Revista Pilquen • Sección Agronomía • Año XVI • Nº 14, 2014

RESPUESTA DE POBLACIONES MICROBIANAS SOLUBILIZADORAS DE FOSFATO AL GLIFOSATO EN UN ECOSISTEMA ALTO ANDINO COLOMBIANO Por Patricia Martínez-Nieto, Catherine Correa-Torres, Jorge Robles-Camargo y Mauricio Valderrama-Barco [email protected]

Fundación Humedales - Facultad de Ciencias Básicas. Pontificia Universidad Javeriana. Bogotá, Colombia

RESUMEN El efecto del herbicida glifosato sobre poblaciones microbianas solubilizadoras de fosfato (PMSF) en un ecosistema alto andino fue evaluado en función de la importancia de estos microorganismos en la mineralización de compuestos orgánicos que poseen fósforo, fundamentalmente, en suelos con deficiencia de este elemento y a que este herbicida lo posee en su molécula. El crecimiento microbiano se determinó en suelos pertenecientes a cultivo de papa (Solanum tuberosum L.) y a un bosque secundario, situados a una altitud de 2.750 msnm. Las dosis de glifosato analizadas fueron 1,0, 2,5 y 10,4 L.ha-1, empleadas en el cultivo de papa y en erradicaciones de amapola (Papaver somniferun L.) y de coca (Erythroxylon coca Lamb.), respectivamente. El recuento en placa de ufc se realizó en cuatro momentos: 0, 48, 192 y 360 h después de la aspersión. A las 48 horas aumentaron en ambos suelos en relación directa con la concentración del herbicida. Este aumento continuó en suelos de bosque testigos hasta finalizar el experimento mientras que en los otros tratamientos el número de ufc disminuyó con el incremento de la dosis del herbicida. En los suelos del bosque secundario, las fluctuaciones microbianas a las 360 horas no se pudieron atribuir a la aplicación del glifosato; mientras que en el cultivo de papa, disminuyeron a medida que incrementaba la dosis. Los efectos del glifosato sobre poblaciones microbianas solubilizadoras de fósforo en el ecosistema alto andino dependieron del tipo de suelo y dosis aplicadas del herbicida. Palabras clave: Ecosistema alto andino; Glifosato; Microorganismos solubilizadores de fosfatos.

RESPONSE PHOSPHATE SOLUBILIZING MICROBIAL POPULATIONS TO GLYPHOSATE FROM A COLOMBIA’S HIGH ANDEAN ECOSYSTEM ABSTRACT In a high Andean ecosystem, the effect of herbicide glyphosate on phosphate solubilizing microbial populations (PSMP) was evaluated considering both the importance of these microorganisms in the phosphorus organic compounds mineralization in deficient soils and the carbon-phosphorus bond contained on this herbicide molecule. Microbial growth was determined by plate count at four different times (0, 48, 192 and 360 h), from soils belonging to potato (Solanum tuberosum L.) and a secondary forest located at 2,750 m altitude. Glyphosate doses tested were 1.0, 2.5 and 10.4 L.ha-1 used in potato cultivation, poppy (Papaver somniferun L.) and coca (Erythroxylon coca Lamb.) eradications, respectively. At 48h, PSMP increased in the two study areas with increasing herbicide concentration. This increase continued in forest soils without spraying glyphosate at 192h, whereas in the other soils, a microorganisms decrease was observed in herbicide-concentration dependence. In the secondary forest, microbial fluctuations at 360h were not affected by the glyphosate application, while PSMP from potato decreased as the dose was increased. The effects of glyphosate on the PSMP from High Andean ecosystem were dependent on soil type and herbicide dose applied. Key words: High mountain biomes, Phosphate; Solubilizing microorganisms.

