Influencia de diferentes técnicas de manejo en agricultura intensiva bajo plástico sobre las comunidades microbianas del suelo
- Autores: Francisco Martín Usero
- Directores de la Tesis: Francisco I. Pugnaire de Iraola (dir. tes.), Cristina Armas Kulik (codir. tes.), Maria Luisa Gallardo Pino (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Número de páginas: 257
- Títulos paralelos:
- Influence of different management techniques in intensive greenhouse on soil microbial communities
- Tribunal Calificador de la Tesis: Esteban Manrique Reol (presid.), Fernando Diánez Martínez (secret.), Emilio Benítez León (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Agricultura Protegida por la Universidad de Almería
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: riUAL
- Resumen
- español
En esta tesis se pretende evaluar el efecto que tienen varias técnicas de manejo del suelo de los invernaderos de Almería sobre las comunidades microbianas del mismo, y qué efectos pueden tener estas comunidades sobre el crecimiento y la producción de la planta. El estudio se ha enfocado en (i) el manejo de la materia orgánica aplicada al suelo, y (ii) la desinfección del suelo en el periodo entre cultivos. Para evaluar el efecto de ambas técnicas se han planteado una serie de experimentos, tanto en invernaderos comerciales como experimentales, para obtener una visión de la estructura de las comunidades microbianas asociadas a las distintas técnicas de manejo, y el efecto de estas comunidades sobre el crecimiento y la producción del cultivo.
El primer experimento se planteó en invernaderos comerciales durante un ciclo de cultivo de tomate. Se consideraron tres opciones de manejo de la materia orgánica, muy comunes en los invernaderos de Almería: i) la no aplicación de materia orgánica, completando los requerimientos nutricionales del cultivo sólo con fertilización química; ii) la aplicación de materia orgánica a la vez que se realiza una fertilización química, y iii) la aplicación exclusivamente de materia orgánica certificada (invernaderos ecológicos). Se llevó a cabo un seguimiento de la actividad de los microorganismos mediante medidas periódicas de respiración del suelo y se analizaron los nutrientes en el suelo, sus comunidades microbianas y la producción final de tomate. Como resultado de este experimento, se observó que la aplicación de materia orgánica conlleva una mayor actividad de las comunidades microbianas del suelo, así como una disminución de la presencia de microorganismos potencialmente patógenos. Además, la combinación de materia orgánica y fertilización química incrementó la disponibilidad de nitrógeno para la planta, lo que se tradujo en una mayor producción de tomate.
En el segundo experimento se evaluó el efecto que tenían las comunidades microbianas asociadas a los diferentes manejos de la materia orgánica estudiados en el experimento anterior sobre el crecimiento de las plantas en ausencia de variabilidad en el suelo. Para ello, se extrajeron las comunidades microbianas de los suelos utilizados en el anterior experimento y se inocularon en macetas con un sustrato homogéneo y esterilizado previamente a la inoculación. Se sembraron semillas desinfectadas de tomate y se dejaron crecer en un invernadero experimental con la única aplicación de agua. Previo a la cosecha de las plantas, se midió la tasa fotosintética máxima, se realizaron análisis nutricionales y moleculares del sustrato y se obtuvieron medidas de biomasa de raíz y parte aérea. Los resultados mostraron que las plantas que habían crecido en presencia de comunidades microbianas asociadas a cultivos ecológicos tenían una mayor tasa de intercambio gaseoso, así como una mayor biomasa en comparación con las que habían sido inoculadas con comunidades microbianas procedentes de cultivos a los que no se les aplicaba materia orgánica. Estos resultados nos dan una idea muy clara del importante efecto que tiene la aplicación de materia orgánica sobre las comunidades microbianas, y cómo un manejo adecuado de la materia orgánica determina la composición de las comunidades microbianas del suelo, influyendo de forma positiva en el crecimiento de las plantas y en su producción.
En el tercer experimento se estudió la desinfección del suelo, técnica muy común en los invernaderos de Almería. Esta técnica se aplica de forma puntual generalmente en verano, en el periodo entre cultivos, cuando el suelo está desnudo, y su duración es de unos 30 días. Sin embargo, tiene un efecto muy importante sobre la comunidad microbiana, y de grandes consecuencias para mantener la sostenibilidad económica de la agricultura intensiva al eliminar patógenos que puedan mermar la producción. Para comprobar el efecto que tienen los tres tipos de desinfección del suelo más comúnmente utilizados en Almería sobre las comunidades microbianas, y cómo éstas comunidades influyen en la producción, se analizaron las comunidades de microorganismos supervivientes tras la realización de tres tipos de desinfección: i) química, mediante la aplicación de 1,3-dicloropropeno, de uso común en la zona; ii) térmica, mediante solarización, colocando un plástico sobre el suelo para incrementar la temperatura durante un mes, y iii) pasiva, dejando el invernadero estanco y sin cultivo durante un mes, sin colocación de plástico ni aplicación de desinfectantes químicos. Tras estas desinfecciones, se extrajeron los microorganismos supervivientes de dos profundidades del suelo (0-10 cm y 10-20 cm) y se inocularon en macetas con un sustrato homogéneo y esterilizado; se sembraron semillas de tomate desinfectadas y se dejaron crecer en un invernadero experimental con la única aplicación de agua. Al final del ciclo, se midió la tasa fotosintética máxima, así como la biomasa aérea y subterránea y la producción obtenida. Se observó que las plantas inoculadas con microorganismos de los suelos que habían sufrido desinfección química o térmica crecieron más y obtuvieron una mayor producción que las plantas inoculadas con microorganismos provenientes de suelos con desinfección pasiva. La solarización se mostró equivalente a la desinfección química en sus efectos sobre las plantas y la producción. Frente a los problemas medioambientales y de salud que lleva aparejada la aplicación de desinfectantes químicos, y que se ha traducido en una reducción drástica de los productos autorizados para tal fin, estos resultados muestran que la solarización es una alternativa viable a la desinfección química siendo, además, más respetuosa con el medio ambiente y con la salud humana y más económica en su aplicación, como han indicado múltiples autores.
