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Durante los últimos 8 años, The Rodale Institute se ha asociado con el USDA-ARS para ser pionero en un sistema de producción de inóculo de hongos AM en la granja; un sistema que pondría los beneficios económicos y ambientales de las micorrizas a disposición de más agricultores. A lo largo de los años, nuestras pruebas se han centrado en desarrollar un procedimiento de bajo costo e identificar características para maximizar la producción de propágulos. Aquí resumimos lo que hemos aprendido durante esos años y compartimos todo lo que necesita saber para iniciar su propio sistema en la granja.
Conceptos básicos de los hongos AM
Los hongos micorrízicos arbusculares (MA) son las micorrizas más importantes en los ecosistemas agrícolas debido a que colonizan la mayoría de las plantas de cultivo. Los hongos AM, conocidos como "simbiontes obligados", deben asociarse con las raíces de las plantas para sobrevivir; es esta asociación la que inicia un beneficio mutuo entre los hongos y la planta. A cambio de los azúcares de una planta, las estructuras largas y filiformes de los hongos, las hifas, actúan como una extensión del sistema de raíces de una planta y aumentan el acceso de la planta a nutrientes inmóviles, como fósforo (P), zinc y cobre. Mientras que los pelos de las raíces de las plantas se extienden de 1 a 2 mm en el suelo, las hifas de las micorrizas exploran un mayor volumen de suelo y pueden extenderse hasta 15 cm desde las raíces de la planta. La relación entre las micorrizas y las plantas de cultivo a menudo mejora el crecimiento y el rendimiento de las plantas, pero incluso cuando no se produce ninguna mejora del crecimiento, la mayor parte de la absorción de P se puede atribuir a las micorrizas. También se ha atribuido a las micorrizas el aumento de la resistencia a las enfermedades de la planta, la mejora de la capacidad de la planta para crecer en condiciones de sequía y la mejora de la estructura del suelo.
Si bien algunas prácticas agrícolas estándar, incluida la labranza frecuente y la fertilización intensa con fósforo, tienen un impacto negativo en las micorrizas, se pueden utilizar muchas prácticas agrícolas sostenibles para reforzar las poblaciones de hongos micorrízicos nativos. Incluso los suelos que han sido manejados intensivamente durante un período prolongado contienen poblaciones de micorrizas que pueden aumentarse mediante el uso de cultivos de cobertura, el desarrollo de una rotación de cultivos diversa y el cultivo de cultivos que forman una simbiosis con los hongos AM.
Inóculo de hongos AM
La inoculación con hongos micorrízicos ofrece otra oportunidad para aprovechar los beneficios de las micorrizas. Las esporas micorrízicas, los trozos de raíces de cultivos colonizados y las hifas micorrízicas viables funcionan como propágulos activos de los hongos MA que pueden usarse como inóculo para "infectar" otras plantas con hongos MA.
Bajo ciertas circunstancias, el uso de inóculo puede ser preferible a las prácticas de manejo para reforzar las poblaciones de hongos MA. El uso previo de fungicidas y otros casos extremos pueden requerir la inoculación para reintroducir los hongos AM en la comunidad microbiana del suelo severamente degradada. En circunstancias menos severas, el inóculo puede usarse para producir plántulas precolonizadas que pueden aprovechar los beneficios de las micorrizas desde su primer día en el campo. Investigaciones anteriores muestran que esta ventaja competitiva puede tener un impacto positivo en los rendimientos. En un estudio de 2008, las plantas de fresa inoculadas con hongos AM antes de trasplantar produjeron un 17% más de frutos que los controles no inoculados (Douds et al. 2008). Un estudio con pimientos observó un aumento del rendimiento del 14 al 23% de las plantas inoculadas cultivadas en suelo modificado con compost y un aumento del 34% un año de las plantas inoculadas tratadas con fertilizantes químicos (Douds y Reider 2003). También se han observado aumentos de rendimiento en una variedad de otros cultivos, incluidos tomates, patatas, cebolla, maní, sandía, ajo y apio.