Recibido: 01|10|13 • Aceptado: 01|10|14

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• Patricia Martínez-Nieto - Catherine Correa-Torres - Jorge Robles-Camargo - Mauricio Valderrama-Barco •

INTRODUCCION Los cultivos ilícitos son unos de los problemas ambientales que enfrenta Colombia con destrucción de coberturas boscosas para la siembra de coca (Erythroxylon coca Lamb.) y amapola (Papaver somniferum L.). El establecimiento de cultivos de amapola compromete la zona andina especialmente los bosques de niebla y páramos con consecuencias económicas y sociales para el país (Martínez-Nieto, 2002; Pinzón-Uribe y Sotelo-Rojas, 2011). En Colombia los ecosistemas de alta montaña están localizados por encima de los 2.740 msnm y representan cerca del 4% del territorio nacional (Andrade-Pérez et al., 2010). Estos ecosistemas juegan un papel muy importante como reservorios de agua, reguladores del clima, poseen una gran riqueza paisajística y biodiversidad. La presencia de cultivos de amapola sumado a otras actividades antrópicas como la minería, agricultura y ganadería han afectado los bosques andinos de niebla generando procesos de erosión, sedimentación y pérdida de la capacidad productiva de los suelos, al igual que disminuye la capacidad de retención y regulación de agua, de la que depende el suministro de recurso para poblaciones enteras (Martínez-Nieto, 2002; Feijoo-Martínez et al., 2006; Martínez-Nieto y GarcíaGonzález, 2010). Todas estas actividades antrópicas también producen disturbios en la microbiota edáfica que son el sustento para el desarrollo de la vegetación que crece en bosques alto andinos y páramos (Moratto et al., 2005; Ramírez, 2011). Los suelos alto andinos son extremadamente ácidos, presentan contenidos elevados de materia orgánica, hierro y aluminio que hacen que el fósforo disponible esté en bajas concentraciones. Dentro de las estrategias de estos ecosistemas para suministrar el fósforo necesario para el crecimiento de las plantas como de otros nutrientes se encuentran la mineralización de la materia orgánica, la fijación de nitrógeno y la solubilización de fosfatos insolubles por acción microbiana (Alarcón et al., 2002; Martínez-Nieto et al., 2011; Ramírez, 2011). El Consejo Nacional de Estupefacientes desde 1992 para la erradicación de cultivos ilícitos en algunas zonas del país autorizó a la Policía Antinarcóticos la aspersión controlada con el agroquímico glifosato. En el 2001 el Ministerio de Ambiente colombiano impuso a la Dirección Nacional de Estupefacientes un Plan de Manejo Ambiental para el Programa de Erradicación de Cultivos Ilícitos mediante aspersión aérea con Glifosato (PECIG), el cual fue modificado en el 2003 mediante la resolución 1054 (Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (IDEAM) et al., 2002; Varona et al., 2009). Esta resolución exige un monitoreo ambiental de los suelos afectados mediante el análisis de diferentes parámetros fisicoquímicos y microbiológicos, entre los que se encuentra el recuento de microorganismos solubilizadores de fosfato (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT), 2003). Los herbicidas que contienen como ingrediente activo el glifosato o N, N-bis (fosfonometil) glicina son organofosfonatos (Enlace covalente Carbono-Fósforo), sistémicos y actúan inhibiendo la enzima 5-enolpiruvilshikimato-3-fosfato sintetasa, esencial en plantas, algas, bacterias, hongos y algunos parásitos para la producción de aminoácidos aromáticos. Además de la erradicación de cultivos ilícitos estos herbicidas son frecuentemente usados en actividades agropecuarias. Actualmente la fórmula utilizada para el control de amapola y coca contiene 41% de sal de glifosato y 59% de ingredientes inertes; se clasifica con toxicidad III en cuanto la irritación ocular primaria y categoría IV para toxicidad dérmica y oral aguda (Obojska et al., 1999; Schönbrunn et al., 2001; U.S. Environmental Protection Agency, 2003; Solomon et al., 2005; Funke et al., 2006; Varona et al., 2009; Wiersema et al., 2013). En el suelo, el glifosato es fuertemente adsorbido por los minerales de arcillas y materia orgánica, compitiendo con el fósforo por sus sitios de unión. De esta forma, el fósforo, juega un papel importante en el efecto del herbicida sobre los organismos del suelo, dependiendo del tipo de suelo, concentración de nutrientes, pH, temperatura y humedad (Haney et al., 2002; Sørensen et al., 2006; Cuervo, 2007; Santos et al., 2009; Rafiei-Keshteli et al., 2011; Helander et al., 2012). La interacción con los componentes biológicos del suelo es compleja y es así que mientras unos grupos microbianos se ven afectados por el glifosato, otros lo pueden metabolizar o no sufren ningún cambio en sus poblaciones o actividades metabólicas (Ratcliff et al., 2006; Kremer y Means, 2009; Lane, 2011; Martínez-Nieto et al., 2011; Helander et al., 2012; Martínez-Nieto et al., 2012; Zain et al., 2013). De acuerdo con Whitelaw-Weckert et al. (2004). La pérdida de fertilidad de los suelos por el uso reiterado de herbicidas, se produce, entre otros factores, por las perturbaciones que se generan por acción directa en la microbiota edáfica por la eliminación de las plantas. 2

