DETERMINACIÓN DE BIOMASA MICROBIANA EN SUELOS DE MANGLAR

Transcripción

1 DETERMINACIÓN DE BIOMASA MICROBIANA EN SUELOS DE MANGLAR Elizabeth GONZÁLEZ-TERREROS 1, Carmela SÁNCHEZ-GARCÍA 1, Nieves TRUJILLO-TAPIA 1, Judith AMADOR-HERNÁNDEZ 1, Luc DENDOOVEN 2 y Eustacio RAMÍREZ-FUENTES 1 1 Universidad del Mar, Campus Puerto Ángel. Ciudad Universitaria s/n. Distrito de San Pedro Pochutla. C.P , Oaxaca, México. 2 Laboratorio de Ecología del Suelo, Departamento de Biotecnología y Bioingeniería, CINVESTAV, Av. Politécnico Nacional 2508, C.P. 0700, San Pedro Zacatenco, México D.F. Correspondencia. Tel.: ext. 115; fax: eustacio@angel.umar.mx Palabras clave: carbono, conservación, fumigación-extracción, ecosistema perturbado. RESUMEN Los manglares son ecosistemas costeros que proveen un amplio rango de servicios ecológicos, albergan una gran diversidad de especies de organismos, además, sirven como protección de la zona costera contra huracanes e inundaciones, por ello la importancia de su conservación y preservación. En el presente trabajo el objetivo general fue: cuantificar la biomasa microbiana en el suelo de La Ventanilla (manglar perturbado) y Los Naranjos (manglar no perturbado). Se analizaron los suelos de ambos sitios en dos épocas: secas y lluvias. Existieron diferencias en las características físico-químicas entre los dos sitios y en algunas características entre épocas para el mismo (sitio) suelo de manglar. En cuanto a la producción de CO 2, durante la época de secas no hubo diferencias significativas entre los dos sitios, pero en la época de lluvias Los Naranjos presentaron una concentración mayor (65 mg de C/Kg suelo seco*día) con respecto a La Ventanilla. La cantidad de C y N de la biomasa microbiana y la relación Cmic/Corg, se determinaron mediante el método de fumigación-extracción encontrándose valores mayores en el manglar de La Ventanilla. De acuerdo a los resultados obtenidos, existen diferencias en la biomasa microbiana, y en las características físico-químicas entre los dos suelos de manglar debido a perturbaciones naturales y antropogénicas. INTRODUCCIÓN Los manglares son el equivalente costero del bosque selvático en tierra. Constituyen un ecosistema insustituible y único, que alberga una gran biodiversidad. Entre sus árboles, ramas y follaje se encuentran muchas especies de aves, reptiles, mamíferos, insectos, plantas epifitas, líquenes, hongos, etc. Los manglares proveen un amplio rango de servicios ecológicos y ambientales que benefician a las comunidades adyacentes a ellos, así como a poblaciones lejanas, (López y Ezcurra, 2002). 1

