Impacto de los inoculantes microbianos disponibles comercialmente en el crecimiento del pasto Bermuda

Aug 12, 2023

marzo 2023 | Gerald M. Henry, Ph.D.; Connor Bolton; Miguel Cabrera, Ph.D.; Mussie Habteselassie, Ph.D.

Figura 1.Se realizaron experimentos en invernadero para determinar el impacto de los inoculantes microbianos en el establecimiento de pasto Bermuda Sahara II a partir de semillas.Fotos de Gerald M. Henry

El pasto Bermuda (Cynodon spp.) es una de las especies de césped más utilizadas en la región sureste de los Estados Unidos debido a la producción de una densa cubierta de césped que tolera el desgaste y el tráfico excesivos. En consecuencia, el pasto Bermuda es uno de los mayores consumidores de nitrógeno y requiere aproximadamente de 22 a 44 libras de nitrógeno por acre (24,7 a 49,3 kilogramos por hectárea) por mes durante la temporada de crecimiento (4). El acceso a la fertilidad es extremadamente importante, porque el nitrógeno es un componente de numerosos componentes bioquímicos de las plantas, incluida la clorofila, los aminoácidos y las enzimas que son integrales para el crecimiento y la función metabólica del césped (1).

Los fertilizantes son costosos y pueden influir negativamente en el medio ambiente cuando se aplican incorrectamente en dosis excesivas o mediante técnicas inadecuadas. El proceso Haber-Bosch es un procedimiento industrial de fijación de nitrógeno que es el principal responsable de la actual producción sintética de amoníaco (6). El amoníaco generado por esta reacción se utiliza principalmente como fertilizante nitrogenado en forma de nitrato de amonio y urea. Sin embargo, los posibles impactos ambientales resultantes de este proceso de producción y la posterior aplicación de fertilizantes incluyen: lixiviación o escorrentía de nitrógeno, que conduce a la contaminación y eutrofización de las aguas subterráneas; deposición atmosférica de nitratos y amoníaco; y aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, incluido el óxido nitroso (8).

La investigación actual sobre la sostenibilidad del césped tiene como objetivo investigar alternativas a las aplicaciones tradicionales de fertilizantes nitrogenados para limitar los impactos ambientales negativos. Los bioestimulantes incluyen una variedad de productos microbianos y no microbianos destinados a mejorar la nutrición, el establecimiento y el crecimiento de las plantas, y la tolerancia al estrés (2). Las investigaciones anteriores sobre bioestimulantes microbianos en sistemas de césped han sido limitadas e inconsistentes. Aunque los inoculantes microbianos se adoptan más ampliamente para su uso en cultivos hortícolas y agronómicos, existen varios desafíos con respecto a su uso y eficacia, algunos más específicos de los sistemas de césped. La mayoría de los productos comerciales contienen microorganismos extraños que tienen dificultades para competir con las poblaciones nativas aclimatadas a las condiciones ambientales regionales (7). Los insumos para el manejo del césped, como fertilizantes, pesticidas e irrigación, así como cuestiones ambientales como las especies de césped y la composición del perfil del suelo, pueden seleccionar comunidades microbianas más adaptativas que rápidamente superen a los organismos introducidos (5). Investigaciones anteriores que evaluaron inoculantes microbianos en césped se han centrado principalmente en especies de césped de estación fría, y la mayoría de las investigaciones se realizaron en ambientes controlados. Además, todavía existe información limitada sobre el momento de la aplicación, el volumen del portador, la calidad del agua, el tamaño de la inoculación y la necesidad de aplicaciones secuenciales en entornos de césped.

Figura 2.Se aplicaron inoculantes microbianos uniformemente sobre la superficie de cada recipiente utilizando una jeringa.

