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HONGOS MICORRÍCICOS ARBUSCULARES Y GLOMALINA COMO AGENTES ESTABILIZADORES DE CARBONO EN UN AGROECOSISTEMA

MEDITERRÁNEO DEL CENTRO DE CHILE BAJO DISTINTOS SISTEMAS DE LABRANZA

Gustavo Curaqueo Fuentes (1), Edmundo Acevedo Hinojosa (2), Alex Seguel Fuentealba (1), Rosa Rubio Horlacher (3) y Fernando Borie Borie (3) (1) Programa de Doctorado en Ciencias de Recursos Naturalse, Universidad de La Frontera, Casilla 54-D , Temuco, Chile,:gcuraqueo@gmail.com (2) Facultad de Agronomía, Universidad de Chil, . Casilla 1004, Santiago, Chile (3) Departamento de Ciencias Químicas, Universidad de La Frontera, Casilla 54-D, Temuco, Chile

Los hongos micorrícicos arbusculares (HMA) y su producto glomalina (GRSP), han sido mencionados como estabilizadores de carbono del suelo. La actividad de los HMA y el contenido de GRSP del suelo son afectados principalmente por los sistemas de labranza utilizados. Los objetivos de este estudio fueron i) Evaluar la influencia de la labranza tradicional (LT) y cero labranza (CL) durante 6 años sobre propágulos micorrícicos, niveles y estabilidad de GRSP en un agroecosistema que posee una rotación trigo-maíz en un Mollisol de la zona central de Chile; ii) Determinar la contribución de la GRSP al pool de C del suelo. En la estrata 0-5 cm evaluamos el contenido de GRSP, micelio total, micelio activo y número de esporas de HMA, agregados estables, GRSP en macro y microagregados. La recalcitrancia de la glomalina se realizó incubando muestras de suelo por 400 días a 20ºC, determinándose la GRSP cada 50 días. Los contenidos de GRSP fueron 3,96 y 8,16 mg gss-1 para LT y CL respectivamente; a su vez, GRSP presenta un 36,8% de C en su estructura, representando un 3,9% en LT y un 8,2% en CL del C total del suelo. El número de esporas de HMA fue mayor en LT que en CL. El micelio total presentó 3,65 m g-1 en LT y 4,98 m g-1 en CL y su viabilidad aumentó en CL respecto a LT. Los agregados estables fueron menores en LT (32%) que en CL (59%) existiendo una mayor concentración de GRSP en macroagregados que en microagregados. Los contenidos de GRSP disminuyeron 40% tras la incubación. La actividad NAGasa presentó valores superiores en CL respecto a LT. Los resultados sugieren que el sistema CL ejerce un efecto positivo en las características evaluadas en relación al sistema LT. Otro importante aspecto que se observó es el rol clave de GRSP en la estabilización del C en agroecosistemas con bajos contenidos de materia orgánica. Keywords: glomalina, hongos micorrícicos arbusculares, carbono

Introducción Los hongos micorrícicos arbusculares (HMA) juegan un rol importante en la regulación de los flujos de carbono (C) entre la biosfera y la atmósfera mediante diversos mecanismos (Zhu y Miller 2003), entre ellos la producción de glomalina, glicoproteína definida como Glomalin Related Soil Protein (GRSP), la cual se encuentra en concentraciones variables en suelos donde existe la simbiosis micorrícica arbuscular (Driver et al 2005). La presencia y acumulación de

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GRSP en el suelo, se debe a su alta recalcitrancia por lo que puede contribuir al contenido de C del sistema edáfico, mediante el C estructural de su molécula y al promover la agregación del suelo debido a sus características adhesivas (Nichols y Wright 2005); sin embargo, la actividad de los HMA así como los contenidos de GRSP son fuertemente influenciados por los manejos utilizados en los suelos (Sieverding 1991). Así, el estudio del rol de los HMA y la glomalina es importante para observar la dinámica del C en el suelo y su contribución al secuestro de C en los sistemas agrícolas con el fin de contribuir a una mayor sustentabilidad de los agroecosistemas. Los objetivos de este estudio fueron i) Evaluar la influencia de la labranza tradicional (LT) y cero labranza (CL) durante 6 años sobre propágulos micorrícicos, niveles y estabilidad de GRSP en un agroecosistema que posee una rotación trigo-maíz en un Mollisol de la zona central de Chile; ii) Determinar la contribución de la GRSP al pool de C del suelo.