2 Servicios ecológicos y ambientales: a) La protección de la zona costera contra huracanes e inundaciones. b) La protección contra la reducción de la línea de costa. c) El mantenimiento de la calidad del agua para actividades de acuacultura d) Atractivo eco-turístico y cultural. e) Captura de CO 2 La distribución de los manglares corresponde a la de los bosques tropicales, extendiéndose hacia el norte y sur del Ecuador. Los límites de latitud están determinados por la temperatura y sólo se extienden al norte o al sur (entre los 25 N y 25 S), generalmente en áreas inundadas y drenadas por las mareas (Lugo y Snedaker, 1974). Se estima que el área total de manglares a nivel mundial es de aproximadamente 16,500,000 ha, de los cuales, los manglares de América Latina y el Caribe constituyen, un 35.3 % del área total. (Altenburg, 1990) Los manglares en México se distribuyen en el interior de lagunas costeras y sistemas deltáicos de las costas del Golfo de México y del Océano Pacífico (López y Ezcurra, 2002). El área ocupada por manglares en la Republica Mexicana es de 5300 km 2 a 9300 km 2 (Spalding et al. 1997), lo que implica un ámbito de 0.7% al 0.3% del territorio nacional. La diversidad de los manglares abarca las costas del golfo de México (Veracruz, Tabasco y Campeche) como las del Pacífico (desde Baja Californía Norte, Sonora, Nayarit, Oaxaca hasta Chiapas), (Segura y Ramírez, 1990; Ramírez y Segura, 1994; Montes et al. 1999). Los manglares como muchas otras plantas tienen la capacidad de cambiar las propiedades de los suelos en donde se desarrollan. Desde el punto de vista funcional el suelo es considerado como la región que provee el sustrato que hace posible la vida vegetal y animal. También es en el suelo en donde los microorganismos funcionando como agentes biogeoquímicos llevan a cabo los ciclos que conllevan la mineralización del nitrógeno, azufre, fósforo, carbono orgánico y otros compuestos importantes para el desarrollo y continuidad de los organismos (Alexander, 1980). En el caso particular de los suelos de manglar Von Prhal et al. (1990) clasifican a los suelos de manglar en dos categorías: orgánicos e inorgánicos. Los primeros se mantienen por procesos anaeróbicos y los nutrientes se liberan por la descomposición de la materia orgánica en las zonas aeróbicas, con una continua mineralización y los suelos inorgánicos se caracterizan por ser generalmente ricos en nutrientes, tales como calcio, magnesio y potasio, los cuales son retenidos temporalmente del lavado y se forman por depósitos de limo y arcillas en llanuras aluviales. Los suelos de manglar están expuestos tanto a perturbaciones naturales y antropogénicas, las cuales van a influir en la biomasa y actividad microbiana del suelo. La determinación de la mineralización del C por titulación del CO 2 respirado por los microorganismos del suelo (Alexander, 1980; Jenkinson y Powlson, 1976) se ha utilizado para medir la actividad microbiana (Zibilske, 1994). La estimación del contenido de C y N en la biomasa microbiana generalmente se usan como indicadores de la biomasa viva en el suelo, en investigaciones para comparar la fluctuación temporal de nutrientes en sitios naturales y perturbados (Horwath y Paul, 1994). El objetivo general fue Investigar la actividad microbiana en el suelo 2

3 de dos manglares, La Ventanilla (manglar perturbado) y Los Naranjos (manglar no perturbado). Ante todo, este trabajo pretende aportar información útil para futuros estudios. De esta manera constituye una base que permitirá, conjuntamente con trabajos alternos, abarcar un mejor conocimiento de los suelos de manglar. Así como, contribuir a establecer elementos para preservarlos. MATERIALES Y MÉTODOS Se tomaron muestras compuestas de suelo (8 Kg aproximadamente), de los dos sitios utilizando el método aleatorio (Foster, 1995). Las muestras se tomaron a una profundidad de 0-20 cm. Lo anterior se realizo en la época de secas y lluvias (respectivamente) en un área de aproximadamente 2 Km 2 en ambos sitios. Las muestras compuestas se llevaron al laboratorio, se tamizaron a través de una malla de 2 mm y se ajustaron a una capacidad de retención de agua (CRA) de 50% secando o agregando suficiente agua destilada; las muestras se sometieron a una preincubación (durante 7 días) para acondicionar el suelo y promover la actividad microbiana. Posteriormente las muestras se llevaron a una incubación aeróbica de 28 días en jarras de vidrio que contenían dos viales, uno con 20 ml de NaOH 1M para atrapar el CO 2 generado por la respiración del suelo y el otro con 20 ml de H 2 O destilada para mantener la humedad del suelo. Se tomaron muestras por triplicado los días 0, 7, 14 y 28 de la incubación. Para la determinación de C y N en la biomasa microbiana de las muestras de suelos tomadas a diferentes días de incubación se utilizaron las técnicas de Nitrógeno Reactivo a Ninhidrina (NRN) y Carbono Orgánico soluble Extraíble (COE) mediante el método de Fumigación-Extracción con cloroformo (CH 3 Cl). La técnica consiste en introducir los viales que contienen el suelo húmedo en un desecador, junto con un vial con aproximadamente 25 ml de cloroformo libre de etanol (CH 3 Cl) y mediante una bomba se sometió a vacío, hasta una ebullición vigorosa del cloroformo durante 2 minutos. Las muestras en el desecador se colocaron en la oscuridad a 25 C durante 24 h. Transcurridas las 24 hrs el CH 3 Cl se removió por varias ocasiones, y el suelo se transfirió a otro frasco para su extracción con K 2 SO 4 o.5 M; del filtrado se obtuvo la alícuota para la determinación del carbono orgánico soluble proveniente de biomasa (COE), y el nitrógeno Reactivo-ninhidrina (NRN) (Alef y Nannipieri, 1995). Para el NRN se tomaron 0.75 ml de los extractos tanto de las muestras fumigadas como no fumigadas con K 2 SO 4 y se les agregó buffer de ácido cítrico (1.75 ml) en un tubo de ensayo de 20 ml. El reactivo ninhidrina se adicionó después lentamente (1.25 ml), mezclándose vigorosamente. Los tubos posteriormente se calentaron durante 25 minutos en baño María a ebullición. Después del calentamiento, se le agregó una mezcla etanol-agua (4.5 ml), volviendo a agitar vigorosamente las muestras y fueron leídas a 570 nm en un espectrofotómetro modelo Jenway, marca Genova (Joergensen y Brookes, 1990). La determinación del COE, realizo de la siguiente manera: se tomaron 20 ml de los extractos de muestras fumigadas y no fumigadas y se le agregaron 5 mililitros 3

