Las estrategias en seguridad alimentaria con cultivos de alto contenido nutricional deben enmarcarse en prácticas agrícolas sostenibles, orientadas a la conservación del suelo, el alto rendimiento y la inocuidad. Esta última característica implica la producción de alimentos sin trazas detectables de agroquímicos, los que podrían amenazar la salud del consumidor. Se desarrolló un estudio con el objetivo de evaluar el efecto del herbicida glifosato sobre la fertilidad química y microbiológica del suelo, así como su residualidad en la semilla de frijol biofortificado cultivado en el departamento de Cesar, Colombia. La metodología comprendió un análisis correlacional de indicadores de calidad de suelo, rendimiento del cultivo y residualidad en los granos. Los tratamientos evaluados incluyeron la aplicación o no de glifosato, el uso de coberturas sintéticas (mulch) o naturales, frente al control manual de las malezas. Se hallaron diferencias de rendimiento y de la respuesta de los indicadores químicos y microbiológicos en función del tratamiento y las condiciones iniciales de la rizósfera de frijol. La aplicación del herbicida glifosato en suelo sin mulch generó una disminución del 29% en el rendimiento, asociada a la mayor prevalencia de plagas y enfermedades fúngicas. En ninguno de los tratamientos con aplicación de glifosato se observó residualidad de este herbicida en semillas, pero sí de otras moléculas derivadas de insecticidas usados en el sistema local de producción. De este estudio se concluyó que en lotes de frijol biofortificado con alta presión de la maleza Cyperus rotundus (coquito), se recomienda el uso del herbicida glifosato acompañado de mulch como alternativa para mantener la productividad en el tiempo. Esto constituye un sistema de protección frente al efecto negativo del herbicida sobre ambos, el sistema radical de la planta y la microbiota del suelo.
Strategies aimed at achieving food safety in crops of high nutritional value should be carried out through sustainable agricultural practices aimed at soil conservation, high yield and food safety. This latter characteristic implies food production without detectable traces of agrochemicals that threaten health. The objective of this study was to assess the effect of the herbicide glyphosate on the chemical and biological fertility of the soil and to determine its residual activity on biofortified bean seeds in Codazzi, Department of Cesar, Colombia. The method included a correlational analysis of soil quality, crop yield and residuality in bean grains. The treatments included glyphosate application and synthetic and natural mulches, compared to manual control. The results showed differences in the response of chemical, microbiological and yield indicators between treatments and the initial conditions of the bean rhizosphere. The use of the herbicide glyphosate in mulch-free soil generates yield losses of 29% associated with a higher incidence of pests and fungal diseases; in all treatments, no glyphosate residuality was detected in seeds; however, residuality was detected in other molecules derived from insecticides associated with the local production system. In conclusion, in plots with high weed pressure by Cyperus rotundus, the use of mulch is recommended as an alternative to maintain bean productivity over time; by offering protection against the effect of the herbicide on both the root system of the plant and the soil microbiota of the biofortified bean crop.
El frijol común (Phaseous vulgaris L.) es la leguminosa alimenticia más importante del mundo para el consumo humano, con 25,1 millones de toneladas de producción en 2014, de las cuales Colombia participó con el 0,7% (170.504t)13. En Colombia, el frijol se produce principalmente en la región Andina (85%) y en la costa Atlántica (13%)33,34.
El área actual de siembra de esta leguminosa es de 128.234ha a nivel nacional. De ellas, aproximadamente 15.396ha se encuentran en el Caribe colombiano; específicamente, en los departamentos de Cesar y de La Guajira, donde hay en promedio 6.185 y 1370ha27, respectivamente. La producción de frijol a partir de estas áreas es insuficiente para satisfacer la demanda regional de este alimento. Los departamentos Cesar y La Guajira se ubican entre aquellos que muestran los valores más altos de inseguridad alimentaria17. Atendiendo a que el frijol forma parte de la canasta básica, es la especie ideal para impactar sobre la nutrición de la población vulnerable a través de la biofortificación de cultivos28.
El frijol biofortificado alcanza una mayor concentración de Fe y Zn en su semilla28,41. Sin embargo, la siembra de este tipo de frijol en el Caribe seco estaría limitada por problemas de competitividad de esta cadena productiva, asociados con los elevados costos económicos y ambientales y la inestabilidad de los precios de venta, en el marco de una producción reducida, estacionaria y escasamente tecnificada42.
En muchas zonas donde los agricultores han intensificado la producción de esta leguminosa, el uso excesivo de plaguicidas se ha convertido en un problema grave9. El frijol es altamente sensible a la competencia que ejercen las malezas por la luz, el espacio (puede haber hasta 400 plantas por metro cuadrado) y el consumo de nutrientes (de hasta 42, 6 y 36kg/ha de N, P y K, respectivamente). En este sentido, el manejo de la maleza Cyperus rotundus L. (Cyperaceae) es uno de los principales problemas. Esta maleza, de alta incidencia en cultivos de frijol en el departamento de Cesar, requiere especial consideración, pues se ha documentado su efecto inhibidor (alelopatía) sobre la germinación y el crecimiento de los cultivos. Su manejo está basado en el uso de herbicidas químicos6,30,40. Esta especie se caracteriza por su rápida proliferación en suelos desnudos y con temperaturas entre 25 y 35°C30.
La literatura científica registra que la utilización del herbicida glifosato en el cultivo del frijol —para controlar en postemergencia malezas que crecen en callejones— afecta a las plántulas por el movimiento de este producto en el suelo y su contacto con las raíces; inclusive se refiere la mortalidad de plántulas de frijol en el control preemergente de malezas, antes de la siembra del cultivo20. Además, se ha informado el incremento de la incidencia de enfermedades radicales de origen fúngico44.
