Análisis del impacto de los métodos de finalización de un cultivo de cobertura (Avena sativa L.) sobre comunidades microbianas rizosféricas

Abstract

La siembra directa (SD) con rotación de cultivos surgió como respuesta a los problemas de degradación de suelos ocasionados por la intensificación agrícola. En este sistema los cultivos de cobertura invernales (CCI) se utilizan para complementar los efectos de la SD durante la época de barbecho, por los múltiples servicios ecosistémicos que proveen al agroecosistema. Si bien se han demostrado efectos positivos de los CCI sobre las propiedades físico-químicas del suelo, se conoce relativamente poco sobre las respuestas del microbioma de suelo y plantas ante la introducción de CCI y manejos asociados. En particular, el crecimiento de los CCI se finaliza con aplicación de herbicidas o labores mecánicas antes de la siembra del cultivo de cosecha. Estas prácticas producen un efecto sobre el metabolismo de las plantas que se refleja en la exudación radical e incide sobre las interacciones entre planta y microorganismos. Los CCI pueden actuar como “puentes verdes”, es decir como hospedadores de microorganismos benéficos o patógenos que colonizarán al cultivo de cosecha sucesor. Por lo tanto, la hipótesis planteada en la tesis fue que los métodos utilizados para finalizar los CCI afectan el microbioma rizosférico al modificar el tipo y la cantidad de exudados radicales, lo que podría incidir a su vez sobre el microbioma rizosférico del cultivo sucesor y el desarrollo del mismo. Los objetivos específicos fueron: 1) evaluar el efecto combinado de la fertilización con nitrógeno (N) y el método de finalización de avena (Avena sativa L.) como CCI, sobre la composición de los exudados radicales de avena, la estructura de la microbiota en general y la abundancia de las poblaciones responsables del ciclo del N y degradadoras de fosfonatos, en un ensayo en invernáculo; 2) analizar el impacto de la introducción del CCI y el método de finalización del mismo, previo a la siembra de girasol (Helianthus annuus L.) en la rotación, sobre los indicadores mencionados anteriormente; 3) como así también la performance de girasol y la estructura de la comunidad bacteriana de su rizosfera en un ensayo a campo durante dos campañas agrícolas. Se observó que los métodos de finalización modificaron el perfil de exudación de la avena, no así la fertilización con N. Las bacterias oxidantes del amoníaco no respondieron a la fertilización con N en el tratamiento con glifosato (DQ) mientras que las arqueas oxidantes del amoníaco fueron más abundantes en la rizosfera de plantas cortadas (CM), independientemente del tratamiento de fertilización. El tratamiento DQ redujo la abundancia de Curvibacter en la rizosfera del CCI mientras que favoreció a miembros de la familia Verrucomicrobiaceae tanto en invernáculo como en campo. Ambos métodos de finalización utilizados sobre el CCI a campo (DQ y rolado, R) redujeron la abundancia de Novosphingobium en la rizosfera de avena y así como en la de girasol, mientras que R afectó negativamente los parámetros de crecimiento del girasol. Esta información podría contribuir a generar estrategias de manejo más sustentable para los CCI.

Crop rotations deploying no-till (NT) systems emerged in response to soil degradation problems caused by agricultural intensification. Winter cover crops (WCC) are introduced to complement the effects of NT during the fallow season due to the multiple ecosystem services they can provide. Although WCCs have demonstrated positive effects on soil properties, relatively little is known about the responses of the soil and plant microbiomes to the introduction of WCC and their associated management. The termination of the WCC growth is required to allow planting of the cash crop and includes both mechanical (e.g., rolling or cut) and chemical methods. These termination methods affect the plant metabolism, resulting in variations in root exudation amount and composition, modifying interactions between plants and microorganisms. These rhizospheric microorganisms affect plant growth, development, nutrient uptake, and pathogen resistance. Furthermore, WCC can act as "green bridges" for beneficial or pathogenic microorganisms that may carry over to the next crop in the rotation. Therefore, I hypothesized that due to their described effects on rhizodeposition, WCC termination methods alter the rhizospheric microbiome of the WCC, potentially influencing the growth and development of the next crop and its rhizospheric microbiome as well. The specific objectives were to evaluate the combined effect of fertilization with nitrogen (N) and termination method of a WCC of oats (Avena sativa L.), on 1) the composition of root exudates of oat, the structure of the microbiota in general, and the abundance of the microbial populations responsible for the N cycle and phosphonate degraders; 2) the impact on the microbiota before planting the next crop in the rotation, sunflower (Helianthus annuus L.), as well as 3) the performance of sunflower and the structure of the rhizospheric bacterial community. Objective 1 was conducted in the greenhouse, while objectives 2 and 3 had a field setting over two successive growing seasons (2018 and 2019). The study showed that termination methods (DQ, chemical suppression; CM, mechanical cut; R mechanical rolled) changed the root exudation profile of oat, but N fertilization did not. Ammonia- oxidizing bacteria did not respond to N fertilization in the glyphosate (DQ) treatment, while ammonia- oxidizing archaea were more abundant in the rhizosphere of cut plants (CM), regardless of the fertilization treatment. The abundance of Curvibacter was reduced in the rhizosphere of DQ plants, while members of the Verrucomicrobiaceae family increased in the greenhouse and field assay under the same treatment. Termination with DQ or R reduced the abundance of Novosphingobium in the rhizosphere of both oat and sunflower. In addition, the suppression of oats' growth with R, negatively affected the growth parameters of sunflower. This information could contribute to generating more sustainable management strategies for WCC.