Valoración del uso combinado de mezclas de materiales orgánicos y biofertilización con microorganismos en cultivo sin suelo
- Autores: Pedro Antonio Mejía Guerra
- Directores de la Tesis: María del Carmen Salas Sanjuán (dir. tes.), María Josefa López López (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Número de páginas: 186
- Títulos paralelos:
- Assessment of the combined use of mixtures of organic materials and biofertilizers with microorganisms in soilless cultivation
- Tribunal Calificador de la Tesis: Julio Muro Erreguerena (presid.), Francisca Suárez Estrella (secret.), Raúl Moral Herrero (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
La posibilidad de implementar los sistemas de cultivo sin suelo en contenedor empleando materiales orgánicos como sustrato, y como fuente de nutrientes y de microorganismos promotores del crecimiento vegetal, permite prescindir de aporte de fertilizantes de síntesis. El objetivo general de esta Tesis fue determinar las condiciones idóneas en cuanto a composición de sustratos orgánicos a base de vermicompost (V) y fibra de coco (CF), fertirriego con Té de vermicompost (VT) e incorporación de biofertilizantes microbianos que aporten formas nutricionales disponibles para la planta, en cantidades suficientes para obtener una producción aceptable prescindiendo de fertilizantes de síntesis durante varios ciclos de producción (PC) en cultivo sin suelo (CSS).
En primer lugar, se determinó la evolución de las propiedades fisicoquímicas y biológicas de tres mezclas de V y CF (20V80CF, 40V60CF, 60C40CF) durante cuatro ciclos de cultivo (Cucumis melo L., Solanum lycopersicum L., Cucumis melo L., Lactuca sativa L.) fertirrigados con VT. Las propiedades físicas de las mezclas después de cuatro PC indicaron que el sustrato con menor proporción de V y mayor de CF (20V80CF) no alcanzó los valores óptimos de agua fácilmente aprovechable para su uso continuado en CSS. La mezcla con mayor proporcion de V y menor de CF (60V40CF) también fue descartado, al presentar valores de densidad aparente superiores al valor máximo recomendado. En general, las tres mezclas después de cuatro PC presentaban niveles bajos de cationes y aniones, sin embargo, las características biológicas analizadas indicaban que su actividad enzimática era elevada, lo que garantiza la disponibilidad de nutrientes minerales durante cuatro PC.
La mezcla de sustrato 40V60CF fue la más adecuada dado que mantuvo las propiedades físicas en los niveles recomendados y exhibió una elevada actividad enzimática y mayores concentraciones de cationes y aniones que las otras mezclas a lo largo de los PC.
Adicionalmente se evaluó el efecto de la mezcla de sustratos orgánicos (VC y FC) y fertirriego con VT combinado con la aplicación de tres biofertilizantes microbianos (Micorrizas arbusculares-AMF, Trichoderma sp-TRICH y Rizobacterias-PGPR) promotores del crecimiento de plantas (PGPM) en CSS de Cucumis melo L. y Solanum lycopersicum L. sobre la producción y estado nutricional de las plantas, así como de la actividad microbiana en el sustrato. Los tratamientos con biofertilizantes microbianos, independientemente del tipo de sustrato, superaron significativamente los resultados obtenidos con el control sin dicho tratamiento. El análisis de componentes principales reveló la existencia de una relación sinérgica entre la actividad deshidrogenasa, NO3- y la producción de cada cultivo evaluado. Además, las micorrizas arbusculares (AMF) y las rizobacterias (PGPR) promovieron el crecimiento de las plantas especialmente en la mezcla de sustratos 40V60FC, mejorando significativamente el estado nutricional de las plantas.
El empleo de sustratos orgánicos en CSS conlleva el reto de mantener viva y activa la microbiota presente en estos sustratos cuando no hay planta sembrada. Los resultados de los experimentos anteriormente descritos pusieron de manifiesto una disminución de la actividad enzimática (biológica), especialmente en el ciclo de cultivo que sucede a la temporada de verano. Esto incluso se complica cuando se quiere aprovechar el mismo sustrato orgánico durante más de tres ciclos de cultivo. La rotación con cultivos de cobertura durante la época estival puede soslayar dichos problemas. Para determinar el impacto de dicha estrategia junto con el manejo orgánico en CSS se analizó el efecto de la aplicación combinada de VT y los biofertilizantes microbianos previamente indicados sobre la composición, dinámica poblacional y funcionalidad de la microbiota rizosférica en diferentes etapas fenológicas y estacionales de un cultivo de melón seguido de cultivo de cobertura. Se comenzó con melón (C. melo L. “reticulatus”), y a continuación con una leguminosa de cobertura (Mucuna pruriens L.) como rotación durante los meses de verano en CSS con un sustrato orgánico (40V60FC). Los resultados demostraron que la incorporación de los biofertilizantes microbianos y el empleo de cultivo de cobertura incrementaron significativamente los microorganismos solubilizadores de fósforo, fijadores de nitrógeno y nitrificantes en la rizosfera respecto a los tratamientos sin dichos aportes. Estos resultados confirman la importancia de la aplicación y manejo adecuado de PGPMs en la validación de sustratos orgánicos (V+CF) para ser utilizados como fuente de nutrientes o biofertilizantes en los cultivos hortícolas en contenedor.