Las lesiones en el tejido radical ocasionadas por el herbicida favorecen el ingreso de fitopatógenos, lo que va acompañado de cambios en los exudados, que a su vez alteran la microbiota rizosférica y las propiedades fisicoquímicas del suelo40,44. Por tal motivo, se recurre al uso de coberturas plásticas, para evitar una alta percolación del glifosato a través del suelo y como barrera entre las raíces del frijol y el químico20,44. Además, dados los reportes de residualidad de pesticidas en alimentos, es necesario reevaluar los beneficios agrícolas de la aplicación de químicos sobre el rendimiento de los cultivos en relación con su calidad e inocuidad. Bohm et al.4 detectaron que las aplicaciones de glifosato en postemergencia durante el cultivo de soja transgénica en un suelo Planosol de Brasil derivó en la existencia de residuos de la molécula en los granos —los cuales sobrepasaron el límite máximo de residuos (10mg/kg)— así como también en la presencia de ácido aminometilfosfórico (AMPA), principal metabolito de degradación de este herbicida.
Por otra parte, se ha aceptado que las leguminosas influyen en el mejoramiento de las condiciones del suelo, lo cual es de gran importancia ecosistémica, si se tiene en cuenta que, en Colombia, alrededor del 80% del suelo está afectado por procesos erosivos causados, entre otros factores, por el clima y las prácticas agrícolas tradicionales inadecuadas25,41,42. Las prácticas de manejo agrícola de alto impacto ambiental sobre el sistema edáfico ocasionan disminución de la productividad de los cultivos y pérdida de la cobertura vegetal, pero, sobre todo, incapacitan a la microbiota del suelo para cumplir sus funciones en los ciclos biogeoquímicos10,11,39.
De acuerdo con lo anterior, se hace necesario evaluar estrategias de manejo que permitan mantener la función ecosistémica del cultivo de frijol y su productividad, así como mitigar los procesos de degradación antrópica del suelo en ambientes tan vulnerables como el Caribe seco42. En esta ecorregión colombiana se pueden alcanzar temperaturas de hasta 40°C en marzo, con una media anual de 28°C. La precipitación anual promedio es de 500mm, con un fotoperiodo de 6,3h/día y una humedad relativa entre el 47 y el 60%. Los niveles de desertificación están entre las categorías alta y muy alta en más del 75% de su territorio, principalmente en los departamentos de Cesar y La Guajira32. Esta región también se caracteriza por las inadecuadas prácticas de manejo y la escasa tecnificación de cultivos transitorios, que ha ocasionado un incremento en la presión de malezas en esta zona19,25,40.
El control de malezas es un componente fundamental para alcanzar sistemas productivos sostenibles cuando se decide disminuir el uso excesivo de agroquímicos con la intención de evitar la incorporación de estos en las cadenas tróficas, para no afectar a los seres humanos ni a la calidad del suelo37.
Recientemente, la Corporación colombiana de investigación agropecuaria (AGROSAVIA) registró para la subregión Caribe seco dos nuevas variedades de frijol biofortificado: CORPOICA rojo 39 y CORPOICA rojo 4341. Sin embargo, los indicadores ambientales del impacto de las nuevas variedades requieren la estructuración de un modelo productivo acorde con la vulnerabilidad de los suelos regionales40 y la alta presión de malezas, además del uso adecuado de agroinsumos ligados a la tecnología local de producción25 y a las características fitoextractivas del frijol. Este último aspecto puede afectar la inocuidad del grano producido bajo la tecnología local25,41,42.
En consecuencia, para avanzar en el desarrollo de una propuesta de producción sostenible de frijol biofortificado en el norte del departamento de Cesar, en Colombia, se evaluó el efecto del herbicida glifosato sobre indicadores de calidad y de fertilidad química y microbiológica del suelo frente a otras opciones de manejo de malezas predominantes en cultivos de hortalizas en el Caribe seco, como C. rotundus (coquito), Amaranthus dubius Mart. ex Thell. (Amaranthaceae) (bledo), Ipomoea tiliacea (Willd.) Choisy (Convolvulaceae) (campanita) y Cucumis melo L. (Cucurbitaceae) (meloncillo)19.
Materiales y métodosLocalizaciónLa investigación se desarrolló durante el segundo semestre de 2014 en parcelas experimentales de AGROSAVIA (Centro de Investigación [CI] Motilonia), ubicadas al norte del departamento de Cesar, en el municipio Agustín Codazzi (coordenadas 10°1́58,512”N - 73°13́29,946”O, 120m s.n.m.).
PlantasSe utilizó la variedad de frijol (Phaseous vulgaris L.) biofortificado CORPOICA rojo 39, tolerante a calor y suelos de baja fertilidad. Se evaluaron aleatoriamente 20 plantas por tratamiento y réplica.
MalezasAl inicio del ensayo se midió la densidad de malezas en número de individuos por metro cuadrado utilizando una cuadrícula de 0,25m2, que fue arrojada aleatoriamente al lote 5 veces, luego se colectaron todas las malezas y se identificaron las especies presentes con claves taxonómicas1, además se estimó su proporción.
SueloSe colectaron 500g a partir de 5 puntos de muestreo en forma de X por cada parcela de 5×5m, con una profundidad de 15cm (para el análisis microbiológico) y de 30cm (para el análisis químico). Las muestras compuestas así obtenidas se uniformizaron, se empacaron en bolsas herméticas y se transportaron, con refrigeración de 4°C, hasta el laboratorio de análisis. Para contrarrestar el efecto de la heterogeneidad del suelo, se marcó cada punto de muestreo inicial para una nueva colecta después de la aplicación de los tratamientos.
Siembra de frijolSe sembraron parcelas con una distancia entre las plantas de 20cm y entre cada surco de 60cm, con un diseño de bloques completamente aleatorizados, con 4 réplicas en arreglo factorial. Cada uno de estos bloques estaba destinado a diferentes tratamientos de control de C. rotundus, como maleza principal. Se realizó fertilización uniforme con fosfato diamónico en todas las parcelas, sobre la base de lo encontrado en el análisis químico inicial.
