evaluacion preliminar de grupos funcionales bacterianos como ...

EVALUACIÓN PRELIMINAR DE GRUPOS FUNCIONALES BACTERIANOS COMOINDICADORES DE CALIDAD DE SUELOS EN ZONA CAFETERAA. Varela 1 , M. P. Aguilera 2 , B. E. Vélez 2 , C. Flórez 31 Profesora Asistente. Laboratorio de Ecología de Poblaciones y Comunidades,Unidad de Ecología y Sistemática, Departamento de Biología, Pontificia UniversidadJaveriana, Bogotá. Carrera 7 No 43-82, Edificio 53, Oficina 406 B.avarela@javeriana.edu.co. Tel: 3208320 ext. 4078. Fax: 3208320 ext. 40562 Departamento de Microbiología, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá. Carrera 7No. 40-623 Instituto de Investigaciones Biológicas Alexander von Humboldt, Bogotá. Calle 37No. 8-40RESUMENSe examinó si la abundancia y diversidad de grupos funcionales de bacterias(proteolíticas y celulolíticas) podían servir como indicadores de calidad del suelo, alcomparar diferentes usos de este en una zona cafetera. Adicionalmente, sedeterminó si estos atributos de los grupos funcionales estaban relacionados conalgunas características físicas y químicas del suelo. Se tomaron muestras de suelosen fincas con cuatro tipos de uso correspondientes a bosque húmedo andino, bosquede guadua, cafetal con sombrío y cafetal sin sombrío. En el bosque de Guadua seencontró una menor abundancia del grupo celulolítico, mientras que la del grupoproteolítico no mostró diferencias entre usos. Sin embargo, ni la riqueza ni ladiversidad de los dos grupos funcionales cambió entre usos del suelo. Sólo el pH y lahumedad fueron diferentes, pero no se relacionaron con la abundancia, riqueza y/odiversidad alfa de los dos grupos funcionales. Los resultados iniciales sugieren que laabundancia de bacterias celulolíticas podría ser considerada como un indicador decambio de uso de suelo. Sin embargo es necesario realizar muestreos frecuentespara determinar la dinámica de este grupo para confirmar estos resultados y evaluarotros grupos funcionales microbianos.

INTRODUCCIÓNLa calidad del suelo es un término cada vez más usado para referirse a atributosfísicos, químicos y biológicos relacionados con la capacidad funcional del suelo parasostener la productividad (Doran & Parkin 1994, Karlen et al. 1997, Brejda et al. 2000,Stehouwer 2003). Dentro de los atributos biológicos la microbiota del suelo tiene elpotencial de ser indicadores importantes de calidad del suelo (Roper & Ophel-Keller1997). Esto se debe a que los microorganismos participan activamente en procesosde descomposición de la materia orgánica y el ciclaje de nutrientes (Alexander 1981)y a que cambios en el uso del suelo pueden influir sobre sus característicasfísicoquímicas (Bramley & White, 1989). Estas a su vez pueden provocarmodificaciones en la estructura y función de la comunidad microbiana (Beare et al.1992, Mikhnovskaya et al. 1993). En Colombia es muy poco lo que se conocerespecto a la microbiota edáfica sobre todo en algunos ecosistemas como el bosqueandino y sus coberturas de reemplazo, pues los estudios se han enfocado en la faunay la flora (Flórez, 2001). Los diferentes usos de suelo que se presentan en eldepartamento del Quindío y su asociación con uno de los cultivos de mayor tradiciónen el país (cultivo de café), lo hacen un lugar propicio para examinar si gruposfuncionales bacterianos que participan en procesos edáficos pueden servir comoindicadores de calidad del suelo y si están relacionados con algunas característicasfísicas y químicas del suelo.PROBLEMÁTICALos cambios en la capacidad del suelo para funcionar se reflejan en la respuesta dediferentes propiedades del suelo (USDA 2001). Los componentes físicos y químicosde la calidad del suelo se han abordado principalmente debido a su relativa facilidadde medición (Parr et al. 1992). El componente biológico ha sido menos consideradopor la dificultad de su interpretación y relativa mayor complejidad de analizar(Kennedy & Papendick 1996). Sin embargo, las propiedades microbiológicas puedenservir como indicadores de calidad del suelo debido a que los microorganismos son