Experimentos de campo

Las pruebas se realizaron en 2021 en el Centro de Educación e Investigación sobre Césped de Atenas (ATREC) en Atenas, Georgia, y en un césped residencial (BO) en Bogart, Georgia. Se determinó el estado de nutrientes del suelo y el contenido de materia orgánica en cada ubicación. La investigación en ATREC y BO se realizó en bermudagrass híbrido Tifway de 5 y 2 años, respectivamente, cada uno mantenido a 2 pulgadas (5,1 centímetros). Los tratamientos se iniciaron el 5 de julio de 2021 en ATREC y el 21 de julio de 2021 en BO e incluyeron aplicaciones únicas y secuenciales de Klebsiella variicola 137–1036 Formulación 1 (KLEB1) a una tasa de inoculante de 0,2 galones por acre (1,87 litros por hectárea). ) (1,2 × 1010 unidades formadoras de colonias por onza líquida/29,6 mililitros) y un volumen portador de 321 galones por acre (3003 litros por hectárea); Klebsiella variicola 137–1036 Formulación 2 (KLEB2) a una tasa de inoculante de 0,2 galones por acre (1,2 × 1010 unidades formadoras de colonias por onza líquida) y un volumen portador de 321 galones por acre; Gluconacetobacter diazotrophicus (GLUC) a una tasa de inoculante de 0,1 galones por acre (0,94 litros por hectárea) (3 × 108 unidades formadoras de colonias por onza líquida) y un volumen portador de 20 galones por acre (187 litros por hectárea); y Azospirillum brasilense (AZOS) a una tasa de inoculante de 0,27 galones por acre (2,53 litros por hectárea) (6 × 106 unidades formadoras de colonias por onza líquida) y un volumen portador de 96 galones por acre (898 litros por hectárea). Las aplicaciones secuenciales se realizaron tres semanas después del tratamiento inicial (ESPERAR). Se incluyó un control no tratado para comparación. Los inoculantes microbianos se aplicaron en agua destilada con una regadera. No se aplicó fertilizante a ninguno de los sitios durante la duración de cada prueba.

El color del césped (TC), la calidad del césped (TQ) y el índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) se registraron al inicio del ensayo y a los 2, 6 y 8 ESPERA. Las calificaciones visuales de TC y TQ se registraron en una escala del 1 al 9, considerándose aceptable una calificación de 6 para TC y TQ. Las mediciones de eflujo de carbono (CX) (micromol por metro cuadrado por segundo; µmol m-2 s-1) se registraron al inicio del ensayo y a las 4 y 8 ESPERA con un sistema automatizado LI-COR 8100A para determinar la respiración microbiana de las raíces de las plantas y del suelo. así como la actividad metabólica general de cada sistema (3). El cambio a lo largo del tiempo (Δ) para CX se determinó a las 4 y 8 ESPERAS comparando las lecturas en cada fecha con las mediciones iniciales.

Tabla 1.Índice de diferencia de vegetación normalizado (NDVI), color del césped (TC) y calidad del césped (TQ) de bermuda híbrido Tifway maduro en respuesta a inoculantes microbianos aplicados en el Centro de Educación e Investigación de Césped de Atenas durante el verano de 2021 en Atenas, Georgia.

zAbreviaturas: LSD, diferencia menos significativa; NS, no significativo; ESPERE, semanas después del tratamiento inicial. y: Se aplicaron inoculantes microbianos en agua destilada con una regadera. x: El NDVI se registró con un medidor de clorofila NDVI Field Scout CM 1000. El índice vegetativo se calculó a partir de las lecturas de reflectancia en una escala de 0 a 1, donde 1 es mejor. Se obtuvo un promedio de tres lecturas por parcela por fecha de calificación. Las calificaciones visuales de TC y TQ se registraron en una escala del 1 al 9, considerándose aceptable una calificación de 6. w: Las medias dentro de una columna seguidas de la misma letra minúscula no son significativamente diferentes.

Experimentos de invernadero

Las pruebas se realizaron en el complejo de invernaderos ATREC en Atenas, Georgia, durante el verano de 2021 (Figura 1). El 26 de julio de 2021, se sembró pasto bermuda común Sahara II (no tratado) a una tasa de 87 libras por acre (98 kilogramos por hectárea) en macetas circulares que contenían una mezcla 2:1 de franco arcilloso arenoso Cecil y arena Wakulla. . Se establecieron dos macetas por tratamiento por réplica del ensayo para realizar una cosecha destructiva en intervalos de tiempo a las 3 y 6 semanas después de la siembra (WAS). Se preparó una solución madre de cada inoculante microbiano con agua destilada para administrar los mismos ocho tratamientos descritos anteriormente para los experimentos de campo. Los inoculantes se aplicaron uniformemente en la superficie de cada maceta el 26 de julio de 2021 con una jeringa (Figura 2). Los tratamientos que recibieron aplicaciones secuenciales se iniciaron el 16 de agosto de 2021. Las macetas se irrigaron después de la aplicación del inoculante para trasladar los tratamientos al suelo. Se incluyó un control no tratado para comparación. Las condiciones en el invernadero con clima controlado se mantuvieron a temperaturas día/noche de 89/79 F (32/26 C). Las macetas fueron cosechadas destructivamente a los 3 y 6 años. Las raíces y los brotes se separaron entre sí, se lavaron de toda la tierra, se secaron en un horno durante 48 horas a 230 F (110 C) y se pesaron para determinar la biomasa de raíces y brotes (onzas) a 3 y 6 WAS.