Aplicación de tratamientosLa aplicación del herbicida glifosato se realizó según especificaciones técnicas, en una dosis de 2,5l diluidos en 200l de agua por hectárea, justo antes de la siembra, y a los 15, 30 y 45 días después de la siembra (DDS); en esta última aplicación, el herbicida se dejó actuar durante 3 días, tras lo cual se tomaron muestras para la evaluación de diversos parámetros hasta la cosecha del cultivo (68DDS). Se evaluaron los siguientes tratamientos: T0, terreno inicial antes de la siembra con frijol, sin control postemergente de malezas; T1, terreno con siembra previa de frijol sin mulch y control de malezas con aplicación de glifosato; T2, terreno con siembra previa de frijol cubierto por mulch y control de malezas con aplicación de glifosato; T3, testigo con siembra previa de frijol, control de malezas manual; y T4, testigo con siembra previa de frijol, con labranza mínima y cobertura vegetal. El tratamiento con mulch correspondió a un acolchado plástico (Growers solution, Tennessee, EE.UU.) de color blanco y negro, de 1,2m de ancho, para una cama de 60cm, calibre de 2,28mm, perforación parcial con diámetro de 6,35cm y 45cm entre espaciamiento. La efectividad de cada tratamiento en la reducción de malezas se midió aplicando la misma técnica de caracterización inicial1.
Medición de variables químicas y microbiológicasPara la medición de variables microbiológicas se enviaron las muestras a la Universidad de Santander (UDES), sede Valledupar. En cada muestra se realizó el recuento de bacterias, hongos y actinomicetos usando la técnica de diluciones seriadas y siembra en profundidad con 20ml de medio agarizado en placa de Petri. Se expresaron en unidades formadoras de colonia por gramo de suelo seco (UFC/g de suelo). Dado que las enfermedades de origen fúngico son las de mayor prevalencia en el cultivo de frijol en la zona bajo estudio, se realizó la identificación de géneros de hongos (benéficos y fitopatógenos, incluidos Macrophomina, Colletotrichum, Fusarium y Phytophthora) mediante observación macro y microscópica, así como con claves taxonómicas39 y análisis moleculares para confirmar fitopatógenos. Estos últimos fueron realizados en los laboratorios de la Corporación para Investigaciones Biológicas (CIB) en Medellín, con la técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) con primers universales, utilizando las regiones espaciadoras internas transcritas ITS1 e ITS4. Los productos fueron enviados a la empresa Macrogen (Corea) para su secuenciación. Las secuencias forward y reverse fueron depuradas, editadas y alineadas mediante el software Geneious, versión 9.1.5. Las secuencias consenso se compararon con las disponibles en la base de datos del Genebank nucleótido BLAST, para determinar la identidad de los aislamientos.
Para el análisis químico de los suelos, las muestras se enviaron al laboratorio de suelos de Corpoica CI Tibaitatá, en Bogotá. Los indicadores determinados fueron fósforo disponible (Bray II); potasio disponible (método de Olsen); pH (método del potenciómetro relación suelo-agua 1:5); contenido de materia orgánica (Walkley-Black modificado), además de Fe, Mn, Cu, Ca, y Al, medidos de acuerdo con los métodos descritos en el manual de suelos del Instituto Colombiano Agropecuario (ICA)18.
Medición de variables agronómicasSe tomaron 20 plantas por parcela para medir en prefloración y posfloración la incidencia de plagas, que fueron identificadas en la unidad de entomología de AGROSAVIA CI Motilonia. La incidencia de enfermedades con identificación del agente causal se estableció mediante el muestreo de plantas sintomáticas y el uso de tablas de incidencia de plagas y enfermedades2, según la metodología descrita por Melo et al.25. En cosecha, se determinó el peso de producción en cada parcela y el peso de 1.000 semillas con el uso de una balanza analítica (Precisa®, Suiza); también se hizo el recuento de vainas/planta y de semillas/vaina.
Prueba de residualidad en semillas de frijolPara medir el impacto de la aplicación del herbicida en el producto aprovechable del cultivo de frijol (grano), se realizó el análisis de residualidad de glifosato en 1.000g de semillas en el laboratorio de análisis de pesticidas Fytolab, por el método de multirresiduo por cromatografía de gases (GC-MSMS) y cromatografía líquida (LC-MSMS) certificado por ISO 172025:2005 para frutas, vegetales y cereales (límite máximo residual: 0,1mg/kg).
Análisis estadísticoLas variables se sometieron a pruebas de estadística descriptiva como promedio y desviación estándar. Posteriormente se hizo un análisis de varianza seguido de la prueba de Tukey (p≤0,05), para comparación de medias entre tratamientos. Por último, se aplicó un análisis de componentes principales (PCA) para analizar la relación entre tratamientos, variables de calidad de suelo y productividad del frijol biofortificado CORPOICA rojo 39. Se utilizó el software SPSS versión 20 (IBM, Armonk, Nueva York, EE.UU.).
ResultadosLas malezas identificadas correspondieron principalmente a A. dubius, C. rotundus y Dracaenafragrans (L.) Ker Gawl. (Asparagaceae) (palo de agua), con una prevalencia del 28,6; 22 y 19,9%, respectivamente.
En general, el recuento de poblaciones microbianas de bacterias, hongos y actinomicetos se encontró dentro de los niveles reportados por diversos autores para suelos tropicales25,26 en todos los tratamientos, con un aumento significativo (p≤0,05) en el número de bacterias y hongos en el manejo de malezas T4 (labranza mínima y cobertura vegetal). Los niveles más bajos de bacterias y hongos se observaron con el desmalezado manual (T3) y aplicación de glifosato combinada con uso de mulch (T2), que se mantuvieron en valores similares a los del suelo inicial presiembra (tabla 1). Los géneros de hongos identificados en el suelo de manera inicial, antes del establecimiento del cultivo, no incluían fitopatógenos, aunque estos sí se encontraron en el manejo con glifosato (con y sin mulch) y con labranza mínima, lo cual podría asociarse con diversos factores, como la presencia del cultivo; la aplicación del agroquímico, que genera lesiones en la raíz y facilita el ingreso de fitopatógenos, y la intensidad de manejo agrícola25.