La relevancia de esta tesis se basa en la falta de información --en el contexto de la horticultura bajo invernadero de Almería-- sobre las consecuencias del manejo del suelo en relación a los aportes de materia orgánica y a la desinfección sobre las comunidades microbianas del suelo, que juegan un papel primordial en el crecimiento de las plantas y en la producción hortícola. Comprender estos efectos es, por tanto, clave para la sostenibilidad económica y medioambiental de la agricultura intensiva en un mundo con una población creciente. Los resultados obtenidos marcan pautas para estudios futuros, en los que el análisis del manejo del suelo sobre las comunidades microbianas y las interacciones de éstas con las plantas incrementarán nuestro conocimiento de los agrosistemas, buscando la sostenibilidad medioambiental y económica de los mismos.
- English
This thesis assesses the effect of different soil management techniques in greenhouses of the Almería Province on soil microbial communities, as well as the effect of these communities on plant growth and production. This study focused on (i) the management of the organic matter, and (ii) soil disinfection between crop cycles. Different experiments were carried out to assess the effect of these two techniques, being in commercial and experimental greenhouses, to gain a wide knowledge about the structure of soil microbial communities associated to the different management techniques, and the effect of such communities on plant growth and fruit production.
The first experiment was conducted in commercial greenhouses during a tomato crop cycle. Three common organic matter managements were selected: i) no application of organic matter, covering plant nutritional needs with synthetic fertilizers; ii) application of organic matter combined with synthetic fertilizers to cover nutritional needs; and iii) application of organic matter in certified organic greenhouses, with no application of synthetic fertilizers. We measured soil microbial activity with periodic measurements of soil respiration rates and analyzed nutrient contents in soils and final production. Our results showed that organic matter application led to higher microbial activity in soils, as well as less potential pathogens. Furthermore, the combination of organic matter and synthetic fertilizers increased nitrogen availability in the soil and tomato production.
In the second experiment, we evaluated the effect of microbial communities associated to different organic matter managements. To assess this, we extracted microbial communities from soils of the previous experiment and inoculated pots with a homogenized, sterilized substrate. We sowed disinfected tomato seeds and plants grew in an experimental greenhouse with only water application (i.e., without fertilizers). Before harvest, we measured maximum photosynthetic rate and took substrate samples for nutritional and genetic analyses. The results showed that plants inoculated with microbial communities from organic certified greenhouses had higher maximum photosynthetic rate as well as higher biomass than plants inoculated with microbial communities from greenhouses without organic matter application. These data evidence the important effect of organic matter application on microbial communities, and how a proper organic matter management can have a positive influence on plant growth and fruit production.
In the third experiment, we evaluated soil disinfection techniques, a common soil management procedure applied in Almería. This technique is applied during summer, between two crop cycles on uncropped soil for about 30 days. This procedure has important effects on microbial communities, with major consequences for sustainability, as it controls potential plant pathogen infections. To assess the effect of different disinfection techniques on microbial communities, we analyzed the surviving microbial communities after three disinfection techniques: i) chemical with 1,3-dichloropropene, commonly used in the region; ii) thermal (solarization), using a plastic cover to increase soil temperature for one month; and iii) passive, closing the greenhouse and leaving soil with no plants during one month. After disinfection, surviving microbial communities were extracted from two different depths (0-10 cm and 10-20 cm), and they were inoculated on pots with homogenized, sterilized substrate. We sowed disinfected tomato seeds and plants were grown in an experimental greenhouse supplied with water but not fertilizers. Before harvest, we measured maximum photosynthetic rate, and after harvest, we measured shoot and root biomass as well as fruit production. Plants inoculated with microbial communities from chemical or thermally disinfected soils grew more and had higher production than plants inoculated with microbial communities from passively disinfected soils. Thermal disinfection (solarization) showed results similar to chemical disinfection in plant growth and production. Due to the environmental and health problems associated to chemical disinfection, we show that solarization is a viable alternative, more environmental-friendly and with less health hazards, more economically sustainable as well.
In the context of intensive greenhouse horticulture in the Almería Province, the relevance of this thesis is based on the lack of information on the consequences of soil management techniques on soil microbial communities, especially organic matter application and soil disinfection. Microbial communities have a key role on plant growth and production. Knowledge in this topic is essential in the search of an economically and environmentally sustainable agriculture in a world with a growing population. Our results set guidelines for new experiments, in which the effects of soil management on microbial communities and their interactions with plants will increase our understanding of agrosystems, seeking their environmental and economic sustainability.
- español