Tabla 2.Eflujo de carbono de bermudagrass híbrido Tifway maduro en respuesta a inoculantes microbianos aplicados en el Centro de Investigación y Educación de Atenas Turfgrass durante el verano de 2021 en Atenas, Georgia.

z: Las mediciones de eflujo de carbono se registraron con un sistema automatizado LI-COR 8100A al inicio del ensayo, así como con 4 y 8 ESPERAS para proporcionar información sobre la actividad microbiana (respiración) de las plantas y el suelo. Los datos registrados en 4 y 8 ESPERA se compararon con los datos registrados al inicio del ensayo para calcular el cambio de eflujo de carbono a lo largo del tiempo (Δ).y: Abreviaturas: LSD, diferencia menos significativa; NS, no significativo; ESPERE, semanas después del tratamiento inicial. x: Las medias dentro de una columna seguidas de la misma letra minúscula no son significativamente diferentes.

Experimentos de campo

Ubicación ATREC

Se observaron diferencias significativas en el NDVI entre los tratamientos 2 ESPERA; sin embargo, ningún tratamiento con inoculante microbiano dio como resultado calificaciones de NDVI estadísticamente mayores que el control no tratado (Tabla 1). El color del césped y la ESPERA TQ 2 variaron de 6,4 a 6,6 y de 6,4 a 6,5, respectivamente; sin embargo, no se observaron diferencias significativas entre los tratamientos. No se observaron diferencias significativas en respuesta a los tratamientos con inoculantes microbianos para NDVI (0,70-0,73) y TC (6,3-6,6) 6 WAIT, independientemente del tratamiento (Tabla 1). Los tratamientos con inoculantes microbianos no exhibieron puntuaciones de TQ estadísticamente mayores que el control no tratado (6,8) 6 ESPERA; sin embargo, las aplicaciones únicas y secuenciales de AZOS dieron como resultado puntuaciones de TQ de 6,8 a 7,0, mientras que el TQ en respuesta a aplicaciones secuenciales de GLUC fue de 6,8. A las 8 ESPERAS, no se observaron diferencias significativas entre los tratamientos para las calificaciones de TC (6,1-6,5) y TQ (6,3-6,5) (Tabla 1). Una sola aplicación de KLEB1 resultó en la calificación NDVI más alta (0,72), seguida de aplicaciones únicas y secuenciales de AZOS (0,70-0,71), aplicaciones secuenciales de KLEB2 (0,71) y aplicaciones secuenciales de GLUC (0,70).

Aunque no se observaron diferencias significativas entre los tratamientos para CX 4 WAIT (ΔCX = 3,4 a 6,5 ​​µmol m-2 s-1, independientemente del tratamiento), las mediciones de respiración aumentaron en comparación con las lecturas al inicio del ensayo (Tabla 2). El ΔCX para el control no tratado (-2,1 µmol m-2 s-1) no solo fue negativo sino que fue el más bajo entre los tratamientos 8 ESPERA (Tabla 2). Las lecturas más altas de ΔCX 8 WAIT se observaron en respuesta a aplicaciones únicas y secuenciales de AZOS (1,7 y 0,8 µmol m-2 s-1, respectivamente), seguidas de aplicaciones secuenciales de KLEB1 (0,5 µmol m-2 s-1) y aplicaciones únicas. aplicaciones de KLEB2 (0,5 µmol m-2 s-1).