Indicadores microbiológicos en lotes cultivados con frijol biofortificado CORPOICA rojo 39 con distintos manejos para el control de malezas (48DDS)
| Tratamientos | Bacterias UFC/g | Hongos UFC/g | Actinomicetos UFC/g | Géneros fúngicos identificados |
|---|---|---|---|---|
| T0 | 4,1×105b | 6,8×102a | 1,2×105b | Aspergillus spp., Trichoderma, PenicilliumRhizopus |
| T1 | 3,6×106b | 3,2×104c | 4,2×105d | Phytophthora, Aspergillus spp., Rhizopus Penicillium, Fusarium |
| T2 | 2,0×105a | 2,2×103b | 2,5×104a | Aspergillus, Trichoderma, Rhizopus, Fusarium |
| T3 | 1,3×105a | 7,0×102a | 1,5×105b | Aspergillus, Trichoderma, Rhizopus |
| T4 | 4,4×107c | 1,4×105d | 2,7×105c | Phytophthora, Aspergillus spp., Rhizopus, Macrophomina |
T0, terreno inicial antes de la siembra con frijol, sin control postemergente de malezas; T1, terreno con siembra previa de frijol sin mulch y control de malezas con aplicación de glifosato; T2, terreno con siembra previa de frijol cubierto por mulch y control de malezas con aplicación de glifosato; T3, testigo con siembra previa de frijol, control de malezas manual; y T4, testigo con siembra previa de frijol, con labranza mínima y cobertura vegetal.
DDS: días después de la siembra; UFC/g: unidades formadoras de colonias por gramo de suelo seco.
*Valores en una misma columna seguidos de la misma letra no difieren significativamente según Tukey (p≤0,05).
La calidad microbiológica del cultivo en términos de la relación entre hongos patógenos y aquellos benéficos solo fue favorable en T3 (control manual de malezas), donde además hubo menor prevalencia de plagas y enfermedades. En este tratamiento se mantuvieron las condiciones presiembra, pues no se identificaron hongos fitopatógenos del suelo, mientras que el género Fusarium solo se identificó en los tratamientos donde se aplicó glifosato, con mulch y sin mulch.
La mayoría de los indicadores químicos evaluados variaron frente a los tratamientos aplicados; en su mayoría, con significación entre los distintos tratamientos y respecto de las condiciones iniciales presiembra (p≤0,05). Entre ellos se destacan los valores aumentados de materia orgánica y conductividad en el T2 (aplicación de glifosato, con mulch; tabla 2). Específicamente, la materia orgánica del suelo fue superior en los tratamientos donde se aplicó control químico de malezas con glifosato, con niveles del 1,82% en el T2 (con uso de mulch), seguido del 1,48% en el T1 (sin uso de mulch). En los demás tratamientos, este indicador no presentó diferencias significativas respecto del estado inicial (p>0,05). El pH del suelo subió significativamente en todos los tratamientos —a excepción del T2—, el mayor valor (6,79) se observó con el T3, dada la ausencia de compuestos acidificantes.
Indicadores químicos en lotes cultivados con frijol biofortificado CORPOICA rojo 39 con distintos manejos para el control de malezas (48DDS)
| Tratamiento | T0 | T1 | T2 | T3 | T4 |
|---|---|---|---|---|---|
| pH | 5,31±0,1a | 6,54±0,2 c | 5,46±0,1a | 6,79±0,1c | 5,74±0,0b |
| Materia orgánica (%) | 0,80±0,1a | 1,48±0,2b | 1,82±0,4c | 0,95±0,0ª | 0,96±0,1a |
| Conductividad eléctrica (dS/m) | 1,6±0,03b | 0,19±0,01a | 2,52±0,02c | 0,13±0,04a | 0,12±0,00a |
| Fósforo (mg/kg)** | 203±13,1d | 106,41±9,7b | 28,39±2,5a | 117,62±8,2c | 219,08±10,2e |
| Azufre (mg/kg)** | 57,5±2,5c | 2,32±0,9a | 29,62±1,1b | 2,20±1,3ª | 1,79±1,8a |
| Calcio (cmol+/kg)** | 5,2±1,4b | 5,50±0,3c | 3,63±1,0a | 6,93±1,9d | 3,74±1,6a |
| Magnesio (cmol+/kg)** | 0,8±0,2a | 1,23±0,1cd | 1,53±0,1d | 1,05±0,2bc | 0,93±0,1ab |
| Potasio (cmol+/kg)** | 0,7±0,2b | 0,20±0,1a | 0,20±0,1a | 0,18±0,0a | 0,11±0,1a |
| Sodio (cmol+/kg)** | 0,04±0,0a | 0,07±0,0b | 1,15±0,1c | 0,04±0,0a | 0,05±0,0ab |
| CIC | 6,8±0,1c | 7,01±0,2d | 6,51±0,0b | 8,20±0,5e | 4,83±0,4a |
| Hierro (mg/kg)** | 283±21e | 55,90±7b | 143,00±26c | 31±5a | 206±25d |
| Manganeso (mg/kg)** | 5,2±0,9d | 4,50±0,2c | 6,20±0,6e | 1,50±0,3a | 2,00±0,1b |
| Zinc (mg/kg)** | 3,7±0,0c | 0,80±0,0a | 0,90±0,1a | 0,70±0,1a | 3,30±b |
| Cobre (mg/kg)** | 3,4±0,1d | 2,60±0,1b | 0,90±0,0a | 2,90±0,1c | 4,70±0,2e |
| Boro (mg/kg)** | 0,2±0,1c | 0,12±0,0b | 0,12±0,0b | 0,15±0,0b | 0,08±0,0a |
T0, terreno inicial antes de la siembra con frijol, sin control posemergente de malezas; T1, terreno con siembra previa de frijol sin mulch y control de malezas con aplicación de glifosato; T2, terreno con siembra previa de frijol cubierto por mulch y control de malezas con aplicación de glifosato; T3, testigo con siembra previa de frijol, control de malezas manual; y T4, testigo con siembra previa de frijol, con labranza mínima y cobertura vegetal.