Si bien el inóculo producido comercialmente está disponible, tiene un costo para los agricultores. El precio del inóculo comercial refleja los costos de los métodos de producción actuales, incluido el invernadero o el espacio de laboratorio, así como la mano de obra y el tiempo asociado con el aislamiento de los hongos AM del medio original y / o la mezcla de las esporas con un sustrato portador. Estos costos, así como el envío y la manipulación, se transfieren al agricultor (Douds 2010).
Producción de inóculo en la finca
El objetivo de nuestra investigación fue desarrollar un sistema de producción de inóculo en la finca que generara un inóculo potente, efectivo y rico en especies que fuera económico de producir. Al evitar los costos asociados del inóculo producido comercialmente, la producción en la granja hace que los beneficios económicos y ambientales de los hongos AM estén disponibles para un mayor número de agricultores.
Aunque los aumentos significativos de rendimiento varían según el año, el cultivo y la variedad, nuestro sistema se diseñó teniendo en cuenta el uso rutinario. Con el uso anual, los agricultores estarán preparados para obtener ganancias cuando las micorrizas alivien las condiciones que deprimen los rendimientos, pero en los años en que el inóculo no afecta los rendimientos, el sistema económico no será una carga económica. Nos dirigimos a los agricultores de hortalizas que producen sus propias plántulas en el sitio para luego trasplantarlas al campo, por lo que adaptar sus sistemas actuales para producir plántulas colonizadas es simple. Aunque es posible la aplicación directa a gran escala de inóculo en los campos, el retorno de la inversión para cultivos como el maíz y la soja es demasiado bajo para que la aplicación del inóculo sea económicamente atractiva.
El sistema en la finca comienza plantando plántulas de “planta hospedante” en bolsas de plástico negras llenas de una mezcla de abono, vermiculita y tierra de campo local. Los hongos AM presentes en el suelo del campo colonizan la raíz de las plantas hospedantes y durante la temporada de crecimiento, las micorrizas proliferan a medida que crecen las plantas hospedadoras. Cuando el huésped muere por congelación, las micorrizas pasarán el invierno de forma natural en la mezcla de compost y vermiculita, y el inóculo estará listo para usarse en la primavera. La mayoría de los aspectos del sistema, desde el tipo de compost utilizado hasta la tasa de dilución, se han examinado mediante experimentación para identificar los mejores métodos para maximizar la producción. El resultado es un sistema que ha propagado con éxito todos los hongos AM probados y puede producir cientos de propágulos por centímetro cúbico. En una prueba, se produjeron 465 propágulos cm-3, un aumento de 7000 veces en relación con la concentración en el suelo del campo que se agregó inicialmente a la bolsa.
Aquí recorremos el proceso paso a paso y analizamos los detalles que harán que su sistema en la granja sea un éxito. Se proporcionan citas para dirigirlo a los artículos para leer más (consulte el final de este artículo para obtener toda la información de referencia).
Elegir una planta huésped
El factor más importante al elegir una planta hospedante es seleccionar una planta que apoye el crecimiento de micorrizas. Los cultivos como la espinaca, la remolacha azucarera, el altramuz y los miembros de la familia de la mostaza no forman una simbiosis con los hongos AM. Un hospedador confiable para la mayoría de las especies de hongos MA, el pasto bahia (Paspalum notatum Flugge) se ha utilizado ampliamente. Además, para evitar la propagación de patógenos, la planta hospedante debe ser de una familia diferente a la del cultivo inoculado. Debido al hecho de que el sistema de inóculo se dirige a los productores de hortalizas, el pasto bahia, un miembro de la familia de las gramíneas, es un hospedador general ideal. Finalmente, como planta tropical, el pasto bahia morirá por las heladas y no se convertirá en una plaga de malezas en el campo.
