La ganadería extensiva basada en libre pastoreo en Latinoamérica representa una importante pieza del sector agrícola, la producción de alimentos y la economía de la región, pero así mismo, una de las principales fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) (Arango et al., 2020). Los forrajes tropicales perennes del género Urochloa (Syn. Brachiaria) suponen un alto porcentaje de la superficie dedicada a pastos en varios países de Latinoamérica además de creciente uso como cultivo de cobertura (Baptistella et al., 2020), lo que hace fundamental un manejo eficiente de los mismos a fin de reducir las emisiones de GEI de este sector.
En algunos genotipos de la especie Urochloa humidicola (Rendle) Schweick (Poaceae) (Syn. Brachiaria humidicola) se ha observado un fenómeno llamado inhibición biológica de la nitrificación (IBN) (Subbarao et al., 2009). Un compuesto exudado por las raíces de estas plantas llamado Brachialactone se ha demostrado capaz de bloquear el proceso de nitrificación (la oxidación del relativamente móvil amonio [NH4+] al móvil nitrato [NO3–]) en el suelo. Esta IBN se ha demostrado capaz de reducir las tasas netas de nitrificación en el suelo y las emisiones de N2O, un potente gas de efecto invernadero, derivadas de la aplicación de fertilizantes o de la deposición de orina del ganado (Byrnes et al., 2017; Subbarao et al., 2009) lo que reduce el impacto ambiente de la ganadería. Este fenómeno también ha sido reportado en diferentes genotipos de la pastura Megathyrsus maximus, que al igual que Urochloa, es bastante utilizada en los trópicos (Villegas et al., 2020).
A pesar de la gran cantidad de estudios publicados en los últimos años acerca del fenómeno IBN y su potencial para reducir las emisiones de N2O e incrementar la eficiencia en el uso de nitrógeno (N) tanto en forrajes de Urochloa y Megathyrsus como en otros cultivos de gran interés como el trigo, el arroz o el sorgo (Subbarao et al., 2015), hasta la publicación del presente estudio, ningún otro había evaluado el efecto del IBN sobre las tasas de nitrificación bruta. Estudios previos han evaluado caracterizado la capacidad IBN de diferentes genotipos de Urochloa basados en las tasas netas de nitrificación (Nuñez et al., 2018; Subbarao et al., 2009) [Ver figura 1].
La nitrificación neta es el balance entre la producción bruta de NO3– y el consumo bruto de NO3–, lo cual incluye más mecanismos además de la sola inhibición de la nitrificación debida al efecto IBN, puesto que tanto diferentes tasas de amonificación o de inmovilizaciíon de N inorgánico podráin estar afectando la nitrificación neta. Por tanto, la evaluación de las tasas brutas de transformación de N, incluyendo la amonificación bruta de N, la nitrificación bruta y la inmovilización de N, permiten mejorar el entendimiento del impacto de Urochloa con contrastada capacidad IBN sobre el ciclo del N en el suelo.
En un estudio recientemente publicado (Vázquez et al., 2020), hemos evaluado el impacto sobre las transformaciones brutas de N de varios genotipos de Urochloa con contrastante capacidad IBN ubicados en dos parcelas experimentales localizadas en Colombia. Las tasas brutas de transformación de N se llevaron a cabo utilizando el método de “dilución isotópica de 15N”, el cual permite diferenciar entre la amonificación bruta de N (la liberación de NH4+ de la materia orgánica del suelo), la nitrificación bruta (la oxidación de NH4+ a NO3–) y la inmovilización heterotrófica de NH4+y NO3–. De acuerdo a nuestra hipótesis, los genotipos de Urochloa caracterizados previamente por una alta capacidad IBN deberían mostrar una menor tasa de nitrificación bruta debido a la presencia de brachialactone que inhibe la nitrificación.
Contrariamente a lo esparado, nuestros resultados no mostraron una menor nitrificación bruta en los genotipos de alto IBN en comparación con aquellos de bajo IBN. La falta de diferencias tal vez pudo deberse a una limitación de NH4+ que sirviesen como sustrato para la nitrificación, ya que los suelos no fueron fertilizados con N previamente al ensayo. Futuros ensayos debería evaluar las tasas de nitrificación bruta tras la fertilización del suelo con el objetivo de confirmar esta hipótesis.
Sin embargo, sí observamos una mayor inmovilización de N inorgánico en varios genotipos clasificados como alto IBN (CIAT-16888 y CIAT-1149), mientras que otros mostraron una amonificación bruta relativamente baja (CIAT 679). Ambos mecanismos pueden igualmente explicar la menor nitrificación neta y acumulación de NO3– generalmente descrita bajo esos genotipos y también medida en nuestro estudio.