CIC: capacidad de intercambio catiónico; DDS: días después de la siembra.
*Valores en una misma fila seguidos con la misma letra no difieren significativamente según Tukey (p≤0,05).
Dentro de los lotes bajo cultivo, el mayor valor de azufre disponible en el suelo se observó en el T2. La conductividad disminuyó en todos los tratamientos, a excepción del T2, en el cual aumentó significativamente en relación con la medición del T0 inicial. De igual forma y en consonancia con la conductividad, se observó aumento de la reacción del sodio en el T2, con diferencias significativas en relación con los demás tratamientos.
Los demás macroelementos magnesio y potasio no presentaron diferencias entre tratamientos (p>0,05), pero sí con respecto al control T0 en condiciones de presiembra. La reacción del calcio disminuyó en los tratamientos con cobertura y aumentó en relación con el suelo en presiembra (T0) de los tratamientos sin mulch (T1) y control manual (T3), mientras que la capacidad de intercambio catiónico mostró diferencias entre todos los tratamientos.
El hierro asimilable disminuyó en todos los tratamientos respecto del valor inicial. Se hallaron diferencias significativas (p≤0,05) entre tratamientos, con valores menores en aquellos tratamientos con suelo expuesto (T1 y T3) y mayores en los tratamientos bajo cobertura plástica o natural (T2 y T4).
Se registró una leve disminución del manganeso disponible en el suelo en todos los tratamientos, a excepción del T2, donde se lo encontró en mayor concentración, hecho asociado a la inmovilización de este elemento producida por el herbicida con aplicación directa. Asimismo, se observó una disminución en la concentración de los microelementos zinc y boro en relación con la concentración inicial presiembra en suelo en T1, T2 y T3, con un nivel intermedio en T4 (labranza mínima y cobertura) respecto de los demás tratamientos, mientras que el cobre fue variable en todos los tratamientos.
En cuanto al rendimiento del cultivo de frijol, el control manual de malezas (T3), que tuvo un 98,5% de efectividad, se asoció con los mayores rendimientos, que fueron superiores a la media regional, de 0,8t/ha26. Este tratamiento registró 0,96t/ha; 10,1 vainas por planta y 5,42 semillas por vaina (tabla 3). Además, el control manual (T3) presentó menor prevalencia de enfermedades y plagas: 19 y 0,45%, respectivamente. El tratamiento de aplicación de glifosato en cultivo sembrado sin mulch tuvo una efectividad del 99,3%, pero presentó el menor rendimiento, con 0,680t/ha y 8,6 vainas por planta, es decir, alrededor del 29,5% menos que con el control manual, además de evidenciar mayor ataque de enfermedades y plagas (89 y 2,79%, respectivamente). Se observó en este tratamiento pudrición radical causada por Fusarium solani44 y Macrophomina phaseolina; y, en menor proporción, antracnosis asociada con Colletotrichum lindemuthianum25. Además, se detectó ataque de Phyllophaga obsoleta Blanchard (Coleoptera: Scarabaeidae), una especie del denominado «complejo chisa» de Colombia, que ataca a diversos cultivos como cereales, pastos y leguminosas43. Otra plaga detectada en este tratamiento fue «lorito verde» Empoasca kraemeri (Hemiptera: Cicadellidae), de gran importancia económica en época de verano41.
Componentes de rendimiento e incidencia de enfermedades y plagas en lotes cultivados con frijol biofortificado CORPOICA rojo 39 con distintos manejos para el control de malezas
| Tratamientos | Número vainas/planta | Número semillas/vaina | Peso 1.000 semillas (g) | Rendimiento (t/ha) | Incidencia enfermedades (%) | Incidencia plagas (%) | Efecto herbicida (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 8,6ª | 5,05b | 241,5b | 0,68ª | 89d | 2,79d | 99,3b |
| T2 | 9,08b | 4,98a | 246,8d | 0,87b | 33c | 0,6c | 93,7b |
| T3 | 10,1d | 5,42d | 235,6a | 0,96d | 19ª | 0,45a | 98,5b |
| T4 | 9,34c | 5,22c | 244,6c | 0,94c | 26b | 0,5b | 67,4a |
T1, terreno con siembra previa de frijol sin mulch y control de malezas con aplicación de glifosato; T2, terreno con siembra previa de frijol cubierto por mulch y control de malezas con aplicación de glifosato; T3, testigo con siembra previa de frijol, control de malezas manual; y T4, testigo con siembra previa de frijol, con labranza mínima y cobertura vegetal.
*Valores en una misma columna seguidos de la misma letra no difieren significativamente según Tukey (p≤0,05).
No se detectó la presencia de la sal de aminoglifosato; solo la de los compuestos clorpirifós (T1: 0,007mg/kg; T2: 0,050mg/kg) y tiabendazol (T2: 0,013mg/kg), cuyas concentraciones estuvieron dentro del límite máximo residual admitido (0,050mg/kg), y la de lindano, cuya concentración (0,016mg/kg en T1) estuvo por encima del límite máximo residual (0,010mg/kg). En los tratamientos sin glifosato (T3 y T4) no se encontró agroquímico residual.
Correlación de variables químicas, microbiológicas y de rendimiento con el tipo de control de malezas aplicadoEl 97,2% de la varianza se explicó en dos componentes. En el primer componente, con el 71,9% de la varianza del estudio, las variables de mayor contribución fueron el rendimiento del frijol (0,978) y la presencia de plagas y enfermedades (0,978). El segundo componente representó el 25,3% de la varianza, y las variables más relevantes en este componente fueron los niveles de conductividad eléctrica (0,889) y de calcio disponible en el suelo (0,886).