Tabla 3.Índice de diferencia de vegetación normalizado (NDVI), color del césped (TC) y calidad del césped (TQ) de bermuda híbrido Tifway maduro en respuesta a inoculantes microbianos aplicados en el césped de una casa en Bogart, Georgia, durante el verano de 2021.

z: Abreviaturas: LSD, diferencia menos significativa; NS, no significativo; ESPERE, semanas después del tratamiento inicial. y: Se aplicaron inoculantes microbianos en agua destilada con una regadera. x: El NDVI se registró con un medidor de clorofila NDVI Field Scout CM 1000. El índice vegetativo se calculó a partir de las lecturas de reflectancia en una escala de 0 a 1, donde 1 es mejor. Se obtuvo un promedio de tres lecturas por parcela por fecha de calificación. Las calificaciones visuales de TC y TQ se registraron en una escala del 1 al 9, considerándose aceptable una calificación de 6. w: Las medias dentro de una columna seguidas de la misma letra minúscula no son significativamente diferentes.

ubicación BO

No se observaron diferencias estadísticas entre los tratamientos para NDVI (0,84-0,87), TC (7,0-7,3) y TQ (6,8-7,0) 2 WAIT (Tabla 3). Las aplicaciones secuenciales de AZOS dieron como resultado el NDVI más alto (0,70) 6 WAIT, pero no se observaron diferencias estadísticas entre los tratamientos con inoculantes microbianos y el control no tratado (0,68) (Tabla 3). Las aplicaciones únicas de KLEB2 y las aplicaciones secuenciales de GLUC exhibieron el TC (6,4) y el TQ (6,3 y 6,4, respectivamente) más altos 6 ESPERA. Sin embargo, TC y TQ para el control no tratado (6,3 y 6,1, respectivamente) 6 WAIT fueron estadísticamente similares. No se observaron diferencias estadísticas entre tratamientos con respecto al NDVI (0,75-0,79) 8 ESPERA (Tabla 3). La prueba sin tratamiento dio como resultado calificaciones de TC (6,8) y TQ (6,6) similares o mayores que todos los tratamientos con inoculantes microbianos. 8 ESPERE.

El control sin tratamiento resultó en la mayor reducción en CX (-5,6 µmol m-2 s-1) 4 ESPERA; sin embargo, se observó un ΔCX negativo en respuesta a todos los tratamientos con inoculantes microbianos (Tabla 4). El ΔCX a 4 WAIT en respuesta a aplicaciones únicas de GLUC (-1,3 µmol m-2 s-1), aplicaciones únicas y secuenciales de AZOS (-1,6 y -1,4 µmol m-2 s-1, respectivamente) y aplicaciones únicas de KLEB2 (-2,1 µmol m−2 s−1) fueron estadísticamente mayores que los del control no tratado 4 WAIT. Las mediciones de eflujo de carbono continuaron disminuyendo 8 ESPERE, independientemente del tratamiento; sin embargo, aplicaciones secuenciales de KLEB2 (-4,3 µmol m-2 s-1), aplicaciones únicas de GLUC y AZOS (-4,8 µmol m-2 s-1) y aplicaciones únicas de KLEB2 (-5,7 µmol m-2 s-1 ) resultó en las reducciones más pequeñas en CX (Tabla 4). Las mediciones negativas de ΔCX en este sitio pueden haber estado relacionadas con la humedad del suelo. Aunque se registraron 13 pulgadas de lluvia durante la duración de la prueba, la humedad del suelo puede haber sido inadecuada durante las mediciones de CX, porque la lluvia no ocurrió de manera programática, como fue el caso en el sitio irrigado de ATREC.

Tabla 4.Eflujo de carbono del pasto bermuda híbrido Tifway maduro en respuesta a inoculantes microbianos aplicados en el césped de una casa en Bogart, Georgia, durante el verano de 2021.

z: Las mediciones de eflujo de carbono se registraron con un sistema automatizado LI-COR 8100A al inicio del ensayo, así como con 4 y 8 ESPERAS para proporcionar información sobre la actividad microbiana (respiración) de las plantas y el suelo. Los datos registrados en 4 y 8 ESPERA se compararon con los datos registrados al inicio del ensayo para calcular el cambio en el flujo de salida de carbono a lo largo del tiempo (Δ). y: Abreviaturas: LSD, diferencia menos significativa; NS, no significativo; ESPERE, semanas después del tratamiento inicial. x: Las medias dentro de una columna seguidas de la misma letra minúscula no son significativamente diferentes.