Hasta el momento, las plántulas de bahiagrass no están disponibles comercialmente. Para utilizar bahiagrass como planta hospedante, los agricultores deben establecer sus propias plántulas. Simplemente germinamos semillas de bahiagrass en vermiculita o iniciador de semillas y trasplantamos las plántulas en macetas de plástico cónicas llenas de una mezcla de arena y tierra. Más altas que las típicas plantas de invernadero, estas macetas cónicas producen plántulas con un sistema de raíces largas. Cuando se trasplanta en las bolsas de compost diluido, el cepellón largo entrará en contacto con los propágulos en la profundidad de la bolsa más rápidamente que las plántulas producidas en macetas menos profundas. La mezcla de arena y tierra que usamos en las macetas cónicas es una mezcla de tierra: arena (volumen) 1: 3 que usa tierra de campo esterilizada y arena gruesa para piscinas. Si las plántulas de bahiagrass se cultivan en un medio típico para macetas de invernadero, hemos encontrado que se vuelven deficientes en hierro.
El proceso de germinación de bahiagrass y establecimiento de plántulas generalmente se inicia en el invernadero cuatro meses antes de la fecha de la última helada para que las plantas se puedan trasplantar lo antes posible después de la helada. (Para obtener una línea de tiempo imprimible e información sobre dónde encontrar estos materiales, consulte nuestra Guía rápida y fácil para la producción de inóculo de micorrizas en la granja).
Encontrar la combinación adecuada de medios
Cuando las plántulas hospederas están listas para ser plantadas afuera, es importante trasplantarlas a un medio apropiado. La disponibilidad de nutrientes del medio tiene un impacto significativo en el número de propágulos de hongos micorrízicos producidos. Las plantas cultivadas en situaciones de alto contenido de nutrientes, especialmente alto contenido de fósforo, pueden limitar la colonización de sus raíces y, por lo tanto, la proliferación del hongo. La posibilidad de usar suelo puro, compost puro o suelo diluido con vermiculita ha sido descartada debido a la baja colonización y / o baja producción de esporas de hongos AM observada usando estos medios.
Sin embargo, determinadas diluciones de compost han tenido éxito en la producción de inóculo de micorrizas. Como medio denso en nutrientes, el compost proporciona todos los nutrientes necesarios para el crecimiento del pasto bahia, así como una amplia gama de microbios que benefician la salud del suelo y suprimen las enfermedades de las plantas. Sin embargo, debido a la alta concentración de P del compost, debe diluirse con un sustrato pobre en nutrientes como vermiculita, perlita o turba. Otro beneficio de esta dilución es el medio de peso ligero resultante que se puede recuperar y utilizar fácilmente.
Nuestra investigación muestra que la tasa óptima de dilución del compost varía con la especie de hongo AM y el tipo de compost utilizado. Los experimentos realizados en 2003 y 2004 sugirieron niveles de dilución generales que apoyaron el crecimiento general de micorrizas mejor que otros (Douds et al., 2008). Los abonos con alto contenido de N, bajo en P y niveles moderados de K (un abono de recortes de jardín y un abono de lechería y abono de hojas en este estudio) tenían una alta probabilidad de éxito en diluciones de 1: 2 a 1: 4 [abono: diluyente] basado en el volumen. Los compost con alto contenido de P, bajo en N y niveles moderadamente altos de K (un compost microbiano controlado) fueron más exitosos en diluciones de 1:19 o 1:49. En general, tenemos un éxito regular con proporciones de dilución entre 1: 3 y 1: 9 y usualmente usaremos una dilución basada en volumen 1: 4 con cualquier compost de recortes de jardín producido por las instalaciones municipales de compostaje.
También hemos experimentado con el tipo de diluyente y cuantificado el efecto de los medios de cultivo hortícolas a base de perlita, vermiculita y turba sobre la producción de inóculo (Douds et al., 2010). El inóculo se puede producir con éxito con todas las modificaciones de los medios; La producción de esporas de todos los hongos AM estudiados no fue significativamente diferente entre las mezclas que usaron diferentes diluyentes. Sin embargo, un bioensayo numérico más probable, una técnica utilizada para determinar la densidad de propágulos infecciosos, mostró que la vermiculita tiende a producir más propágulos en general que los medios de cultivo a base de turba. Planteamos la hipótesis de que las láminas laminares de la vermiculita pueden ser un entorno ideal para el crecimiento y persistencia de las hifas micorrízicas. Las poblaciones de esporas similares y la colonización de raíces entre los tres diluyentes apoyan esta teoría.