En el diagrama biespacial (fig. 1) se graficaron los valores promedio de los tratamientos como puntos ubicados en las coordenadas de los componentes principales, y las variables como líneas, cuya longitud indica la importancia relativa de cada variable. Se observó que existe alta correlación entre las variables con mayor peso en el análisis, como conductividad, plagas y enfermedades, con T2, que corresponde al tratamiento de cultivo de frijol cubierto por mulch y con control de malezas en las calles con aplicación de glifosato, el cual presentó rendimiento similar a los tratamientos sin aplicación de glifosato, pero con mejores condiciones químicas en relación con indicadores de conductividad eléctrica y materia orgánica.
Diagrama biespacial del análisis de componentes principales de las dispersiones de variables químicas, biológicas y de rendimiento del cultivo de frijol bajo diversos manejos de malezas. Los números indican los promedios correspondientes a los tratamientos aplicados. 0: T0, terreno inicial antes de la siembra con frijol; 1: T1, terreno con siembra previa de frijol, sin mulch y con control de malezas con glifosato; 2: T2, terreno con siembra previa de frijol, cubierto por mulch y con control de malezas con glifosato; 3: T3, testigo con siembra previa de frijol, control de malezas manual; 4: T4, testigo con siembra previa de frijol, con labranza mínima y cobertura vegetal.
Por su parte, el T0, que corresponde a indicadores del suelo en condiciones previas a la siembra y que fue ubicado en el diagrama como referencia, para observar la variabilidad de todos los tratamientos bajo control de malezas, se relacionó con los indicadores químicos hierro, zinc, manganeso y potasio, que se encontraron en mayor concentración comparados con los suelos cultivados (T1, T2, T3 y T4). Los tratamientos T1, T3 y T4 se agruparon en el mismo cuadrante y las variables bacterias y hongos se asocian más con los dos últimos tratamientos, mientras que la variable capacidad de intercambio catiónico se asocia con T1.
DiscusiónLas malezas más prevalentes coincidieron con las halladas en estudios previos efectuados en la zona en cultivos de hortalizas del Caribe seco19,25. Otras malezas menos prevalentes fueron Rottboellia cochinchinensis (Lour.) Clayton (Poaceae) (gramínea caminadora) (11,6±1,1%) y Portulaca oleracea L. (Portulacaceae) (verdolaga) (17,9±2,2%).
Los tratamientos para el control de dichas malezas impactaron de manera variable en los indicadores fisicoquímicos y microbiológicos del suelo. El mayor nivel de materia orgánica hallado en tratamientos con glifosato (con T2>T1) está probablemente asociado, entre otros factores, al mayor efecto herbicida logrado con este producto químico, que reduce las malezas y limita su competencia por nutrientes y su consumo de materia orgánica6.
La materia orgánica y el pH son altamente sensibles a la siembra de frijol, sus valores se incrementaron durante el desarrollo del cultivo por la fijación de nitrógeno. Se ha reportado, además, que el pH no es afectado por la variabilidad espacial del suelo7. También se ha registrado que el glifosato contribuye a elevar los niveles de materia orgánica y pH. Florida et al.14 evaluaron el efecto del herbicida glifosato en propiedades del suelo que condicionan el desarrollo de bacterias y hongos, y encontraron un incremento del pH (de 5,38 a 5,69) y de la materia orgánica (del 2,75 al 2,92%), lo cual concuerda con los resultados del presente estudio, en el que el nivel de este último indicador fue superior en los tratamientos con aplicación de glifosato, con y sin mulch.
El tratamiento T2 (aplicación de glifosato con mulch) estuvo sujeto, además, a la influencia de una temperatura relativamente elevada o de un microclima generado por el acolchado plástico, que acelera la degradación de nutrientes5. Esto podría explicar los menores niveles de otros nutrientes observados en el suelo, como el fósforo, cuya disponibilidad depende del pH y presentó diferencias significativas respecto del contenido inicial y de los demás tratamientos. No obstante, es preciso aclarar que también hubo un descenso significativo del nivel de fósforo en T1, en donde también se aplicó glifosato, de manera que el herbicida podría contribuir a la disminución de este nutriente. Asimismo, se ha informado que este herbicida reduce el número de bacterias solubilizadoras de fosfato24,37 y, en este caso, podría haber afectado la absorción de dicho nutriente, pues su concentración fue baja en el tratamiento con mulch, con menor número en el recuento general de microorganismos, y fue alta en el T4, de labranza mínima, con mayor UFC de bacterias por gramo de suelo (tabla 2), lo que podría contribuir a la solubilidad de fosfato22.
Adicionalmente, el aumento significativo de la conductividad eléctrica en el T2 (en relación con la medición inicial) no lo caracteriza como suelo salino, ni salino-sódico35, y se asocia con la mayor proporción de materia orgánica que presentó este tratamiento, ya que esta propiedad influye sobre la conductividad eléctrica. Simón et al.36 reportan alta correlación (r>0,6; p<0,001) entre dichos indicadores, y destacan el uso de la conductividad eléctrica medida como un potencial estimador de la materia orgánica del suelo.
La elevada conductividad y la mayor proporción de sodio disponible —entre otros elementos— con el T2 se vinculan con la influencia de diferentes factores en un mismo tratamiento, ya que el uso del mulch eleva la temperatura interna del suelo y la descomposición de químicos a base de sales se ralentiza. La salinidad y el sodio, entre otros minerales, aumentan la conductividad y la absorción del agroquímico, y disminuyen su desorción, tal como ocurre con otros compuestos salinos, como la atrazina, ingrediente activo herbicida15.
Por otra parte, el magnesio, el potasio y el hierro disponible disminuyeron en todos los tratamientos respecto del valor inicial, dada la absorción y la acumulación del cultivo de frijol variedad biofortificada CORPOICA rojo 39, caracterizado por su alto poder extractivo de nutrientes de suelo40,41. El hierro, además, estuvo más concentrado en suelos con tratamientos de cobertura plástica (T2) o natural (T4), también con menor nivel de pH. Se sabe que este indicador y la oxidación, entre otros múltiples factores, afectan la solubilidad del hierro en los suelos31. El hierro es un elemento crucial en la adsorción del glifosato; no obstante, la variabilidad de los resultados en los tratamientos no permite deducir si se presentó efecto quelante de este metal, ya reportado en diversos estudios3.