los segundos agentes biológicos más importantes en los agroecosistemas, despuésde las plantas (Yakovchenko et al. 1996). Además, los procesos biológicos y losmicroorganismos involucrados en estos, que mantienen la estructura y fertilidad delsuelo, son potencialmente más sensibles que a cambios que las propiedades físicaso químicas (Pankrust et al. 1997). Aunque usos diferentes al de la cobertura nativamantienen la productividad y fertilidad de los suelos, pueden alterar cuantitativa ycualitativamente su comunidad microbiana (Acea & Carballas, 1998) o la actividad deesta (González et al. 1999). Esto podría tener consecuencias desfavorables paraciertos grupos bacterianos, llevando a un deterioro en la calidad del suelo y delecosistema terrestre en general, por modificaciones en el flujo y tasa de liberación denutrientes. Pero esto se desconoce en gran medida y particularmente en Colombia setienen muy pocas aproximaciones al respecto.OBJETIVOSEl principal objetivo de este estudio fue examinar si la abundancia, riqueza y/odiversidad de grupos funcionales bacterianos cambiaban con el uso del suelo en lazona cafetera del departamento del Quindío, teniendo como referencia el bosquemontano húmedo. Esto con el fin de evaluar su potencial uso como posiblesindicadores de calidad del suelo. Adicionalmente se exploró si estos cambios podríanestar asociados a variaciones en algunas características físicoquímicas del suelo (pH,textura y humedad).MARCO CONCEPTUALInicialmente la calidad del suelo fue considerada como las propiedades físicas,químicas y biológicas que proveen un medio para el crecimiento de las plantas, laregulación del flujo de agua y la atenuación de la toxicidad de compuestos (Larson &Pierce 1991). Posteriormente fue definida como la capacidad para su funcionamientoya sea bajo uso antropogénico o bajo ecosistemas naturales, que permite sostener laproductividad biológica, mantener la calidad medio ambiental y promover la salud

animal, vegetal y humana (Doran & Parkin 1994, Karlen et al. 1997). La calidad delsuelo es controlada por la interacción de componentes físicos, químicos y biológicos(Kennedy & Papendick 1996), lo que reconoce una aproximación más holística alpapel que juega el suelo en ecosistemas naturales y agrícolas (Karlen et al. 1997).Por otra parte, la interacción entre los organismos del suelo y el ambiente abióticodurante los procesos de descomposición de la materia orgánica determinan en granmedida la fertilidad del suelo (Anderson 2003). En este sentido, los indicadores decalidad de suelo deben buscarse en parámetros que expresen estas interacciones enprocesos relacionados con la funcionalidad del suelo. Esto lleva a considerar a losgrupos funcionales como posibles indicadores de los cambios medio ambientales odisturbios (Beare et al. 1992), que están asociados con la calidad del suelo.METODOLOGÍASe escogieron como usos del suelo: bosque húmedo montano (uso original), bosquede Guadua (Bambusa guadua), cafetal con sombrío (Coffea arabiga - Ingacodonantha - Musa paradisiaca L.) y cafetal sin sombrío (Coffea arabiga). Seescogieron tres fincas distintas con cada tipo de uso, ubicadas en varios municipiosdel Departamento del Quindío). Los suelos de estas fincas correspondieron amolisoles y andisoles. En cada finca se tomaron cuatro muestras compuestas desuelo de los primeros 5 cm (48 muestras en total). A las muestras se les midió el pH(2:10 suelo:agua) de acuerdo a Andrades (1996), la humedad gravimétricamente porsecado a 80°C durante 48 h y la textura con el método de Bouyoucos (Russell 1968).La abundancia y diversidad de los grupos funcionales bacterianos se estimó con elmétodo de diluciones seriadas en placa profunda (Wollum 1982, Alexander 1998) enmedio celulosa modificado y medio proteolítico modificado (Wollum 1982). Lasmorfoespecies más abundantes bajo cada uso de suelo se aislaron para suidentificación mediante pruebas bioquímicas. La riqueza se calculó con base en elnúmero de morfoespecies de bacterias proteolíticas y celulolíticas. La diversidad secalculó con el índice de Brillouin y de Simpson para establecer la equidad y ladominancia de especies, respectivamente (Segnini 1995, Moreno 2001). La

comparación de las variables fisicoquímicas y de abundancia microbiana entre usosde suelo se realizó con un análisis de varianza y una prueba a posteriori de Scheffé(Sokal & Rohlf 1982). Los valores de diversidad se compararon con una prueba deKruskal-Wallis (Siegel & Castellan 1990). La relación entre las variables edáficas y lasmicrobiológicas se estableció con una regresión múltiple estándar (Sokal & Rohfl1982). Se usó un nivel de significancia de 0,05.RESULTADOSLa abundancia de bacterias celulolíticas cambió en cafetal sin sombrío y bosque deGuadua respecto al bosque montano, siendo mayor y menor bajo estos dos tipos deuso, respectivamente (F=11,48, gl=35, P0,05, gl=47). La abundancia de bacterias proteolíticas fue mayor a lade bacterias celulolíticas en todos los casos, probablemente como consecuencia deque las fuentes proteicas son de más fácil degradación que la celulosa, ya que es unpolímero más complejo. La abundancia de bacterias proteolíticas fue particularmentemayor bajo cultivo de café, tal vez por el uso de fertilización nitrogenada, como lo hansugerido en otros casos Bolton et al. (1985), o por el uso de insecticidas que puedenestimular la mineralización y disponibilidad de carbono, fósforo y nitrógeno orgánicos(Das & Mukherjee, 2000).El pH, humedad y textura no estuvieron relacionadas con la abundancia o riqueza dealguno de los grupos funcionales bacterianos. Debido a la variación del pH en unrango tan estrecho y de acuerdo con los estudios de otros investigadores (Brookes etal. 1983, Singh, et al. 1997), es posible que otros factores como el porcentaje demateria orgánica, la concentración de nitrógeno y fósforo y/o el nivel de aireación en