Una vez confirmado el efecto y la actividad de los microorganismos implicados en el sistema de manejo orgánico en CSS, tanto en la rizosfera como en el TV, se procedió al aislamiento, selección de acuerdo a sus funcionalidades e identificación mediante secuenciación de los principales microorganismos presentes en dichas muestras. La finalidad última de este estudio fue, además de caracterizar la microbiota implicada en el sistema de manejo orgánico en CSS, obtener nuevos biofertilizantes microbianos. Para ello se establecieron como funcionalidades de estudio y selección la fijación de nitrógeno, la solubilización de fosfatos, la producción de sideróforos y la halotolerancia, así como la actividad biopesticida frente a bacterias y hongos fitopatógenos. Se aislaron 30 cepas bacterianas y 6 fúngicas a partir de la rizosfera de un CSS de melón en mezcla de sustrato orgánico (V+CF). La mayoría de las bacterias pertenecieron a especies de los géneros Pseudomonas (27%) y Bacillus (23%) seguido de Streptomyces (10%), Microbacterium y Rahnella (7%) y fueron minoritarias (3%) las cepas de los géneros Acinetobacter, Janibacter, Kocuria, Leptothrix, Massilia, Micrococcus y Pantoea. En cuanto a los hongos, cinco de los seis aislados fueron especies del género Aspergillus y el sexto Lichteimia. El 90% de dichas cepas fueron bacterias fijadoras nitrógeno atmosférico, el 83% solubilizadoras de fosfatos y el 47% productoras de sideróforos. La mayoría de las cepas aisladas tuvieron más de una funcionalidad. Cabe destacar que las cepas aisladas presentaron un nivel elevado de halotolerancia, especialmente los hongos. Además, las bacterias aisladas presentaron un elevado efecto antagónico de fitopatógenos, especialmente frente a diversas bacterias fitopatógenas, mientras que los hongos aislados fueron más eficaces frente a hongos fitopatógenos. Las capacidades de los microorganismos aislados permitirán el desarrollo de sustratos supresivos y con actividad biofertilizante mejorada que garanticen una producción orgánica con sustratos más balanceados en microbiota beneficiosa que además impida la proliferación de microorganismos patógenos de plantas.
Los resultados obtenidos demostraron que el CSS en mezclas adecuadas de sustratos combinado con la aplicación de biofertilizantes microbianos y fertirriego con VT permite alcanzar una producción suficiente a través de técnicas respetuosas con el medio ambiente. Mediante dicho manejo fue posible reemplazar la fertilización convencional y no emplear productos químicos asegurando una nutrición adecuada de los cultivos mediante el suministro de los macronutrientes principales con fuentes orgánicas y biofertilizantes.
- English
The possibility of implementing soilless container culture systems using organic materials as a substrate, and as a source of nutrients and microorganisms that promote plant growth, makes it possible to dispense with the contribution of synthetic fertilizers. The general objective of this thesis was to determine the ideal conditions in terms of organic substrates composition based on vermicompost (V) and coconut fibre (CF), fertigation with Vermicompost Tea (VT), and incorporation of microbial biofertilizers that provide nutritional forms available for the plant, in sufficient quantities to obtain an acceptable production, dispensing with synthetic fertilizers during several production cycles (PC) in soilless cultivation (CSS).
First, the evolution of the physicochemical and biological properties of three mixtures of V and CF (20V80CF, 40V60CF, 60C40CF) was determined during four crop cycles (Cucumis melo L., Solanum lycopersicum L., Cucumis melo L., Lactuca sativa L.) fertigated with VT. The physical properties of the mixtures after four PCs indicated that the substrate with the lowest proportion of V and the highest proportion of CF (20V80CF) did not reach the optimal values of easily assimilable water for its continued use in CSS. The mixture with the highest proportion of V and the lowest CF (60V40CF) was also discarded, as it presented apparent density values higher than the maximum recommended value. In general, the three mixtures after four PCs presented low levels of cations and anions, however, the biological characteristics analyzed indicated that their enzymatic activity was high, which guarantees the availability of mineral nutrients during four PCs. The 40V60CF substrate mixture was the most suitable since it maintained the physical properties at the recommended levels and exhibited high enzymatic activity and higher concentrations of cations and anions than the other mixtures throughout the PC.
