Efecto del porcentaje de retención de agua en la degradación de urea en suelos con distinto contenido de carbono orgánico

Abstract

El contenido hídrico afecta la actividad ureásica y nitrificante en los suelos, por ende influye en los cambios de pH y potencial de óxido reducción. Dentro de las etapas del ciclo del nitrógeno en el suelo, la degradación de urea corresponde a la mineralización de nitrógeno orgánico mediante la actividad de la enzima ureasa de origen microbiano y sus principales productos de degradación son amonio (NH4 +) y posteriormente nitrato (NO3 -). En este trabajo se estudió el efecto de la capacidad de retención de agua (CRA) sobre las curvas de saturación de ureasa y las curvas de progreso de amonio y nitrato en condiciones de saturación por sustrato mediante ensayos con microcosmos con dos suelos de la Zona Central de Chile que difieren en su contenido de carbono orgánico (CO): suelo de la localidad Alhué (Región del Libertador General Bernardo O’Higgins) con bajo CO y suelo del Campus Antumapu (Región Metropolitana) con alto CO. Se construyeron microcosmos al 60 y 100 % de la CRA de cada suelo y se incubaron con distintas concentraciones de urea hasta por 24 horas para determinar la concentración de saturación de la enzima. Para la curva de progreso se incubaron los microcosmos en condiciones de saturación por sustrato en las mismas condiciones anteriores por 16 días. Para el análisis estadístico se utilizó el coeficiente de Correlación de Pearson y Análisis de varianza (ANOVA) de dos vías, con intervalos de confianza superiores al 95 %. Los resultados de las curvas de saturación de ureasa mostraron que en ambos suelos al 100 % de la CRA disminuye la velocidad máxima (Vmáx) y la concentración de semisaturación ([S]0,5). Esto se explica porque a una mayor CRA, la menor concentración de O2 limita los procesos metabólicos de los microorganismos capaces de degradar urea (aeróbicos). La actividad ureásica es mayor en el suelo Antumapu debido a que un mayor contenido de CO se asocia a una mayor capacidad para retener microorganismos capaces de degradar urea. De acuerdo al ANOVA de dos vías hay diferencias estadísticamente significativas entre las curvas de saturación para ambos suelos. En el suelo Alhué el factor tratamiento (CRA) fue el causante de la mayor parte de la varianza total (43,73 %) junto con el factor concentración (43,01 %), mientras que en el caso del suelo Antumapu la mayor parte de la varianza total proviene del factor concentración (51,37 %), seguido del factor tratamiento (35, 41 %). En las curvas de progreso se evaluó el efecto de la CRA sobre los parámetros edáficos del suelo (potencial de óxido reducción, pH, contenido de amonio, contenido de nitrato). El ANOVA de dos vías muestra que el factor tiempo dio cuenta de la mayor parte de la varianza total en el x potencial de óxido reducción (67,14 y 96,45 % para Antumapu y Alhué respectivamente), pH (91,34 y 96,57 %), contenido de amonio (94,41 y 97,95 %) y contenido de nitrato (69,03 y 87,10 %). Respecto a las curvas de progreso del contenido de amonio, hubo diferencias estadísticamente significativas para Antumapu, a diferencia de los factores tratamiento e interacción en Alhué. En cuanto a la actividad nitrificante, esta fue baja comparada a la ureásica, probablemente a causa de los efectos inhibitorios de la concentración de amonio junto al alto pH del suelo. Además, los resultados del ANOVA de dos vías indican que los factores tratamiento (14,08 y 1,70%, para Antumapu y Alhué respectivamente) e interacción (15,80 y 10,34 %) tuvieron mayor aporte a la varianza total comparado a lo ocurrido con el contenido de amonio. Las bacterias oxidadoras de amonio y las bacterias oxidadoras de nitrito son estrictamente aeróbicas, por lo que es esperable que sean susceptibles a los tratamientos al 100 % de la CRA, debido a una menor concentración de O2 disponible y su difusión más lenta. En conclusión, el aumento de la actividad ureásica se relaciona principalmente con un mayor contenido de carbono orgánico del suelo y se favorece al 60 % de la CRA. En el caso de la actividad nitrificante, está fuertemente regulada por el efecto combinado del potencial de óxido reducción y pH, junto con el contenido de amonio. No hay claridad respecto al efecto del tratamiento en cada suelo.

The hydric content affects the urease and nitrifying activity in soils, therefore it influences changes in pH and oxidation-reduction potencial. In the steps of the nitrogen cycle in soils, urea degradation corresponds to the mineralization of organic nitrogen through the activity of the urease enzyme of microbial origin and its main degradation products, ammonium (NH4 +) and nitrate (NO3 -). In this work it was studied the effect of water holding capacity (WHC) on urease saturation curves and ammonium and nitrate content progress curves in substrate saturation conditions using microcosms with two soils from the Central Zone of Chile that differ in their organic carbon content (OC): Alhué soil (Libertador General Bernardo O’Higgins region) with low OC and Campus Antumapu soil (Metropolitana region) with high OC. Microcosms were made with 60 and 100% WHC for each soil and they were incubated with different urea concentrations up to 24 hours to establish the enzyme saturation concentration. For the progress curve, microcosms were incubated in substrate saturation conditions at the same previous conditions for 16 hours. Statistical analysis included Pearson correlation coeficient and two way Analysis of Variance (ANOVA), with confidence interval higher than 95 %. Urease saturation curve results show that both soils at 100% WHC decreasing their maximal velocity (Vmáx) and semi-saturation concentration ([S]0,5). This is explained because at a higher WHC, the lower concentration of O2 limits metabolic processes of microorganisms able to degrade urea (aerobic). The urease activity is higher in Antumapu soil, due to a higher OC that it is associated to a higher capacity to retain microorganisms capable to degrade urea. According to the two-way ANOVA there are statistically significant differences between saturation curves in both soils. In Alhue soil the treatment factor (WHC) was the cause of the major part of total variance (43.73%) together with the concentration factor (43.01%), while in Antumapu soil the major part of total variance comes from concentration factor (51.37%), followed by treatment factor (35.41%). In progress curves was evaluated the effect of WHC on edaphic parameters of soils (oxidation-reduction potential, pH, ammonium content, nitrate content). The two-way ANOVA shows that time factor gave account for the most of total variance on the oxidation-reduction potential (67.14 and 96.45 % for Antumapu and Alhué respectively), pH (91.34 and 96.57 %), ammonium content (94.41 and 97.95 %) and nitrate content (69.03 and 87.10 %). xii According the ammonium content in progress curves, there are statistically significant differences for Antumapu soil, unlike the treatment and interaction factors in Alhué. The nitrifying activity was lower than ureasic, probably due to ammonium content inhibition effect and a high soil pH. In addition to, the two-way ANOVA shows that treatment factor (14,08 y 1,70%, Antumapu and Alhué respectively) and interaction (15,80 and 10,34 %) had major contribution to total variance than in ammonium content. The ammonium oxidizing bacteria and nitrite oxidizing bacteria (responsible of nitrifying activity) are obligated aerobioc, so it’s expected that shows a sensitive behavior at 100 % WHC traeatments, due to lower O2 concentration and slower diffusion. In conclusion, an increase in urease activity it’s related to a higher OC content principally and it’s favored at 60 WHC treatments. The nitrifying activity is highly regulated by the combinated effect of oxidation reduction potential-pH, together with the ammonium content. There isn’t a clear answer to the WHC retention effect in treated soils.