Desarrollo de estrategias biológicas para el manejo del tamo de arroz con fines de biofertilización en el departamento del Tolima

Abstract

La práctica más empleada para el manejo de los residuos del cultivo de arroz es la quema a campo abierto, lo que no solo altera el ecosistema suelo en todos sus componentes, sino que produce cantidades considerables de gases de efecto invernadero y pérdidas significativas de nutrientes valiosos para el establecimiento de nuevos ciclos de cultivo. No obstante, la pérdida progresiva de materia orgánica en los suelos del trópico y la baja tasa de asimilación de fertilizantes principalmente nitrogenados, vulneran la sostenibilidad del cultivo. Bajo este contexto, la biodegradación del tamo de arroz in situ resulta ser la estrategia más acertada desde el punto de vista ecológico, económico y de sostenibilidad del cultivo a largo plazo. Sin embargo, su alto contenido de ligninas y sílice, alta relación carbono:nitrógeno, así como las constantes fluctuaciones en las condiciones climáticas hacen de este proceso poco eficiente y rentable en campo. Por tanto, se desarrollaron estrategias para optimizar la biodegradación del tamo de arroz in situ mediante el desarrollo de coinóculos microbianos con potencial hidrolítico, y de biocontrol, como mecanismo de fertilización agrícola. Se determinó la actividad hidrolítica y oxidativa de cepas de Trichoderma spp. comerciales y nativas, y de bacterias aerobias formadoras de endospora (BAFE) pertenecientes al género Bacillus aisladas de suelos arroceros sobre medios sólidos diferenciales. Posteriormente, se estableció la compatibilidad entre los microorganismos seleccionados para el establecimiento de mezclas microbianas. Se ejecutaron fermentaciones en estado sumergido y sólido empleando tamo de arroz como única fuente de energía para cepas individuales y/o en mezclas, estableciendo las cinéticas de actividades enzimáticas, crecimiento bacteriano, respiración, así como la producción de amonio y reducción de peso seco del tamo residual al final del periodo de incubación. Los mejores aislamientos de Bacillus y hongos fueron identificados por biología molecular. El consorcio microbiano con la mayor respuesta de biodegradación del tamo de arroz fue evaluado bajo condiciones de fermentación sólida del tamo de arroz, ajustando la relación C:N del residuo vegetal mediante la adición de urea. Se estimaron parámetros de respiración microbiana (C-CO2), producción de biomasa microbiana de carbono, así como porcentaje de reducción de fibras y proteína del tamo de arroz, y actividades enzimáticas extracelulares de interés. Posteriormente, se estableció el efecto de suelo enmendado con tamo de arroz pre-tratado biológicamente, sobre la actividad de promotores de crecimiento vegetal (PCV) en arroz, bajo condiciones de invernadero y campo. Este trabajo aporta evidencia del potencial de mezclas microbianas Bacillus - Trichoderma para la degradación de tamo de arroz enriquecido con urea hasta una relación C:N<30, y el efecto positivo de esta enmienda sobre la actividad de rizobacterias PCV y plantas de arroz. Los efectos conjuntos se tradujeron en plantas de arroz de mayor longitud y peso seco, mayor rendimiento de cultivo, y menor incidencia de fitopatógenos convencionales del cultivo. Nuestros resultados además aportan a la sostenibilidad del cultivo y minimizan el impacto ecológico y ambiental que suponen las prácticas agronómicas tradicionales de fertilización y quema del tamo a campo abierto, otorgando mayor competitividad al cultivo de arroz en Colombia (Texto tomado de la fuente).

The most widely used practice for managing rice crop residues is open-field burning, which alters the entire soil ecosystem and produces considerable amounts of greenhouse gases and significant losses of valuable nutrients for the establishment of new crop cycles. However, the progressive loss of organic matter in tropical soils and the low rate of fertilizer assimilation, mainly nitrogenous, threaten the sustainability of rice crops. Consequently, the biodegradation of rice straw in situ turns out to be the most appropriate and long-term strategy from an ecological, economic, and sustainability perspective. However, its high lignin and silica content, high carbon-to-nitrogen ratio, and constant weather fluctuations make this process inefficient and unprofitable in the field. Therefore, bio-based strategies were developed to optimize the biodegradation of N-enriched rice straw in situ through the development of microbial consortia. The hydrolytic and oxidative activities of Trichoderma spp. strains were determined by commercial and native aerobic endospore-forming bacteria (AEFB) belonging to the genus Bacillus isolated from rice soils on differential agar media plates. Subsequently, the compatibility between the selected microorganisms was established. Submerged and solid-state fermentations were carried out using rice straw as the only carbon and nitrogen source for individual or mixture strains. The kinetics of enzymatic activities, bacterial growth, respiration, ammonia production, and rice straw dry weight reduction were assessed at the end of the incubation period. The best microorganisms were identified by molecular biology. The microbial consortium with the highest rice straw biodegradation profile was evaluated under solid-state fermentation, adjusting the C-to-N ratio of the plant residue by adding urea. Parameters of microbial respiration (C-CO2), microbial carbon biomass, percentage reduction of fiber and protein content from rice straw, and extracellular enzymatic activities were estimated. Subsequently, the effect of soil amended with biologically pre-treated rice straw on rice plant growth under greenhouse and field conditions was established. This work provides evidence of the potential of Bacillus-Trichoderma mixtures for optimization of urea-enriched rice straw biodegradation to a middle C:N ratio (≤35): Moreover, positive effects of this amendment on rice PGPR activity were identified. Noteworthy, the joint effects translated into rice plants of greater length and dry weight, a higher crop yield, and a lower incidence of conventional phytopathogens in the crop. Our results also contribute to the sustainability of the crop and minimize the ecological and environmental impact of traditional agronomic practices like fertilization and rice straw burning, making rice cultivation more profitable in Colombia.