Additionally, the effect of the mixture of organic substrates (VC and FC) and fertigation with VT combined with the application of three microbial biofertilizers (arbuscular mycorrhizae-AMF, Trichoderma sp-TRICH and Rhizobacteria-PGPR) promoters of plant growth (PGPMs) in CSS of Cucumis melo L. and Solanum lycopersicum L. on the production and nutritional status of the plants, as well as the microbial activity in the substrate was evaluated. Treatments with microbial biofertilizers, regardless of the type of substrate, significantly exceeded the results obtained with the control without said treatment. The principal components analysis revealed the existence of a synergistic relationship between the dehydrogenase activity, NO3- and the production of each crop evaluated. In addition, arbuscular mycorrhizae (AMF) and rhizobacteria (PGPR) promoted plant growth especially in the 40V60FC substrate mixture, significantly improving the nutritional status of plants.
The use of organic substrates in CSS entails the challenge of keeping the microbiota present in these substrates alive and active when there is no plant. The results of the experiments described above revealed a decrease in enzymatic (biological) activity, especially in the growing cycle that follows the summer season. This is even more complicated when the same organic substrate is used for more than three growing cycles. Rotation with cover crops during the summer can circumvent these problems. To determine the impact of this strategy together with organic management in SSC, the effect of the combined application of VT and previously indicated microbial biofertilizers on the composition, population dynamics and functionality of the rhizosphere microbiota at different phenological and seasonal stages of a melon crop followed by the cover crop. Melon (C. melo L. “reticulatus”) was started, followed by a cover legume (Mucuna pruriens L.) as a rotation during the summer months in CSS with an organic substrate (40V60FC). The results showed that the incorporation of microbial biofertilizers and the use of cover crops significantly increased phosphorus-solubilizing, nitrogen-fixing and nitrifying microorganisms in the rhizosphere compared to treatments without such inputs. These results confirm the importance of the application and proper management of PGPMs in the validation of organic substrates (V+CF) to be used as a source of nutrients or biofertilizers in containerized horticultural crops.
Once the effect and activity of the microorganisms involved in the organic management system in CSS were confirmed, both in the rhizosphere and in the TV, isolation, selection according to their functionalities and identification by sequencing of the main microorganisms present were carried out. in these samples. The ultimate goal of this study was, in addition to characterizing the microbiota involved in the organic management system in CSS, to obtain new microbial biofertilizers. To this end, nitrogen fixation, phosphate solubilization, siderophore production and halotolerance, as well as biopesticide activity against phytopathogenic bacteria and fungi, were established as study and selection functionalities. 30 bacterial and 6 fungal strains were isolated from the rhizosphere of a melon CSS in a mixture of organic substrate (V+CF). Most of the bacteria belonged to species of the genera Pseudomonas (27%) and Bacillus (23%) followed by Streptomyces (10%), Microbacterium and Rahnella (7%) and the minority (3%) were strains of the genera Acinetobacter, Janibacter, Kocuria, Leptothrix, Massilia, Micrococcus and Pantoea. As for the fungi, five of the six isolates were species of the genus Aspergillus and the sixth was Lichteimia. 90% of these strains were atmospheric nitrogen-fixing bacteria, 83% phosphate solubilizers and 47% siderophore producers. Most of the isolated strains had more than one functionality. It should be noted that the isolated strains presented a high level of halotolerance, especially fungi. In addition, the isolated bacteria showed a high antagonistic effect on phytopathogenic bacteria, especially against various phytopathogenic bacteria, while the isolated fungi were more effective against phytopathogenic fungi. The capacities of the isolated microorganisms will allow the development of suppressive substrates with improved biofertilizer activity that guarantee organic production with more balanced substrates in beneficial microbiota that also prevent the proliferation of plant pathogenic microorganisms.
The results obtained showed that the CSS in adequate mixtures of substrates combined with the application of microbial biofertilizers and fertigation with VT allows for achieving a sufficient production through techniques that respect the environment. Through this management, it was possible to replace conventional fertilization and not use chemical products, ensuring adequate crop nutrition by supplying the main macronutrients with organic sources and biofertilizers.
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