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Por lo anteriormente expuesto, el objetivo de esta investigación fue determinar el efecto del herbicida glifosato sobre las poblaciones microbianas solubilizadoras de fosfato en un ecosistema alto andino en zonas poco intervenidas (bosque secundario) e intervenidas (cultivo de papa) en respuesta a la resolución 1054 de 2003 del MAVDT y a la importancia de este grupo microbiano en el funcionamiento de estos ecosistemas.

MATERIALES Y MÉTODOS Muestreo. Se escogieron dos zonas pertenecientes a un ecosistema Alto Andino en el municipio de Fúquene (Cundinamarca, Colombia) a una altitud promedio de 2.750 msnm, latitud de 0,5° 40’ 89,9" y longitud de 73° 77’ 84,4". Las áreas seleccionadas correspondieron a bosque secundario y cultivo de papa (Solanum tuberosum L.) (figura 1). Las muestras de suelos procedentes de las dos áreas seleccionadas fueron recolectadas siguiendo la metodología propuesta por Martínez-Nieto et al. (2011) a una profundidad aproximada de 10 cm. Esta profundidad fue escogida debido a la alta capacidad del glifosato para unirse a las arcillas, óxidos de hierro y aluminio, en la capa superficial del suelo, dependiendo del pH, la Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) y el contenido de fósforo. La capacidad de sorción determina la degradación del herbicida (Jabbar et al., 2008; Bergström et al., 2011; Rafiei-Keshteli et al., 2011). Análisis de suelos. La caracterización fisicoquímica de los suelos muestreados fue realizada en el Laboratorio de Suelos, Aguas y Foliar de la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (CORPOICA). Los parámetros analizados fueron pH, textura, CIC, Conductividad Eléctrica (CE), porcentaje de materia orgánica y elementos mayores y menores. Manejo de los suelos muestreados. Se tomaron quince muestras de cada zona, y se mezclaron homogéneamente con el fin de constituir una muestra compuesta por área estudiada. Se tomaron 3.600 g de suelo por cada muestra y se dividieron equitativamente en bandejas de aluminio de 130 cm2 de área superficial, con un contenido unitario de 300 g de muestra. Dosis de Glifosato. El glifosato examinado fue el componente activo del producto comercial denominado Roundup ® Activo (aquí abreviado como Rp, y distribuido en Colombia por la Compañía Agrícola Colombiana Ltda.). Esta sustancia contiene glifosato en forma de sal potásica de Nfosfometilglicina, con una concentración de 446 g .L-1. Las dosis escogidas fueron la normalmente empleada en el cultivo de papa (1 L.ha-1, Dosis 1) y en la erradicación de cultivos de amapola (2,5 L.ha-1, Dosis 2) y coca (10,4 L.ha-1, Dosis 3). Estas se convirtieron a mL/m2, pero debido a que los volúmenes de mezcla eran muy pequeños, para ser manipuladas en el área de experimentación (130 cm2), se diluyeron teniendo en cuenta la cantidad de agua adicionada por los cultivadores de papa (200 L.ha-1) y por la Policía Antinarcóticos Colombiana (48,5 L .ha-1 y 13,02 L.ha-1, respectivamente para amapola y coca). Diseño experimental. Las unidades experimentales utilizadas fueron las bandejas de aluminio conteniendo 300 g de suelo. Se consideraron tratamientos las tres dosis de Rp un control (C) conformado por suelos sin tratar, en cada una de las áreas seleccionadas (bosque secundario y cultivo de papa). Para la experimentación se utilizó un diseño completamente al azar con arreglo factorial, con tres repeticiones por tratamiento, contabilizando un total de 24 unidades experimentales. Método de aspersión. Para aplicar el herbicida en cada unidad experimental se desplegó una hoja de papel adsorbente (tipo periódico) de 100 cm de largo por 100 cm de ancho y se colocó en el centro una bandeja. Respetando las dosis de Rp escogidas para este experimento, se preparó el volumen necesario para cubrir 1 m2, y se practicó la aspersión con nebulizador, asegurando su distribución uniforme en el área cubierta por el papel. El mismo procedimiento se repitió en los controles, aplicando un volumen similar de agua, pero con cada unidad experimental en los tratamientos a los que se les debía adicionar la mezcla acuosa del herbicida.