La reacción de calcio y la capacidad de intercambio catiónico mostraron alta sensibilidad al manejo del cultivo con variaciones a corto plazo, asociadas al pH del suelo en cada tratamiento y, probablemente, a la naturaleza de las moléculas del agroquímico16. También se detectó variabilidad en los niveles de los microelementos zinc, boro y cobre, los que se vieron afectados por el cultivo, sin que sea posible establecer una clara relación con los tratamientos por encontrarse estos elementos en baja proporción en suelo.
En contraste, sí se observó una relación con la inmovilización del manganeso, probablemente debida a la formación de complejos de glifosato-metal poco solubles en tejidos vegetales, o a interacciones en la rizósfera12,20. Por otro lado, Sirinathsinghji37 precisa que esto sucede porque a través de la quelación del manganeso se inhibe la enzima vegetal 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintetasa (EPSPS), que participa en la producción de aminoácidos aromáticos en la vía shikimato EPSPS de plantas y microorganismos como Pseudomonas, Bradyrhizhobium y Agrobacterium11.
En este sentido, la influencia del glifosato sobre nutrientes del suelo como el manganeso, por su efecto quelante, así como la inmovilización directa o la reducción del número de microorganismos que participan en los ciclos biogeoquímicos del suelo —como el del fósforo—, genera efectos desfavorables para la salud y fertilidad del suelo31. El efecto descrito se traduce en desventajas, que deben analizarse en relación con los beneficios en rendimiento del cultivo por reducción de la maleza competidora, ya que la aplicación del herbicida glifosato puede tener impacto en las variables biológicas, como la afectación de raíces por fitopatógenos y la reducción de poblaciones de microorganismos que intervienen en ciclos biogeoquímicos. No obstante, los resultados del presente estudio y las variaciones en las propiedades químicas también se relacionan con otros factores, como el uso de cobertura y el manejo del cultivo, lo que implica que el comportamiento del herbicida también estaría determinado por la estrategia de uso y las características edafológicas de la ecorregión donde se aplica11.
La respuesta de la comunidad microbiana asociada al sistema radical de la planta de frijol y la prevalencia de fitopatógenos hallada en esta investigación coinciden con diversos estudios que señalan una relación entre la aplicación excesiva del herbicida glifosato y la presencia de fitopatógenos que colonizan la raíz expuesta luego de la aplicación del herbicida. En este sentido, Zobiole et al.44 realizaron un estudio para determinar si el glifosato afecta a los microorganismos en la rizósfera de la soja transgénica RR producida por Monsanto (RR2), que es resistente a este herbicida. Se concluyó de ese estudio que, independientemente del cultivar, el glifosato repercute negativamente en las complejas interacciones de los grupos microbianos, la actividad bioquímica y el crecimiento de las raíces, las cuales tenían una mayor cantidad de Fusarium spp. y un menor número de bacterias reductoras de manganeso del género Pseudomonas. Estas últimas cumplen un papel importante en la rizósfera de las plantas por la producción de hormonas o auxinas, que favorecen su crecimiento mediante la acción del manganeso como cofactor enzimático en la vía shikimato. Al igual que otras rizobacterias, estas resultan afectadas en condiciones ambientales oxidativas11,21,44.
Por su parte, el USDA presentó un reporte sobre estudios de riesgo sobre el uso del herbicida, en donde se señala que se han presentado enfermedades reemergentes causadas por Fusarium en cultivos tratados con glifosato y que, además, la gravedad de los daños también es mayor37. Otro estudio, en cambio, señala que no existe relación directa comprobable entre la aplicación del químico y la prevalencia de enfermedades en los cultivos11. De igual forma, Druille et al.10 evaluaron el impacto de la aplicación de glifosato sobre hongos benéficos del suelo asociados a Lotus tenuis; se observó que el número de esporas viables de hongos micorrícicos arbusculares y el porcentaje de arbúsculos en plantas de L. tenuis fue un 52 y 40% menor, respectivamente, con la aplicación del herbicida glifosato.
En términos de rendimiento del cultivo de frijol biofortificado, en general se presentó mejor respuesta agronómica en los tratamientos sin aplicación de glifosato, pues la prevalencia de plagas y enfermedades influyó sobre el rendimiento final de la planta. Por tanto, el rendimiento fue superior bajo el tratamiento con control manual de malezas (T3), con 0,96t/ha, y menor en el tratamiento con aplicación de glifosato y sin mulch (T1). El impacto adverso del herbicida fue menor en T2 (siembra con mulch) y en T4 (cobertura vegetal), donde existió protección física tendiente a evitar el contacto directo del agroquímico sobre la raíz de las plantas de frijol. Aun así, el rendimiento promedio del tratamiento T3 se encontró ligeramente por debajo del valor medio de ese genotipo de frijol en localidades de fertilidad media a alta y con tenores de materia orgánica del 1,8 al 3,7%42; en este estudio todas las parcelas presentaron bajo contenido de materia orgánica (<2%).
En la respuesta agronómica del cultivo de frijol se observó alta correlación (r=0,979) entre las variables de rendimiento y la prevalencia de plagas, con registros superiores en las variables agronómicas en los tratamientos sin glifosato, y con menor influencia de enfermedades y plagas en el tratamiento donde se aplicó glifosato al cultivo con mulch, lo cual indica que el herbicida favorece la infección por fitopatógenos, al destruir células de la raíz y crear condiciones para el ingreso de microorganismos como Fusarium, Macrophomina, Phytophthora y Colletotrichum, los que fueron identificados en el presente estudio y forman complejos de interacción ecológica para atacar y actuar de manera sinérgica sobre la planta sensible25,41. La tasa de infección es menor cuando existe una barrera física que impide el efecto adverso del herbicida sobre la integridad física de la raíz29.