Experimentos de invernadero

En el experimento 1, se observaron diferencias significativas en el peso de la raíz (0,008 a 0,013 onzas/0,23 a 0,37 gramos) 3 WAS; sin embargo, ningún tratamiento con inoculante microbiano dio como resultado un peso de raíz estadísticamente mayor que el control no tratado (0,011 onzas/0,32 gramos) (Tabla 5). No se observaron diferencias estadísticas con respecto al peso de los brotes (0,025 a 0,034 onzas/0,71 a 0,96 gramos) 3 WAS. La mayor cantidad de peso de raíz 6 WAS se observó en respuesta a aplicaciones secuenciales de KLEB1 (0.121 onzas/3.43 gramos), seguido por el testigo no tratado (0.119 onzas/3.37 gramos) y aplicaciones únicas de AZOS (0.118 onzas/3.35 gramos). ) (Tabla 5). Las aplicaciones únicas de KLEB1 dieron como resultado la mayor cantidad de peso de brotes (0,252 onzas/7,14 gramos) 6 WAS; sin embargo, el peso de los brotes del testigo no tratado (0,189 onzas/5,36 gramos) fue estadísticamente similar. Los pesos de raíces y brotes en 3 y 6 WAS en el experimento 2 fueron menores que los pesos observados en el experimento 1, independientemente del tratamiento. No se observó significación con respecto al peso de raíces y brotes en el experimento 2, independientemente de la fecha de cosecha. Además, los pesos de raíces y brotes en el experimento 2 fueron menores que los observados en el experimento 1, independientemente del tratamiento (Tabla 5). Las diferencias en biomasa entre corridas pueden atribuirse a la posición de cada ensayo dentro de sus invernaderos. Aunque ambas pruebas recibieron la misma cantidad de riego, es posible que el experimento 2 se haya secado más rápidamente que el experimento 1 porque estaba más cerca de los ventiladores del invernadero en lugar de las almohadillas de enfriamiento.

Tabla 5.Peso de raíces y brotes de bermuda común Sahara II sembrado en respuesta a inoculantes microbianos aplicados en invernadero durante la primavera de 2021 en Atenas, Georgia.

z: Abreviaturas: LSD, diferencia menos significativa; NS, no significativo; FUE, semanas después de la siembra. y: Se aplicaron inoculantes microbianos en agua destilada con una jeringa. x: Las raíces y los brotes se separaron entre sí, se lavaron para quitarles toda la tierra, se secaron en un horno durante 48 horas a 230 F (110 C) y se pesaron para determinar la biomasa de raíces y brotes (onzas).wMedias dentro de una columna seguidas de la misma letra minúscula no son significativamente diferentes.

Las aplicaciones de inoculantes microbianos no aumentaron consistentemente el NDVI, TC, TQ y CX del pasto bermuda híbrido en el campo o la biomasa de raíces y brotes del pasto bermuda común en el invernadero. Sin embargo, se observaron raíces más gruesas en respuesta a varios tratamientos con inoculantes microbianos, lo que sugiere que se estaba produciendo una colonización. Los sistemas de cultivo perennes, como el césped, pueden crear mayores desafíos para el uso y el rendimiento de los inoculantes microbianos. Las poblaciones microbianas endémicas que se han adaptado para sobrevivir y proliferar en entornos de césped pueden superar a los microorganismos no endémicos introducidos recientemente en el sistema. Además, las prácticas culturales (p. ej., aireación y abono) y los insumos de manejo (p. ej., fertilizantes, riego y pesticidas) específicos para el crecimiento y la producción del césped pueden influir en la actividad microbiana, la persistencia y la diversidad de especies a través de la manipulación física y química del suelo. Las especies de césped también pueden desempeñar un papel fundamental en las relaciones simbióticas entre las raíces de las plantas y los microorganismos del suelo. La relevancia de investigaciones de campo anteriores puede ser limitada porque la mayoría de los ensayos de investigación sólo duraron unos pocos meses. Las investigaciones futuras deberían examinar la frecuencia de la inoculación, la persistencia del suelo y de las plantas, y el uso de mezclas microbianas para determinar las mejores prácticas de manejo que conduzcan a la mayor oportunidad de colonización y beneficios posteriores para el césped.

Gerald M. Henry, Ph.D., ([email protected]) es el profesor de ciencia ambiental del césped otorgado por la asociación atlética; Connor Bolton, MS, es un ex estudiante de posgrado; Miguel L. Cabrera, Ph.D., es profesor de remediación ambiental y química del suelo de Georgia Power; Mussie Habteselassie, Ph.D., es profesora de microbiología del suelo; y Kevin A. Tucker, MS, es asistente de investigación, todos en la Universidad de Georgia, Atenas.