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Efecto del glifosato sobre las comunidades microbianas solubilizadoras de fosfato Para estimar de la densidad poblacional que intervino en la solubilización de fosfato, en cada tratamiento se realizó el recuento de ufc en placa siguiendo la metodología de Soto et al. (2010) con diluciones seriadas hasta 10-8 y utilizando el medio SRS recomendado por Martínez-Nieto y García-González (2010), el cual contiene fosfato tricalcico como fuente de fósforo insoluble y purpura de bromocresol como indicador de pH. Los registros se tomaron en cuatro momentos: previo a la aspersión de Rp (t = 0 h), después de 48 h, de 192 h y de 360 h de esta acción. Análisis estadístico. Los datos obtenidos de los recuentos microbianos se transformaron a Logaritmo en base 10 para que cumplieran con la distribución normal (Ibekwe y Ma, 2011). Con los datos transformados se realizó un análisis de varianza de dos factores. La diferencia entre tratamientos se hizo mediante la Prueba de Rango Múltiple de Duncan a un nivel de significancia de 0,01 (Steel et al., 1997). Los niveles de correlación lineal entre los cocientes de los datos obtenidos en los diferentes suelos asperjados y sin adición de glifosato a través del tiempo fueron expresados mediante el coeficiente de correlación (r) de Pearson (Lipthay et al., 2003). Los cocientes (razón geométrica) se obtuvieron de acuerdo con la metodología de Srinivasulu et al., (2012), comparando la población microbiana (datos sin transformar) de los diferentes tratamientos y sus controles en tres intervalos de tiempo (48h-0h, 192h-48h y 360h-192h).

RESULTADOS Análisis de suelos Las características fisicoquímicas de los suelos muestreados se presentan en la tabla I. Ambos mostraron una textura franco arcillosa (FAr) pero en el suelo proveniente del cultivo de papa se observaron mayores valores de CIC, CE, pH, materia orgánica, fósforo, potasio, calcio y sodio. En los suelos de bosque secundario se determinaron mayor contenido de nitrógeno, azufre, aluminio, hierro y manganeso.

Efecto del glifosato sobre las comunidades microbianas solubilizadoras de fosfato Las poblaciones solubilizadoras de fosfato provenientes de suelos de bosque secundario mostraron cambios altamente significativos a través del tiempo en los tres tratamientos con Rp (P=2,9x10-20), registrando el mayor recuento a las 48 horas los suelos asperjados con la dosis 3 (10,4 L.ha-1). Los menores recuentos de acuerdo con la prueba de rango múltiple de Duncan se obtuvieron con las dosis 1 y 2 a las 192 y 360 h (figura 2). Al comparar los crecimientos presentados a las 48 horas con los recuentos iniciales (sin aspersión de glifosato) en los suelos de bosque secundario, se observan incrementos en todos los tratamientos en relación directa con la concentración del herbicida (r=0,98). Los registros fueron de 4, 3.768, 7.685 y 136.745 en los suelos con dosis 1, 2 y 3 respectivamente. En el periodo de tiempo comprendido entre las 48h y 192 horas, los microorganismos solubilizadores de fosfato siguieron aumentando en el control mientras que en los suelos asperjados con el herbicida las poblaciones decrecieron con relación a la dosis (r=-0,94) con cocientes que variaron entre 0,000008-0,00002, presentando la mayor disminución promedio el tratamiento con 10,4 L.ha-1 de Rp (dosis 3). Entre las 192h y 360h todos los suelos mostraron reducción en los recuentos microbianos sin relación directa con las dosis de Rp (r=-0,08), el menor decrecimiento se observó en los suelos control, seguido en orden decreciente por los suelos con aplicación de 10,4 L .ha-1, 2,5 L.ha-1 y por ultimo 1 L.ha-1 donde se presentó la mayor reducción de microorganismos solubilizadores de fosfato. En la figura 3 se observa el crecimiento de los microorganismos en los diferentes tratamientos y controles sobre agar SRS durante los 15 días de evaluación. 4