El hallazgo en semillas de residuos de pesticidas no aplicados en el presente ensayo corresponde a su utilización en otros años y cultivos, de acuerdo con la historia productiva de los lotes de ensayo. La presencia de estos productos solo en los tratamientos donde se aplicó glifosato podría asociarse con el efecto biocida de este herbicida, que disminuye la población microbiana rizosférica, dado que una parte de esta participa en la degradación de pesticidas38. Esto evidencia la ventaja o el efecto ambiental del descanso del terreno cuando existe aplicación de pesticidas, ya que la microbiota nativa recuperada puede actuar sobre los compuestos remanentes de siembras anteriores, mientras que donde se aplicó el herbicida se ralentizó el proceso de descomposición de clorpirifós y lindano. Aun así, es relevante este resultado dado que el lindano es un producto prohibido en más de 50 países por su efecto cancerígeno y mutagénico23, y aquí se evidenció la capacidad fitoextractiva del frijol. Lo anterior exhorta a considerar los tiempos de degradación de pesticidas en terrenos para siembra de frijol, y a optar por el descanso del terreno o la rotación con cultivos de menor capacidad de extracción.
En general, las mejores condiciones químicas correlacionadas con T2 indican que, en este caso, el mulch actuó como barrera física de protección de las raíces, lo que generó un menor impacto en la prevalencia de enfermedades por deterioro mecánico de las plantas. Sin embargo, se generan condiciones en el sistema edáfico (como un mayor contenido de sales), que, sumado a la aplicación del pesticida, pueden ser desfavorables frente a aplicaciones sucesivas.
Bozzo6 realizó un estudio para evaluar la persistencia del glifosato y el efecto sobre parámetros biológicos del suelo en aplicaciones sucesivas en el cultivo de soja en agricultura continua de siembra directa; y observó menor respiración microbiana en las parcelas, con mayor prevalencia del principal metabolito de la degradación del glifosato (AMPA).
De igual forma, Camacho et al.8 reportan a partir de un análisis multivariado la sensibilidad de indicadores como carbono orgánico, calcio, magnesio, potasio y capacidad de intercambio catiónico frente a la intervención agrícola asociada a la aplicación de fertilizantes y correctivos, en relación con un suelo de sabana nativa.
En este sentido, es importante considerar los indicadores de alta sensibilidad identificados en este estudio, como el fósforo y el manganeso disponible, y la prevalencia de fitopátogenos en posteriores evaluaciones del efecto del control de malezas con glifosato para la toma de decisiones de manejo agrícola del cultivo de frijol en el Caribe seco colombiano. Este modelo productivo debe incluir la evaluación de la alteración del metabolismo de rizobacterias del frijol, las condiciones edafoclimáticas y las de manejo. Respecto de este último factor, para mitigar el efecto depresor del agroquímico sobre la microbiota se hace necesario incluir la adición de abonos orgánicos y el uso de coberturas para la conservación de dichos microorganismos14,44.
Además, se requiere del estudio de diferentes tipos de acolchado plástico teniendo en cuenta su color y calibre, así como de otro tipo de barreras físicas para la aplicación del glifosato, más accesibles para el pequeño y mediano productor, ya que el mulch plástico es de alto costo, aunque se mantiene funcional durante 3 años en la zona bajo estudio. Finalmente, debe evaluarse su efecto combinado sobre indicadores de salud y fertilidad del suelo; también se deben probar métodos culturales de aplicación por contacto sobre la maleza, que evita el salpique a las plantas de frijol, aunque requiere adiestramiento del operario20.
ConclusionesEl control de malezas presentes en el cultivo de frijol con glifosato está asociado con la disminución del rendimiento por incremento de la incidencia de enfermedades en las raíces y la alteración de las propiedades microbiológicas del suelo y de los indicadores químicos asociados. De acuerdo con los análisis efectuados en esta investigación, el tratamiento T2 con siembra previa de frijol con mulch y aplicación de glifosato presentó un balance apropiado entre el rendimiento, cercano al promedio regional, y las propiedades químicas favorables en la rizósfera, con buenos niveles de materia orgánica y conductividad eléctrica. Además, no se presentó residualidad.
En consecuencia, para un mayor beneficio del productor (en términos de rendimiento del cultivo y del mantenimiento de la calidad de suelo) cuando hay alta presión de C. rotundus, se recomienda el cultivo de frijol con el uso de mulch como barrera física para la protección del sistema radical frente a la aplicación de glifosato. Sin embargo, serían necesarios análisis comparativos entre años, que incluyan evaluaciones de temperatura del suelo con uso de acolchado plástico y sin este. Esto permitiría evaluar su efecto sobre la mineralización de la materia orgánica y la relación entre microbiota benéfica y fitopatógena. Dada la variación de estos indicadores detectada en los tratamientos T1 y T2, donde se observaron diferencias cualitativas y cuantitativas en la población fúngica, resultó más favorable para la planta el tratamiento T2, con mulch.
FinanciaciónEl trabajo fue financiado por AGROSAVIA y el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (MADR), meta: «Selección de líneas de fríjol tolerante a alta temperatura a partir de selecciones individuales y masales de genotipos sobresalientes de los ensayos realizados en el Caribe durante el 2014», perteneciente al proyecto: «Obtención de una variedad de fríjol tolerante a alta temperatura para sistemas productivos multiestrato en el Caribe colombiano», incluido en la agenda interna de AGROSAVIA. Además, UDES financió los análisis microbiológicos complementarios.
Conflicto de interesesLos autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
Los autores agradecen su colaboración para la realización de la fase experimental y asesoría a AGROSAVIA, CI Motilonia “Proyecto de agenda interna de Agrosavia titulado: Selección de líneas de fríjol tolerante a alta temperatura a partir de selecciones individuales y masales de genotipos sobresalientes de los ensayos realizados en el Caribe durante el 2014”. A la Universidad de Popular del Cesar, UDES y a la Fundación Universitaria del Área Andina (AREANDINA), especialmente a Ricardo Durán Barón, PhD, por la revisión del texto.