4 de K 2 Cr 2 O 7 y 15 ml de la mezcla (2:1 v/v) de H 2 SO 4 :H 3 PO 4 en un matraz de 250 ml. La mezcla se sometió a reflujo durante 45 min a 15 libras de presión, se dejaron enfriar y el dicromato de potasio residual se determinó por titulación con sulfato ferroso amoniacal 0.2 N agregando de 6 a 7 gotas de la solución indicadora de orto-fenantrolina con sulfato ferroso (Alef y Nannipieri, 1995). Los cálculos matemáticos y análisis estadísticos se realizaron de la siguiente manera: El carbono de la biomasa fue calculado como: Biomasa- C = 2.64 [(Carbono orgánico extraído con K 2 SO 4 del suelo fumigado) - (carbono orgánico extraído con K 2 SO 4 del suelo no fumigado)] (Vance et al., 1987). El nitrógeno de la biomasa fue calculado como: Biomasa-N = 20.6 [(nitrógeno extraído del K 2 SO 4 por el reactivo ninhidrina del suelo fumigado) - (nitrógeno extraído del K 2 SO 4 por el reactivo ninhidrina del suelo no fumigado)] (Joergensen y Brookes, 1990). Todos los datos de concentraciones de carbono y nitrógeno de biomasa microbiana de los suelos de manglar fueron sometidos a análisis de varianza de una vía (Tukey) para determinar diferencias mínimas significativas entre las dos épocas estacionales, entre zonas del mismo manglar y entre los dos suelos de diferente manglar, utilizando el paquete estadístico SAS (SAS, 1989). Todos los experimentos fueron efectuados por triplicado. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se determinaron las cantidades de C y N en la biomasa microbiana presente en los suelos de manglar de los dos sitios La Ventanilla y Los Naranjos. Se obtuvieron los siguientes resultados: El suelo de La Ventanilla presentó la mayor cantidad de Carbono de biomasa microbiana (C-biomasa microbiana) (Fig. 1), en ambas épocas (2214 y 499 mg de C de biomasa /Kg suelo seco, secas y lluvias respectivamente). Los resultados obtenidos son congruentes con los reportados por Groffman et al. (2001), en donde los suelos de sitios intactos no presentan mayores niveles de biomasa microbiana con respecto a los suelos de sitios perturbados o convertidos. Esto es debido probablemente a que las poblaciones microbianas encontradas en los lugares intactos ya están establecidas y su actividad y cantidad de biomasa microbiana es menor o igual a la que existe en los lugares perturbados. En estos sitios intactos existe un mayor crecimiento tanto de la biomasa microbiana como de vegetación joven, así como una mayor velocidad de degradación de la materia orgánica. 4