Esta mezcla de abono diluido se usa para llenar tres cuartos de bolsas de plástico de siete galones. La tierra del campo se mezclará en cada bolsa como iniciador de inóculo, como se explica a continuación, y las plántulas de bahiagrass se plantarán en esta mezcla. La cantidad total de medio necesaria depende del número de plantas que se inocularán la primavera siguiente. Nuestra guía imprimible rápida y fácil para la producción de inóculo de micorrizas en la granja tiene instrucciones para hacer 200 o 400 pies3 de medio inoculado para macetas de invernadero, que se puede usar como línea de base para calcular las necesidades de materia prima para la producción de inóculo de todas las escamas.
El iniciador de inóculo
Si bien la mayoría de las veces propagamos aislamientos de una especie de hongo MA específica para la investigación, uno de nuestros primeros ensayos destacó la posibilidad de usar el método en la granja para propagar hongos micorrízicos autóctonos. En esta primera prueba, se encontraron hongos contaminantes en lo que debería haber sido un inóculo de una sola especie. Es muy probable que estos hongos contaminantes provengan de la tierra que se mezcló con el compost durante el cambio del año anterior. Esta propagación inadvertida de hongos MA nativos ilustró que el método en la granja podría usarse para crear un inóculo que no solo era más barato que el inóculo comercial de una sola especie, sino que también tenía el beneficio adicional de contener un grupo diverso de hongos micorrízicos adaptados localmente. que podría usarse para impulsar las poblaciones nativas de una finca (Douds et al. 2005).
La investigación ha demostrado que el uso de un inóculo de múltiples especies con aislamientos locales es importante por varias razones. Muchas especies de hongos MA son únicas en características como sus patrones de colonización, exploración espacial del suelo en busca de P, capacidad para producir una respuesta de crecimiento entre especies de plantas y producción de glomalina. Típicamente ausente de los inoculantes comerciales, pero presente en suelo sano, Gigaspora spp. son productores importantes de glomalina, que ayuda a la agregación del suelo. Además, algunas investigaciones sugieren que los hongos AM autóctonos son más eficaces para promover el crecimiento de las plantas en su suelo local que las especies introducidas.
Para obtener un inóculo adaptado localmente y taxonómicamente diverso, el suelo de campo se puede mezclar con la mezcla de compost diluido como fuente de hongos MA nativos (Douds et al. 2010). Para asegurar una muestra diversa de micorrizas, se debe recolectar tierra de un área natural de la finca, como un lote de madera o una hilera de cercas. Es preferible recolectar tierra de estas áreas, ya que debe contener una población de hongos micorrízicos diversa y saludable que no haya sido afectada por las prácticas agrícolas. La recolección de suelo de un campo de producción también es una opción, pero el campo no debería haberse utilizado en los últimos dos años para cultivar el cultivo que será inoculado. Esta precaución es para evitar la introducción de patógenos al inóculo. Además, debido al hecho de que los hongos micorrízicos se pueden distribuir de manera irregular, se sugiere agrupar de cuatro a cinco muestras. La mayoría de las micorrizas se encuentran en los 10 cm superiores del suelo, por lo que no es necesario que las muestras incluyan un suelo más profundo que esta capa.
Una vez que se haya recolectado una muestra combinada, tamice las rocas o raíces. Agregue 100 cm3 de suelo de la muestra combinada a cada bolsa de siete galones llena de medio, mezcle bien y trasplante de cuatro a cinco plántulas de bahiagrass en cada bolsa. Este paso debe realizarse lo antes posible después de la última helada para maximizar el tiempo de crecimiento de la planta huésped.
Cosecha de inóculo
Durante toda la temporada las bolsas solo requieren de 5 a 10 minutos de trabajo por semana; las bolsas deben regarse según sea necesario y desyerbarse para evitar introducir semillas de malezas en el inóculo. A medida que la planta huésped crece, las micorrizas proliferarán. Al final de la temporada, la senescencia del hospedador hará que las micorrizas esporulen. Como ocurre naturalmente en el campo, las esporas pasarán el invierno en la mezcla de compost y vermiculita y el inóculo estará listo para usarse en la primavera.