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En los suelos pertenecientes al cultivo de papa al igual que los de bosque las poblaciones de microorganismos solubilizadores de fosfato mostraron cambios muy significativos (P= 4 x10-18) con la aplicación de glifosato a través del tiempo. El mayor recuento se presentó a las 48 horas con la dosis de 10 L ha-1 y las menores poblaciones se registraron con las dosis 1 (192h y 360 h), dosis 2 (192 h y 360 h) y dosis 3 al final del experimento (360 h) (figura 4). En las primeras 48 horas se observan incrementos de la microbiota solubilizadora de fosfato (figura 4) en dependencia de la concentración del glifosato (r=0,99) a una razón geométrica de 17,5 a 414,8, donde el mayor aumento de poblaciones se presentó con la dosis de 10,4 L ha -1, seguido en orden decreciente por los tratamientos con aplicaciones de 2,5 L .ha-1(39,7), 1 L.ha-1 (27) y por último los suelos sin aspersión a una razón de 17,5. A partir de este momento las poblaciones disminuyen, a excepción de los suelos sin aspersión del herbicida a las 360 h que experimentan un ligero aumento (figura 4) a una razón de 1,15 con relación al resultado obtenido a las 192 horas. Entre las 48 y 192 horas se observa que las disminuciones presentadas por los microorganismos solubilizadores de fosfato son dependientes de la concentración del glifosato (r=-0,99) con porcentajes entre 49,9% (suelos sin asperjar) y 99,7% (10,4 L .ha-1). En los últimos 8 días de evaluación las poblaciones de los suelos tratados con Roundup siguieron disminuyendo a medida que aumenta la concentración del herbicida (r=-0,82). Los suelos con aplicación de 10,4 L .ha-1 de Rp presentaron las mayores reducciones con un decrecimiento porcentual del 93 %.

DISCUSION Análisis de suelos Los suelos de bosque secundario son suelos poco intervenidos ya que mantienen características propias de coberturas boscosas de alta montaña tal como son bajo contenido de nutrientes (principalmente fósforo), pH extremadamente ácido, mediana a alta saturación de acidez intercambiable, baja cantidad de bases de cambio y carbono orgánico altos (Alarcón et al., 2002; Malagón-Castro, 2002; Rangel-Ch, 2002; Ramírez, 2011). Los suelos cultivados con papa presentaron cambios debido al uso agrícola como aumento del pH, disminución del aluminio intercambiable y aumento de cationes de cambio debido a los periodos de encalamiento a los que fueron sometidos (De Jonge y De Jonge, 1999; Melgarejo, 2008). Los incrementos en las concentraciones de nutrientes como el potasio, y en forma excesiva del fosforo, se deben al uso de fertilizantes químicos fosfóricos como NPK 10:20:20 o NPK 10:30:10, durante las temporadas de siembra y cosecha del cultivo, hecho que provoca la acumulación de fósforo en el suelo en formas insolubles (Taboada et al., 1999; Rincón et al., 2003). Las características diferenciales presentadas por los dos suelos condicionan el destino del glifosato y su disponibilidad para los microorganismos edáficos. De acuerdo con algunas investigaciones un pH fuertemente acido, bajos contenidos de fósforo disponible, presencia de aluminio soluble, contenidos adecuados de materia orgánica y altos de hierro, como los presentados por los suelos de bosque secundario (tabla I), favorecen la adsorción del herbicida a la materia orgánica a través del grupo fosfonato, minerales de arcilla e hidróxidos amorfos de hierro y aluminio del suelo (Lane, 2011; Rafiei-Keshteli et al., 2011). Así, quedando un pequeño porcentaje en la solución del suelo disponible para los microorganismos, los que tienen la maquinaria enzimática adecuada para utilizarlo como fuente de nutrientes (Kremer y Means, 2009; Laitinen, 2009; Lane, 2011; Helander et al., 2012). A diferencia de los suelos de bosque, en los de cultivo de papa, el porcentaje de glifosato en la solución del suelo debió ser mayor por el alto contenido de fósforo disponible y el pH (tabla I) que disminuyen la sorción del herbicida a los coloides del suelo (Laitinen, 2009; Rafiei-Keshteli et al., 2011; Helander et al., 2012). Incrementos en el pH reducen la adsorción del glifosato porque el herbicida produce más cargas negativas del mismo modo que los minerales de arcilla, óxido de aluminio y hierro, así que Rp es repelido de estas superficies (Habtemichael, 2009; Rafiei-Keshteli et al., 2011). Estudios han observado desorción de glifosato de la matriz del suelo por adición de fosfato que compite por lo sitios de unión desplazándolo, quedando un mayor porcentaje en la solución del suelo, disponible para que los microorganismos lo degraden (Haney et al., 2002; 5