Materiales y Métodos Este estudio se realizó en un agroecosistema de la zona central de Chile, ubicado en la Estación Experimental Antumapu de la Universidad de Chile (33º 34` S y 70º 38` O). El suelo es un Entic Haploxerolls serie Santiago. El clima es mediterráneo, con veranos secos y cálidos e inviernos fríos. En este suelo se estableció una rotación de cultivos compuesta por trigo (Triticum turgidum var. durum) y maíz (Zea mays) bajo sistema de labranza tradicional (LT) y cero labranza (CL) por un periodo de 6 años. El muestreo de suelos se realizó a una profundidad de 0-5 cm. La toma de muestras fue previa al establecimiento del cultivo de trigo en el mes de mayo (temporada 2006-2007). La extracción de la GRSP desde el suelo se realizó de acuerdo al método de Wright y Upadhyaya (1996), realizando ciclos de autoclave de 60 minutos con buffer citrato 50 mM, pH 8,0, y posterior centrifugado. La cuantificación de GRSP se realizó con la metodología de medición de proteína total de Bradford (Wright et al 1996), mientras que la purificación de GRSP se realizó siguiendo la metodología de Cornejo et al (2008). El contendido de C de GRSP y del suelo se determinó utilizando un analizador elemental CHN (CHN NA 1500, Carlo Erba). Se realizó un recuento de esporas y determinación de micelio mediante el protocolo descrito por Rubio et al (2003). Los agregados estables al agua se determinaron por el método descrito por Kemper y Rosenau (1986). Para cada parámetro se realizó la prueba de normalidad Kolmogorov-Smirnov Test y prueba de Levene para homogeneidad de varianzas. Se realizó un ANDEVA y cuando correspondió la prueba de comparación múltiple de promedios de Tukey (p≤0,05).

Resultados y Discusión

Los contenidos de GRSP y el aporte del C estructural de la glomalina (C-GRSP) al C total del suelo se presentan en la figura 1 A. Los valores presentan diferencias significativas (p≤0,05), así la GRSP fue de 3,96 mg gss-1 en LT y 8,16 mg gss-1 en CL, a su vez la GRSP presenta un 36,8% de C en su estructura, lo que representa una contribución al total del C del suelo de 3,9% para LT y 8,2% para CL, valores superiores a los reportados por Borie et al (2006) pero mas bajos que los reportados por Etcheverría et al (2009). El ensayo de recalcitrancia de la GRSP reveló una degradación del 40% en todo el periodo. Desde el día 0 al 100 se observó una importante disminución en los contenidos, para después registrar un aumento sostenido desde el día 100 a

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250 y finalmente llegar a un nivel constante al fin del ensayo (día 400). Este aumento en los contenidos de GRSP puede deberse a la interferencia producida por la aparición de algunas sustancias durante la incubación que no son necesariamente proteínas pertenecientes al pool del suelo, pero que igualmente son detectadas por el reactivo de Bradford (Halvorson y Gonzalez 2006). Se observó además un mayor nivel de la glicoproteína en el sistema CL en comparación a LT. Figura 1. A) Contenido de glomalina (GRSP) y aporte del C asociado a GRSP (C-GRSP) al C total del suelo en un Mollisol de la zona Central de Chile bajo labranza tradicional (LT) y cero labranza (CL). B) Degradación de la GRSP durante una incubación de suelo a 20ºC. Letras distintas denotan diferencias significativas (p≤0,05) entre tratamientos mediante prueba de Tukey. En la tabla 1 se puede observar el Carbono total del suelo, las fracciones de micelio total y activo de HMA, numero de esporas de HMA, agregados estables al agua, y GRSP en macroagregados y microagregados. El C total fue un 42% mayor en CL que en LT. Las fracciones de micelio total y activo fueron mayores en CL que en LT. La tendencia anterior también se observó en el número de esporas de HMA, el cual fue influenciado por los sistemas de manejo, ya que LT presentó un menor número de esporas que el tratamiento CL (Treseder y Turner 2007). La agregación del suelo fue menor en LT (32%) que en CL (59%), lo que evidencia un efecto mecánico o por destrucción del micelio de HMA al implementar labranza tradicional (Six et al 1999). El contenido de GRSP presenta una mayor concentración en macroagregados que en microagregados, mientras se observó una mayor cantidad de GRSP de ambas fracciones (macro y microgregados) en el sistema CL respecto al tratamiento LT lo que concuerda con lo reportado por Wright et al (2007). Tabla 1. Carbono total del suelo, micelio total, micelio activo y esporas de HMA, agregados estables al agua, y GRSP en macro y microagregados.

