Inhibición Biológica de la Nitrificación (IBN) en arroz (Oryza sativa L.) en suelos del Piedemonte llanero

Abstract

Dentro del ciclo del nitrógeno, la nitrificación es la oxidación de amonio (NH4+) hasta nitrato (NO3-) mediada por microorganismos. El NO3- es una forma inorgánica de nitrógeno (N), susceptible de perderse por lixiviación y por desnitrificación, lo que resulta en pérdidas de fertilizantes de N (alrededor del 70%). Estas pérdidas de los fertilizantes de N aplicados, tienen impactos negativos a nivel socioeconómico y ambiental. Una estrategia para evitar la pérdida de N en los sistemas agrícolas, es la inhibición de la nitrificación. Ciertas plantas son capaces de liberar compuestos químicos de sus raíces que inhiben la nitrificación mediada por microorganismos en la rizosfera, este proceso se denomina inhibición biológica de la nitrificación (IBN). La función de IBN ha sido caracterizada en la pastura tropical Brachiaria humidicola (Bh), y ha sido identificada como la especie con mayor potencial IBN. Este estudio en suelos contrastantes del Piedemonte llanero, evaluó el efecto residual de IBN de Bh en una simulación de rotación Bh-arroz secano para suelos de La Libertad. En suelo de Santa Rosa, se exploró el potencial IBN de diferentes genotipos de arroz de riego y de secano, con las comparaciones realizadas entre variedades, líneas de mejoramiento y cultivares comerciales. Las metodologías utilizadas fueron las desarrolladas para la determinación de IBN en Bh y Sorgo, como el ensayo de bioluminiscencia (bioensayo), con la cepa recombinante de la bacteria amonio-oxidante (AOB) Nitrosomonas europaea, y la incubación de suelo rizosférico para la determinación de tasas de nitrificación. Se encontró diferencias en rendimiento entre las líneas de arroz, con mayores rendimientos obtenidos de las plantas que crecieron en el suelo donde previamente se sembró Bh. En la actividad IBN (determinada por bioensayo) de los exudados de raíz, se identificó diferencias significativas (P ≤ 0,05) entre genotipos de arroz, expresados como unidades de aliltiourea por gramo de peso seco de raíz (ATU g-1) en un rango de 3.27 a 31.75. Además, se encontró diferentes tasas de nitrificación expresadas como mg N-NO3- kg-1 de suelo día-1 desde 3.06 to 7.63. Para los genotipos de arroz de riego se encontró un 50% de relación (r2=0.52) entre las tasas de nitrificación y exudados de raíz. Estos resultados indican que algunos genotipos de arroz tienen capacidad IBN, y el sistema de rotación de Bh-arroz se debe evaluar y aplicarse en campo para aumentar la producción de arroz y el uso eficiente de N.

\\Abstract: Within the nitrogen cycle, nitrification is the oxidation of ammonium (NH4+) to nitrate (NO3-) and is mediated by microorganisms. Nitrate is an inorganic form of nitrogen (N), susceptible to being lost by leaching and denitrification resulting in the loss of N fertilizer (around 70%). These losses of applied N fertilizer have negative socio-economic and environmental impacts. One strategy to prevent the loss of N in agricultural systems, is the inhibition of nitrification. Certain plants are able to release chemicals from their roots that inhibit microbially mediated nitrification in the rhizosphere, this process is called biological nitrification inhibition (BNI). BNI function has been characterized in Brachiaria humidicola (Bh) tropical grass, has been identified as the species with the greatest BNI activity. This study in contrasting Piedmont Llanos soils evaluated the residual BNI effect of Bh in a simulation of a Bh-upland rice rotation system for from La Libertad. In soils from Santa Rosa the BNI potential of different lowland and upland rice genotypes was explored, with comparisons made between varieties, breeding lines and commercial cultivars. The methodologies used were those developed for the determination of BNI in Bh and Sorghum, including bioluminescence assay (bioassay) with the recombinant ammonia-oxidizing bacteria (AOB) Nitrosomonas europaea strain, and the incubation of rhizosphere soil for the determination of nitrification rates. Yield differences were found among the rice lines with greater yields obtained from those that grew in the soil where Bh was previously planted. In terms of BNI activity (determined for bioassay) of root exudates, significant differences (P ≤ 0,05) were identified between rice genotypes expressed as allylthiourea units per gram of dry root (ATU g-1) in a range of 3.27 to 31.75. Also, different nitrification rates expressed as mg NO3--N kg-1 soil day-1 were observed, ranging from 3.06 to 7.63. For lowland rice genotypes there was a 50% of relation (r2=0.52) between the root exudates and nitrification rates. Altogether, these results indicate that some rice genotypes have the ability to reduce nitrification in soil. Additionally, the Bh-rice rotation system should be further evaluated and implemented in the field to increase rice yields and N use efficiency.