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Habtemichael, 2009; Kremer y Means, 2009; Figueroa et al., 2010; Rafiei-Keshteli et al., 2011; Helander et al., 2012). Además, la alta concentración de fósforo disponible en los suelos cultivados con papa (tabla I) podrían afectar a las bacterias solubilizadoras de fosfato (Chen et al., 2006; Mehrvarz et al., 2008). Mehrvarz et al. (2008) encontraron estimulación del desarrollo y producción de cebada por la inoculación con una bacteria solubilizadora de fosfato, Pseudomonas putida, cuando las concentraciones de fósforo en el suelo eran adecuadas mientras que sucedía lo contrario cuando dichas concentraciones eran excesivas.

Efecto del glifosato sobre las comunidades microbianas solubilizadoras de fosfato La microbiota solubilizadora de fosfato presentó respuestas diferenciales al glifosato según el tipo de suelo y la concentración del herbicida. Las poblaciones bacterianas provenientes del suelo de bosque mostraron un incremento mayor a las 48 h que las del cultivo de papa con historial de aplicaciones de Rp. Estos resultados concuerdan con lo encontrado por Bórtoli et al. (2012), quienes observaron incremento en el número ufc a medida que aumentaba la concentración de glifosato. Estos autores comunicaron un mayor aumento en las poblaciones provenientes de un suelo franco arenoso, sin aplicación de agroquímicos en el último año, en comparación con un suelo franco, con aplicaciones recientes de herbicidas, incluyendo glifosato. El aumento poblacional que se observó en ambos suelos, en las primeras 48 horas, se podría atribuir a la capacidad enzimática de estos microorganismos para utilizar el glifosato. Se ha encontrado una relación directa entre el incremento de las poblaciones bacterianas durante la primera semana de aplicación de glifosato y una rápida mineralización del compuesto en ese periodo de tiempo, principalmente en sistemas poco intervenidos como bosques secundarios y rastrojos (Figueroa et al., 2010; Bórtoli et al., 2012). La utilización bacteriana del glifosato como fuente de carbono, nitrógeno y/o fósforo ha sido comprobada por varios investigadores (Lancaster et al., 2006; Moneke et al., 2010; Partoazar et al., 2011; Bórtoli et al., 2012; Martínez-Nieto et al., 2012). Las características fisicoquímicas de cada suelo también influyeron en las respuestas diferenciales de las bacterias a la adición de glifosato en las primeras 48 h. Entre los factores que probablemente más influyeron se encuentra la concentración de fósforo disponible (Laitinen, 2009; Lane, 2011; Rafiei-Keshteli et al., 2011; Helander et al., 2012), presentando un mayor valor en los suelos cultivados con papa (134,9 mg Kg -1) en comparación con los suelos de bosque secundario (17,9 mg Kg-1) (tabla I), donde este nutriente es deficiente. De acuerdo con Helander et al. (2012) en los bosques boreales donde el fósforo disponible es un nutriente limitante, los microorganismos degradan rápidamente el glifosato para obtener fósforo para su crecimiento, a diferencia de los suelos cultivables donde el contenido de fósforo puede ser elevado por adición de fertilizantes fosfóricos. Sin embargo, como se ha comentado anteriormente, la disponibilidad del glifosato como fuente de nutrientes para los microorganismos edáficos en la solución del suelo depende de la adsorción de este herbicida a los coloides del suelo, la cual está determinada, además de por la concentración de fósforo disponible, por el pH, por el contenido de materia orgánica, aluminio y hierro (Sørensen et al., 2006; Cuervo, 2007; Jabbar et al., 2008; Laitinen, 2009; Santos et al., 2009; Bergström et al., 2011; Lane, 2011; Rafiei-Keshteli et al., 2011; Helander et al., 2012). Por tanto, el comportamiento de las bacterias solubilizadoras de fosfato en los suelos de bosque alto andino también estaría ligado a una mayor adsorción, en comparación con los suelos cultivados con papa. Esto conduce a que los microorganismos utilicen las bajas concentraciones de glifosato soluble, incrementando sus poblaciones rápidamente en suelos con estas características (tabla I) (Kremer y Means, 2009; Laitinen, 2009; Lane, 2011; Rafiei-Keshteli et al., 2011; Helander et al., 2012). Sin embargo, las ufc registradas a los 8 días de la aspersión, disminuyeron en ambos suelos (figuras 2 y 4), con la excepción de los suelos testigo de bosque, que siguieron aumentando. Los suelos testigo provenientes del cultivo de papa, presentaron un ligero aumento de los microorganismos solubilizadores de fósforo, a los 15 días. Las disminuciones a lo largo de los muestreos, en general, fueron dependientes de la concentración de glifosato. Otros factores que posiblemente contribuyeron a ocasionar esta disminución son el agotamiento de nutrientes disponibles, el pH del suelo (Shen et al., 2011; Massenssini et al., 2012; Walpola et al., 2013), o algún nivel de toxicidad por exposición al glifosato, sus metabolitos o coadyudantes (Lancaster et 6