Las esporas, los trozos de raíces colonizadas y las hifas micorrízicas viables funcionan como propágulos infecciosos, y los tres se producen utilizando el sistema de la granja. Las hifas y las raíces colonizadas serán abundantes a partir del crecimiento de la temporada anterior, mientras que la densidad de esporas puede variar según las especies de hongos AM y qué tan cerca estuvo el medio de una dilución ideal. En estudios anteriores, la dilución típica 1: 4 de compost de recortes de jardín: vermiculita produjo un promedio de 30 esporas cm-3 (Douds et al. 2006). Combinado con el número de piezas de raíces e hifas colonizadas, el sistema en la finca produce cientos de propágulos cm-3 usando la dilución 1: 4; una cantidad que excede la densidad de inóculo objetivo de “producción en masa” de 80-100 propágulos cm-3 (Douds et al. 2005).
Mientras las esporas y las hifas se mezclan con el medio de compost y vermiculita, las raíces de la planta huésped deben cortarse para aprovechar las vesículas micorrízicas del interior. Producidas por la mayoría de los hongos MA, las vesículas son órganos globulares parecidos a esporas que contienen reservas de energía. En la primavera, las micorrizas pueden volver a crecer a partir de estas vesículas. Usando el sistema en la granja, bahiagrass típicamente tiene 70-80% de la longitud de su raíz colonizada por hongos micorrízicos. Por lo tanto, incluso los trozos pequeños de raíces contienen hongos AM y pueden mezclarse en el medio para aumentar el número de propágulos infecciosos.
Hemos descubierto que la mejor manera de cosechar las esporas y las hifas viables que forman parte del inóculo es cortar las hojas muertas, sacar el cepellón de las bolsas y sacudir el medio en un recipiente grande. El sistema de raíces se puede cortar en pedazos con tijeras y mezclar con el inóculo. El inóculo ya está listo para mezclarse con el sustrato para macetas en el invernadero.
Producir plántulas colonizadas para trasplantar
Al decidir cuánto inóculo se debe agregar a la mezcla para macetas, es necesario considerar la potencia del inóculo y el volumen de las células en las que se cultivarán las plántulas. Cuando siete fincas cooperantes utilizaron el sistema en finca para producir inóculo durante tres años, la producción promedio fue de 82 ± 20 propágulos cm-3. Sin embargo, en un estudio de 2006, observamos un promedio de 503 y 240 propágulos cm-3 para las diluciones 1: 4 y 1: 9 de compost de recortes de jardín y vermiculita, respectivamente (Douds et al. 2006). En cualquier caso, solo se necesitarían varios centímetros cúbicos por celda para suministrar el objetivo de 100 a 200 propágulos por planta.
Aunque en teoría solo se necesita una pequeña cantidad de inóculo en la tierra para macetas, sugerimos usar una tasa de dilución menor a la necesaria debido a la dificultad de obtener una mezcla completamente heterogénea. Un estudio probó un inóculo 1: 9 y 1:19: dilución del medio de cultivo (base de volumen) usando un inóculo con 120 propágulos cm-3 (Douds 2009). Se plantaron ocho cultivares diferentes de pimientos y tomates en la mezcla y se cultivaron en pisos de 50 celdas (70 cm3 por celda). Después de cuatro semanas, los tomates promediaron un 30.5% y un 12.9% de colonización de la longitud de la raíz para las diluciones 1: 9 y 1:19, respectivamente. La colonización por hongos AM de los pimientos promedió 14.8% y 8.0%. Todos estos grados de colonización son suficientes para afectar el crecimiento o el rendimiento. En última instancia, el tamaño de la celda determinará qué dilución se debe utilizar. Para asegurar suficientes propágulos por celda, se debe usar una dilución 1: 9 en celdas de 50 cm3 o menos, se puede usar una dilución 1:19 en celdas más grandes.