Nuestros resultados, por tanto, indicaron que el fenómeno IBN largamente descrito no sólo consiste en una simple inhibición de la nitrificación, sino que los genotipos de IBN caracterizados por su alta capacidad IBN generan suelos con bajos contenidos en NO3– mediante varios mecanismos, tales como una mayor inmovilización de N inorgánico por la biomasa microbiana. La inmovilización de N inorgánico por la biomasa microbiana actúa como un reservorio temporal de N hasta su remineralización, cuando vuelve a forma inorgánica y está disponible nuevamente para plantas y otros microorganismos (Kuzyakov and Xu, 2013) [Ver Figura 1]. De esta manera, una mayor inmovlización de N inorgánico reduce las pérdidas de N del suelo.
En su conjunto, los resultados obtenidos, junto con estudios previos, muestran cómo determinados genotipos de Urochloa están adaptados a ecostemas pobres en N como los suelos de las sabanas tropicales, lo que les hace disponer de diversos mecanismos capaces de reducir las pérdidas de N y aumentar la eficiencia de su uso. Por lo tanto, esfuerzos científicos deben realizarse en la búsqueda de genotipos o híbridos de Urochloa y Megathyrsus capaces de aunar a la vez reducidas pérdidas de N con alta productividad y buena calidad forrajera. Así mismo, desde las instituciones, diferentes programas deberían desarrollarse a fin de promover aquellos pastos forrajeros más respetuosos con el medio ambiente y reducir, así, el impacto ambiental del sector ganadero en Latinoamérica.
Arango, J., Ruden, A., Martinez-Baron, D., Loboguerrero, A.M., Berndt, A., Chacón, M., Torres, C.F., Oyhantcabal, W., Gomez, C.A., Ricci, P., Ku-Vera, J., Burkart, S., Moorby, J.M., Chirinda, N., 2020. Ambition Meets Reality: Achieving GHG Emission Reduction Targets in the Livestock Sector of Latin America. Front. Sustain. Food Syst. https://doi.org/10.3389/fsufs.2020.00065
Baptistella, J.L.C., de Andrade, S.A.L., Favarin, J.L., Mazzafera, P., 2020. Urochloa in Tropical Agroecosystems. Front. Sustain. Food Syst. https://doi.org/10.3389/fsufs.2020.00119
Byrnes, R.C., Nùñez, J., Arenas, L., Rao, I., Trujillo, C., Alvarez, C., Arango, J., Rasche, F., Chirinda, N., 2017. Biological nitrification inhibition by Brachiaria grasses mitigates soil nitrous oxide emissions from bovine urine patches. Soil Biol. Biochem. 107, 156–163. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2016.12.029
Kuzyakov, Y., Xu, X., 2013. Competition between roots and microorganisms for nitrogen: Mechanisms and ecological relevance. New Phytol. 198, 656–669. https://doi.org/10.1111/nph.12235
Nuñez, J., Arevalo, A., Karwat, H., Egenolf, K., Miles, J., Chirinda, N., Cadisch, G., Rasche, F., Rao, I., Subbarao, G., Arango, J., 2018. Biological nitrification inhibition activity in a soil-grown biparental population of the forage grass, Brachiaria humidicola. Plant Soil 426, 401–411. https://doi.org/10.1007/s11104-018-3626-5
Subbarao, G. V, Nakahara, K., Hurtado, M.P., Ono, H., Moreta, D.E., Salcedo, A.F., Yoshihashi, A.T., Ishikawa, T., Ishitani, M., Ohnishi-Kameyama, M., Yoshida, M., Rondon, M., Rao, I.M., Lascano, C.E., Berry, W.L., Ito, O., 2009. Evidence for biological nitrification inhibition in Brachiaria pastures. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 106, 17302–7. https://doi.org/10.1073/pnas.0903694106
Vázquez, E., Teutscherova, N., Dannenmann, M., Töchterle, P., Butterbach-Bahl, K., Pulleman, M., Arango, J., 2020. Gross nitrogen transformations in tropical pasture soils as affected by Urochloa genotypes differing in biological nitrification inhibition (BNI) capacity. Soil Biol. Biochem. https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.108058
Villegas, D., Arevalo, A., Nuñez, J., Mazabel, J., Subbarao, G., Rao, I., De Vega, J., Arango, J., 2020. Biological Nitrification Inhibition (BNI): Phenotyping of a Core Germplasm Collection of the Tropical Forage Grass Megathyrsus maximus Under Greenhouse Conditions. Front. Plant Sci. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.00820
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