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al., 2006; Massenssini et al., 2008; Habtemichael, 2009; Ahemad y Khan, 2010 y 2011; Lane, 2011; Bórtoli et al., 2012; Helander et al., 2012). Como ya se dijo, el glifosato en la solución del suelo provee nutrientes para las bacterias heterótrofas que poseen la maquinaria enzimática para utilizarlo como sustrato y, cuando éste se agota, atacan el glifosato que se encuentra adsorbido a los coloides del suelo disminuyendo las tasas de degradación del compuesto debido a una menor población microbiana (Lane, 2011; Partoazar et al., 2011; Bórtoli et al., 2012). Mientras unos microorganismos son estimulados (o no afectados) por el herbicida, otros muestran reducción en sus poblaciones y en la actividad de solubilización de fósforo, dependiendo del tipo de suelo y de la formulación comercial de glifosato utilizada (Massenssini et al., 2008; Reis et al., 2009; Ahemad y Khan, 2010 y 2011). Las poblaciones que solubilizaron fósforo inorgánico en los suelos de bosque secundario así como presentaron los más altos incrementos a las 48 horas en comparación con el cultivo de papa también mostraron mayores disminuciones en los recuentos a los 8 días de evaluación. Estos resultados concuerdan con los encontrados en suelos con fuerte adsorción de glifosato por varios investigadores, quienes observaron que las poblaciones bacterianas se incrementaban rápidamente utilizando dosis reducidas del herbicida en la solución del suelo. (Kremer y Means, 2009; Laitinen, 2009; Lane, 2011; Helander et al., 2012). Estos autores encontraron una respuesta mayor en suelos donde el fósforo era un nutriente limitante pero, cuando el glifosato se agotaba, las poblaciones heterótrofas disminuían drásticamente y el ataque al herbicida unido a los coloides del suelo, se hacía de manera más lenta. En los suelos cultivados con papa, la menor respuesta a la aplicación glifosato en comparación con los suelos de bosque puede estar dada por el historial de aplicaciones frecuentes de glifosato, los métodos culturales empleados, las características fisicoquímicas de los suelos y uso reiterado de fertilizantes fosfóricos químicos que se manifiesta en la alta concentración de fósforo disponible (tabla I). Esta situación puede afectar a las bacterias solubilizadoras de fosfato tanto en el nivel poblacional como en sus actividades enzimáticas de solubilización de fósforo y promoción del crecimiento vegetal (Chen et al., 2006; Massenssini et al., 2008; Mehrvarz et al., 2008; Reis et al., 2009; Ahemad y Khan, 2010 y 2011; Figueroa et al., 2010; Safari-Sinegani y Sedri, 2011; Bórtoli et al., 2012). A diferencia de los suelos de bosque, en los cultivados con papa debió haber una mayor concentración de glifosato soluble debido a la menor adsorción a los coloides del suelo y por tanto mayor disponibilidad del herbicida para los microorganismos solubilizadores de fosfato; sin embargo, sus poblaciones no se incrementaron como las poblaciones en los suelos de bosque secundario debido, posiblemente, a las prácticas culturales utilizadas en la zona que incluyen el uso frecuente de fertilizantes químicos fosfóricos y herbicidas como el glifosato. Los primeros pueden interactuar negativamente con poblaciones microbianas solubilizadoras de fosfato, y las aplicaciones regulares de glifosato conducen a disminución de la capacidad de degradación del compuesto por poblaciones bacterianas (Mehrvarz et al., 2008; Figueroa et al., 2010; Bórtoli et al., 2012; Safari-Sinegani y Sedri, 2011). La presencia y concentración de glifosato en los suelos de cultivo de papa afectaron a las poblaciones microbianas solubilizadoras de fosfato hasta los 15 días de evaluación donde las reducciones en el número ufc fueron dependientes de las concentraciones de glifosato (r=-0,82). Por el contrario, en el suelo de bosque, las disminuciones microbianas, al final del experimento, no se relacionaron con las dosis de glifosato (r=-0,08). Existen evidencias que la exposición prolongada al herbicida afecta la calidad y composición estructural biológica en los suelos (Ahemad y Khan, 2010; Lane, 2011).