Adaptando las prácticas de invernadero
Dada la sensibilidad de la simbiosis a los niveles de fósforo, es importante asegurar que se modifique el régimen de fertilización en invernadero para las plántulas inoculadas. La disponibilidad de fósforo controla el nivel de colonización de raíces directamente al impactar el crecimiento de hifas del hongo AM e indirectamente a través del efecto de la concentración de P en el tejido vegetal sobre la exudación de moléculas de señalización de las raíces. La investigación muestra claramente una relación inversa entre la disponibilidad de P y la colonización de hongos micorrízicos. El desafío ha sido identificar una mezcla para macetas en invernadero y un régimen de fertilización que produzca plántulas con niveles satisfactorios de colonización que también sean de un tamaño competitivo con las plantas cultivadas en condiciones altas de P.
Para los cultivadores convencionales, sugerimos una mezcla para macetas estándar complementada con una solución nutritiva balanceada baja en P (Douds 2009). Se sugiere una adición de fósforo de 3 ppm o menos no más de tres veces por semana. La fertilización tres veces por semana con soluciones que contenían 31 ppm de P resultó en una ausencia efectiva de colonización por hongos AM, pero dio poco o ningún aumento en el peso de los brotes en comparación con las plántulas de pimiento y tomate que recibieron significativamente menos P.
La situación para los productores orgánicos es más desafiante que para los productores convencionales debido a la dificultad de controlar con precisión los niveles de P. Esta parte del proyecto aún es un trabajo en progreso. Por ahora, sugerimos usar una mezcla para macetas inalterada para cultivadores orgánicos. En un estudio, utilizamos una mezcla para macetas aprobada orgánicamente (mezcla NP de Living Acres, New Sharon, ME) con un análisis de NPK de 0.4-0.5-0.3. El fabricante recomendó que no se agreguen nutrientes a las plántulas cultivadas en este medio en el invernadero. El medio no modificado se comparó con los tratamientos que incluían el medio con vermiculita y fertilización suplementaria. La colonización de las plantas cultivadas en el medio sin enmendar fue mejor que en algunos invernaderos manejados de manera convencional, por lo que recomendamos la mezcla para macetas sin enmendar como punto de partida. Si su medio de cultivo requiere fertilización adicional, use una solución baja en P, como hidrolizado de pescado.
Para los productores orgánicos que mezclan su propio medio de cultivo, es importante considerar la disponibilidad de nutrientes de la mezcla. Si la receta mediana incluye abono, puede ser importante reducir el abono para limitar la disponibilidad de P. La complicación aquí, por supuesto, es la reducción concomitante en la disponibilidad de otros nutrientes también. La prueba de invernadero de esta temporada con puerros, pimientos y tomates incluyó tratamientos de compost al 10% y al 50%. Los tratamientos de los medios se modificaron con dos regímenes de fertilización, una vez por semana o tres veces por semana con un fertilizante hidrolizado para peces (12-0.5-1). La baja colonización observada en todos los tratamientos orgánicos ilustró que los niveles de P eran demasiado altos, incluso en el medio de compost al 10% con fertilización poco frecuente. Sin embargo, en otro ensayo, la mezcla para macetas a base de compost al 10% produjo plántulas de maíz con una colonización de la longitud de la raíz del 19% después de 19 días. Este se consideró un nivel satisfactorio de colonización. Si bien estos diferentes niveles de colonización ilustran las diferentes respuestas de diferentes cultivos, también ilustra la necesidad de continuar buscando una receta de medio de cultivo ideal para macetas producida en granjas que tenga los niveles de nutrientes ideales para promover la colonización.
Poniendo su sistema en marcha
Nuestra investigación ha analizado el efecto del inóculo en una variedad de cultivos en sistemas orgánicos y convencionales y en suelos con alto contenido de P. En cada situación, los aumentos de rendimiento debido a la inoculación pueden variar de un año a otro, e incluso entre cultivares. Sin embargo, cuando la simbiosis compensa las condiciones que deprimen los rendimientos, la ganancia resultante puede ser significativa.
La producción de inóculo en la granja facilita el aprovechamiento de los beneficios de los hongos AM. Nuestro sistema agrícola de bajo costo es fácil de integrar en cualquier sistema agrícola debido al bajo tiempo de trabajo requerido. Simplemente planifique con anticipación para que su sistema en la granja sea un éxito; recuerde, se requiere una temporada completa para producir el inóculo.