vainas de chaucha (kg planta^-1).Piribebuy, Paraguay, 2019

3.2. Número de nódulos en la raíz:

El ANOVA mostró diferencias significativas entre los tratamientos para el número de nódulos en la raíz (p < 0,05). En todos los tratamientos se observó la presencia de nódulos en las raíces primarias (Figura 2). Sin embargo, con T3 se encontró el mayor número de nódulos por planta, siendo estadísticamente superior a los otros tratamientos evaluados. Se comentar que la acción del inoculante suplanto las necesidades del N de la planta. Estos resultados difieren de los obtenidos por Romero et al. (2017), quienes observaron un mayor número de nódulos por en plantas tratadas únicamente con Rhizobiumsp. sobre plantas que recibieron Rhizobium sp. y fertilizante químico a base de N-P₂O5-K₂O-MgO (12-6-16-3). Sin embargo, cuando se utilizó el tratamiento T3 (B. japonicum+ fertilización química sin nitrógeno), se obtuvo la nodulación máxima, la cual también pudo contribuir con la mayor productividad de vainas por planta^-1.

Este resultado concuerda con el obtenido por Chipana et.al, (2017) quienes observaron que el tratamiento con la utilización de inoculanteRhizobium etliaumentó el número de vainas por planta, al mismo tiempo que no tuvo diferencia significativa al ser comparado con el testigo fertilizado.

Figure 2. Number of nodules in the chaucha bean root.Piribebuy, Paraguay, 2019

Figura 2. Numero de nódulos en la raíz del poroto chaucha.Piribebuy, Paraguay, 2019

3.3. Longitud de vainas de poroto chaucha:

El ANAVA indicó diferencias significativas entre tratamientos para la longitud de vainas de chauchas (p < 0,05). Los tratamientos T1, T3 y T4 tuvieron el mismo efecto sobre esta variable, produciendo vainas con más de 23,4 cm de longitud (Figura 3). Se pudo observar que las plantas que recibieron la inoculación, como la fertilización química presentaron mayor longitud de vainas. Esto concuerda con Romero et al. (2017) que encontraron plantas de P. vulgaristratadas tanto con Rhizobium sp. como con fertilizante químico o la combinación de ambos obtuvieron una mayor longitud de tallos en comparación con el testigo.

Figure 3. Chaucha bean pod length.Piribebuy, Paraguay, 2019

Figura 3.Longitud de vainas del poroto chaucha.Piribebuy, Paraguay, 2019

4. Conclusión

La inoculación de B. japonicumen el cultivo del poroto chaucha favorece el rendimiento de kg de vainas por planta, el número de nódulos de las raíces y la longitud de vainas. Sin embargo, la combinación de B. japonicumcon la fertilizaciónquímica de NPK 00-20-20 resultó en mayor productividad.

Con la utilización de inoculante evitaría la utilización de urea como fuente de nitrógeno, elemento importante para la producción de chaucha. Con ello se logra disminuir la contaminación de suelo y agua subterránea por el menor uso de fertilizante químico.

5. Conflicto de intereses

Los autores declaran que este trabajo no presenta conflicto de intereses.

6. Bibliografía

Balota, E. L. (2017). Manejo e Qualidade Biológica do Solo / Elcio Liborio. Balota - Londrina: Mecenas, 2017. 288 p.: il.; 24 cm. ISBN 978-85-89687-28-7.

Bertsch-Hernández, F. (2009). Absorción de nutrimentos por los cultivos. San José, C.R. Asociación Costarricense de la Ciencia del Suelo. 306 p.

Cántaro-Segura, H; Huaringa-Joaquín, Ay Zúñiga-Dávil, D (2019) Efectividad simbiótica de dos cepas de Rhizobium sp. en cuatro variedades de frijol (Phaseolus vulgaris L.) en Perú. Idesia vol.37 no.4 Arica.http://dx.doi.org/10.4067/S0718-34292019000400073

Calero-Hurtado, A., Pérez Díaz, Y., Quintero Rodríguez, E., Olivera Viciedo, D., & Peña Calzada, K. (2019). Efecto de la aplicación asociada entre Rhizobium leguminosarum y microorganismos eficientes sobre la producción del fríjol común. Ciencia y Tecnología Agropecuaria, 20(2), 295-322.https://doi.org/10.21930/rcta.vol20_num2_art:1460

Chipana, V; Clavijo, C; Medina, Py Castillo, D (2017) Inoculación de vainita (Phaseolus vulgarisL.) con diferentes concentraciones de Rhizobium etliy su influencia sobre el rendimiento del cultivo. Ecol. apl. vol.16 no.2 Lima.Peru. http://dx.doi.org/10.21704/rea.v16i2.1012

Delamuta, J. R. M., Ribeiro, R. A., Ormeno-Orrillo, E., Melo, I. S., Martínez-Romero, E., & Hungria, M. (2013).Polyphasic evidence supporting the reclassification of Bradyrhizobium japonicum group Ia strains as Bradyrhizobium diazoefficiens sp. nov. International Journal of systematic and evolutionary microbiology, 63(Pt_9), 3342-3351.