CONCLUSIONES Al igual que en otras investigaciones (Martínez-Nieto et al., 2011; Partoazar et al., 2011; Bórtoli et al., 2012), en este estudio se encontró que el efecto del glifosato sobre las poblaciones microbianas solubilizadoras de fosfato en el ecosistema alto andino fue dependiente de las características fisicoquímicas de los suelos muestreados y de las dosis de glifosato empleadas. Estos resultados sugieren la necesidad de seguir investigando en otros ecosistemas colombianos y con otros grupos funcionales microbianos importantes en la transformación de nutrientes, flujo de energía, calidad de suelos y funcionamiento de los ecosistemas. 7

• Patricia Martínez-Nieto - Catherine Correa-Torres - Jorge Robles-Camargo - Mauricio Valderrama-Barco •

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TABLAS

Tabla I. Análisis fisicoquímicos de suelos muestreados en las áreas de bosque y cultivo de papa pertenecientes al ecosistema Alto Andino.

Análisis

Unidad

Textura pH Materia orgánica

%

Nitrógeno

%

Ecosistema Alto andino Bosque secundario

Cultivo de papa

Franco arcilloso

Franco arcilloso

4,9

5,8

14,7

7,3

0,735

0,365

mg Kg

-1

17,9

134,9

Azufre

mg Kg

-1

4,3

4,3

Aluminio (Al)

cmol Kg-1

0,28

0,00

Fósforo

Al+ H Saturación Al

cmol Kg

-1

%

0,79

0,19

2

0

Calcio

cmol Kg

-1

6,38

8,92

Magnesio

cmol Kg-1

3,84

3,84

Potasio

cmol Kg

-1

0,77

1,69

Sodio

cmol Kg-1

0,08

0,17

11,86

14,82

CIC

cmol Kg

CE

dS m-1

-1

0,51

2,09

Hierro

mg Kg

-1

698

309

Cobre

mg Kg-1

1,2

1,7

-1

19

7,7

4

3,5

0,09

0,09

Manganeso

mg Kg

Zinc

mg Kg-1

Boro

-1

mg Kg

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LISTA FIGURAS

Figura 1. Zonas escogidas dentro del ecosistema Alto andino para el muestreo de suelos en el municipio de Fúquene. A. Cultivo de papa. B. Bosque secundario

P=2,9x10-20. Los datos representan los promedios de las tres replicas. Las letras indican los niveles de la prueba de rango múltiple de Duncan, donde letras iguales indican promedios estadísticamente iguales. El primer nivel está representado por la letra a. Figura 2. Poblaciones microbianas de solubilizadores de fosfato en suelos de bosque secundario asperjados y sin aspersión de glifosato durante 15 días de evaluación.

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Figura 3. Crecimiento de bacterias solubilizadoras de fosfato sobre agar SRS a partir de los suelos con y sin aspersión de glifosato de bosque Altoandino durante los 15 días de evaluación.

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P= 4 x10-18. Los datos representan los promedios de las tres replicas. Las letras indican los niveles de la prueba de rango múltiple de Duncan, donde letras iguales indican promedios estadísticamente iguales. El primer nivel está representado por la letra a.

Figura 4. Respuesta de las poblaciones microbianas solubilizadoras de fosfato a la aspersión con glifosato en suelos dedicados al cultivo de papa en el municipio de Fúquene durante 15 días de evaluación.

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