el suelo, que no fueron medidos en este estudio, sean los que influyan en el número ytipo de bacterias que se presentan en los suelos. Se reconocieron 42 morfoespeciesde bacterias celulolíticas y 43 de proteolíticas y se identificaron los géneros Bacillus,Clostridium, Micromonospora, Micrococcus, Corynebacterium, Agrobacterium yArthrobacter. La riqueza de bacterias celulolíticas varió entre 4 y 15morfoespecies/muestra y la de bacterias proteolíticas entre 3 y 12morfoespecies/muestra, las cuales no fueron significativamente diferentes entre usos(F=0,94, P>0,05 para bacterias celulolíticas y F= 0,95, P>0,05 para proteolíticas).Aunque los valores de los índices de diversidad mostraron que esta era ligeramentemayor bajo bosque húmedo, no se encontraron diferencias significativas en ladominancia ni en la equidad de las morfoespecies bacterianas celulolíticas yproteolíticas. Por tanto el cambio de uso de suelo, de bosque a otros tipos, parecierano influir sobre la diversidad de estos grupos bacterianos. Pero, ya que lasmorfoespecies de bacterias encontradas no fueron las mismas en cada tipo de uso,se podría decir que el cambio de uso del suelo favorece morfoespecies distintas a lasfavorecidas por la cobertura original.El pH, el porcentaje de humedad y el porcentaje de arcilla, limo y arena de lasmuestras indican que los suelos fueron moderadamente ácidos, que el porcentaje dehumedad se encontró en un rango de moderado a alto y que la textura fue de trestipos: franco, franco arcillo arenoso y franco arenoso. Se encontraron diferencias enlos valores de pH entre usos de suelo, que pueden deberse al tipo de vegetación, latopografía y/o el manejo de los cultivos respecto al bosque montano y al de Guadua.Aunque las diferencias en el pH fueron significativas, biológicamente no lo son ya quelas bacterias pueden crecer en rangos de pH amplios (Alexander 1981), y porque lasdiferencias no llegaron a ser de una unidad (0,9). La humedad fue más alta en elbosque húmedo andino y en el bosque de Guadua, lo que sugiere que esteparámetro edáfico está en detrimento en los cultivos de café, pudiendo afectarnegativamente otros grupos de organismos más sensibles y los procesos edáficos enlos que están involucrados.

CONCLUSIONESAunque el tipo de uso del suelo en las fincas muestreadas lleva más de 10 años, esteno parece incidir sobre la riqueza o diversidad de bacterias celulolíticas niproteolíticas, sino sólo sobre la abundancia de bacterias celulolíticas. En este sentido,sólo la abundancia de bacterias celulolíticas podría sugerirse para posterioresestudios como posible indicador de cambios en la calidad debido al uso del suelo,sobre todo en cambios de vegetación que impliquen un aporte de material vegetal decalidad distinta a la del uso de la cobertura nativa o un uso contrastante en términosde la aplicación de agroquímicos. Sin embargo no debe esperarse necesariamenteuna disminución respecto al valor de la abundancia del bosque húmedo, por lo queaumentos o disminuciones podrían considerarse como indicadores de cambio. El pHy la humedad fueron distintos entre los usos de suelo, pero con variacionespequeñas. Estas variables edáficas junto con la textura no se asociaron con laabundancia y diversidad de las bacterias de los dos grupos funcionales bacterianosconsiderados. Esto sugiere que son otros factores fisicoquímicos (materia orgánica,de nitrógeno y de fósforo) los que influyen sobre la diversidad bacteriana. Es probableque la diversidad varíe en el tiempo, por cambio en condiciones climáticas, edad delos cultivos, y manejo de los mismos. Por esta razón, es importante realizar estudios amediano plazo y considerando otras condiciones como las mencionadasanteriormente, para conocer cómo es esta diversidad, cómo es su dinámica y cómose altera por cambios en el uso de la tierra. Estudios como este son el punto departida de investigaciones futuras sobre la exploración de microorganismos edáficoscomo indicadores de calidad de suelos.LITERATURA CITADA

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