Enciso-Maldonado, G. A. (2020). Desafíos en la producción hortícola paraguaya. 445 Actualidad del Campo Agropecuario. 26-33.

Garra, A. S., Pequeño, M. R., & de la Cruz Martín, S. (2011). El uso de biofertilizantes en el cultivo del frijol: una alternativa para la agricultura sostenible en Sagua la Grande. Observatorio de la Economía Latinoamericana, (159).

Granda-Mora, K; Alvarado-Capó, Y; Torres-Gutiérrez, R (2017) Efecto en campo de la cepa nativa COL6 de Rhizobium leguminosarum bv. viciae sobre frijol común cv. Percal en Ecuador. Ctro. Agr. vol.44 no.2 Santa Clara

Genero, M. I., Healy, M.,Satorre, O., Corro-Molas, A., Girado, J. (2020). Evaluación del cultivo de poroto (Phaseolus vulgaris L.) en Pincén. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria.https://inta.gob.ar/documentos/evaluacion-del-cultivo-de-poroto-phaseolus-vulgaris-l-en-pincen

Hidalgo Rodríguez, J; Ramos Otiniano, C; Lezama Asencio, P; Chuna Mogollón, P; y Chaman Medina, M (2019) Coinoculación de Rhizophagus irregularis y Rhizobium sp. en Phaseolus vulgaris L. var. canario (Fabaceae) "frijol canario" Arnaldoa vol.26 no.3 Trujillo. http://dx.doi.org/10.22497/arnaldoa.263.26309

Jordan, D. C. (1982). Transfer of Rhizobium japonicum Buchanan 1980 to Bradyrhizobium gen. nov., a genus of slow-growing, root nodule bacteria from leguminous plants. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 32(1), 136-139.

Kuykendall, L. D., Saxena, B., Devine, T. E., & Udell, S. E. (1992). Genetic diversity in Bradyrhizobium japonicum Jordan 1982 and a proposal for Bradyrhizobium elkanii sp. nov. Canadian Journal of Microbiology, 38(6), 501-505.

Maddonni, G. A., Ruiz, R. A., Vilariño, P., Salamone, I. G. (2003). Fertilización en los cultivos para grano. In: Producción de granos. Bases funcionales para su manejo.Satorre, E. H., Benech-Arnold, R. L., Slafer, G. A.de la Fuente, E. B., Miralles, D. J., Oteguim, N. E., Savin, R. eds. Editorial Facultad Agronomía. Universidad de Buenos Aires, Argentina.501 – 556 pp.

Martínez-González, L., Maqueira-López, L., Nápoles-García, M. C., & Núñez-Vázquez, M. (2017).Efecto de bioestimulantes en el rendimiento de dos cultivares de frijol (Phaseolus vulgaris L.) Biofertilizados. Cultivos Tropicales, 38(2), 113-118.http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362017000200017

Mercante, F. M., Otsubo, A., & Brito, O. R. (2017).New nativeRhizobia strains for inoculation of common bean in the Brazilian Savanna.Revista Brasileira de Ciência do Solo, 41, 1-11. doi:10.1590/18069657rbcs20150120.

Perticari, A., Benintende, S., Toresani, S., Lett, L., Cassán, F., Albanesi, A., González, M., Penna, C., Rossi, A. (2007). Evaluación de la actividad biológica de inoculantes formulados en base a rizobios en leguminosas. Método del promedio de plantas noduladas (PPN) o Burton modificado. In: Manual de procedimientos microbiológicos para la evaluación de inoculantes. Asociación Argentina de Microbiología. Buenos Aires, AR.

Quintero, E., Calero, A., Pérez, Y., & Enríquez, L. (2018). Efecto de diferentes bioestimulantes en el rendimiento del frijol común.Centro Agrícola, 45(3), 73-80.

Romero, Y. L. C., Baños, Y. S., & Izquierdo, E. M. (2017).Efecto de la inoculación de Rhizobium sobre el crecimiento de Phaseolus vulgaris (frijol) en condiciones semicontroladas.Avances, 19(1),66-74. https://www.redalyc.org/pdf/6378/637867024001.pdf

Xu, L. M., Ge, C., Cui, Z., Li, J., & Fan, H. (1995).Bradyrhizobium liaoningense sp. nov., isolated from the root nodules of soybeans.International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 45(4), 706-711.

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