Parámetros E ados valu

C Total Micelio Total

Micelio Activo

Esporas de HMA

Agregados estables

GRSP en macroagregados

GRSP en microagregados

Sistema de labranza

(g kg-1) (m g-1) (m g-1) Nº 100 cc-3 (%) (mg gss-1) (mg gss-1) LT 17,0b 3,65b 0,80b 449b 32b 3,75b 3,09b

CL 24,1a 4,98b 1,10a 508a 59a 7,96a 7,16a

0

2

4

6

8

10

12

14

LT CL0

2

4

6

8

10

12

14

a

b A

GR

SP

mg

gss-1

Sistemas de labranza

B

C-G

RS

P/C

Tot

al d

el s

uelo

(%) C-GRSP/C total

0 100 200 300 4002

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

GR

SP m

g gs

s-1Tiempo (días)

LT CL

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LT:Labranza tradicional; CL: Cero labranza. Letras distintas denotan diferencias significativas (p≤0,05) entre tratamientos mediante prueba de Tukey. Los resultados sugieren que el sistema CL ejerce un efecto positivo en las características evaluadas en comparación al sistema LT, estableciéndose una relación entre el grado de alteración que cada sistema de labranza ejerce en el suelo y los contenidos de GRSP y parámetros micorrícicos estudiados. Otro importante aspecto que se observó es el rol clave de los HMA y GRSP mediante la agregación y el efecto del micelio en la estabilización del C del agroecosistema estudiado el cual presenta bajos contenidos de materia orgánica, lo que contribuye a esclarecer la relación de la glomalina en el ciclo global del C, su aporte al secuestro de CO2 atmosférico y finalmente su contribución a la sustentabilidad de los agroecosistemas.

Referencias Borie, F., R. Rubio, J.L. Rouanet, A. Morales, G. Borie, and C. Rojas. 2006. Effects of tillage systems on soil characteristics, glomalin and mycorrhizal propagules in a Chilean Ultisol. Soil & Tillage Research 88:253-261. Cornejo, P., S. Meier, G. Borie, M.C. Rillig, and F. Borie. 2008. Glomalin-related soil protein in a Mediterranean ecosystem affected by a copper smelter and its contribution to Cu and Zn sequestration. Science of the Total Environment 406:154-160. Driver, J.D., W.E. Holben, and M.C. Rillig. 2005. Characterization of glomalin as a hyphal wall component of arbuscular mycorrhizal fungi. Soil Biology & Biochemistry 37:101-106. Etcheverría, P., D. Huygens, R. Godoy, F. Borie, and P. Boeckx. 2009. Arbuscular mycorrhizal fungi contribute to 13C and 15N enrichment of soil organic matter in forest soils. Soil Biology & Biochemistry 41:858-861. Halvorson, J.J., and J.M. Gonzalez. 2006. Bradford reactive soil protein in Appalachian soils: distribution and response to incubation, extraction reagent and tannins. Plant and Soil 286:339-356. Kemper, W.D., and R.C. Rosenau. 1986. Aggregate stability and size distribution, p. 425-444 Methods of soils analysis. Part I. Physical and mineralogical methods. American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin, USA. Nichols, K.A., and S.F. Wright. 2005. Comparison of glomalin and humic acid in eight native US soils. Soil Science 170:985-997. Rubio, R., F. Borie, C. Schalschili, C. Castillo, and R. Azcón. 2003. Occurrence and effect of arbuscular mycorrhizal propagules in wheat as affected by source and amount of phosphorus fertilizer and fungal inoculation. Applied Soil Ecology 23:245-255. Sieverding, E. 1991. Vesicular-Arbuscular Mycorrhiza Management in Tropical Agroecosystem. Deutshe Gesellschaft Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH, Eschborn, Germany Six, J., E.T. Elliott, and K. Paustian. 1999. Aggregate and Soil Organic Matter Dynamics under Conventional and No-Tillage Systems. Soil Sci Soc Am J 63:1350-1358. Treseder, K.K., and K.M. Turner. 2007. Glomalin in ecosystems. Soil Sci Soc Am J 71:1257-1266.

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