5 mg C * kg-1 suelo seco Naranjo lluvias COE Ventanilla sequías Figura 1. C-biomasa microbiana obtenida por carbono orgánico soluble extraíble (COE). Durante épocas de secas y lluvias en suelos de manglar de La Ventanilla y Naranjos, en Oaxaca, México. Las barras arriba representan la varianza. Con respecto al Carbono de biomasa microbiana obtenido a partir de NRN, en la época de secas no se presentaron diferencias significativas (650 y 680 mg de C de biomasa Kg -1 suelo seco para Los Naranjos y La Ventanilla respectivamente), pero fue mayor en la época de lluvias para los suelos de Los Naranjos con respecto a La Ventanilla (742 y 357 mg de C de biomasa Kg -1 suelo seco respectivamente) (Fig. 2) Naranjo Ventanilla 1500 NRN mg C * kg-1 suelo seco lluv sec Figura 2. C-biomasa microbiana obtenida por nitrógeno reactivo a Ninhidrina. Durante épocas de secas (sec) y lluvias (lluv) en suelos de manglar de La Ventanilla y Naranjos, en Oaxaca, México. Las barras arriba representan la varianza. 5

6 Comparando las dos épocas de muestreo, se obtuvo mayor cantidad de biomasa microbiana en la época de secas, debido probablemente a que en la capa superficial del suelo, exista una mayor reproducción de microorganismos aerobios favorecidos en estas condiciones, en comparación con los que proliferan en la época de lluvias. La diferencia encontrada en la cantidad de biomasa microbiana junto con el estudio de las propiedades y características físico-químicas del suelo (datos no mostrados), señalan que existen diferencias entre los dos suelos de manglar debido a las perturbaciones naturales y antropogénicas. AGRADECIMIENTOS Al Programa del Mejoramiento al Profesorado, por el financiamiento otorgado a través del proyecto PROMEP/103.5/04/1376. Al CONACYT por el apoyo económico a la M. en C. Elizabeth González Terreros (Beca #186474). Laboratorio de Ecología del Suelos del departamento de Biotecnología y Bioingeniería del CINVESTAV-IPN. Ambos sitios: La Ventanilla y Los Naranjos, por la facilidad del acceso al lugar y la toma de muestra. REFERENCIAS Alef K. y Nannipieri P. (1995). Methods in applied Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press. London p. Alexander M. (1980). Introducción a la microbiología del suelo. AGT Editor, S.A. México, 491 p. Altenburg W. (1990). Living of the Tides. WWF. 119 p. Forster J.C. (1995). Soil sampling, handling, storage and analysis. En: Methods in Appl Soil Microbiol & Biochem. Academic Press. London pp. Groffman M., Mcdowell W., Myers J. y Merriam J. (2001). Soil microbial biomass and activity in tropical riparian forests. Soil Biol & Biochem 33, Horwath W.R. y Paul E.A. (1994). Microbial Biomass. En: Methods of soil analysis. Part 2 Microbiological and Biochemical Properties. SSSA. Wisconsin, USA. Jenkinson D.S. y Powlson D.S. (1976). The effects of biocidal treatments on metabolism in soil. V. A method for measuring soil biomass. Soil Biol & Biochem. 8, Joergensen R.G. y Brookes P.C. (1990). Ninhydrin-reactive measurements of microbial biomass in 0.5 M K 2 SO 4 soil extracts. Soil Biol. & Biochem. 22,

7 López J. y Ezcurra E. (2002). Los manglares de México: Una revisión. Madera y Bosques. Número especial: Lugo A. E. y Snedaker S.C. (1974). The ecology of mangroves. Annual Review of Ecology and Systematics Montes C., Castillo A. C. G. S. y López P. J. (1999). Distribución del manglar en cuatro sistemas lagunares de la costa de Chiapas, México. Boletín de la Sociedad Botánica de México 64:25-34 Ramírez G. P. y Segura Z. D. (1994). Ordenación de la vegetación de manglar de la Laguna Panzacola, Chiapas. Los sistemas litorales Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa- UNAM SAS Institute, (1989). Statistic Guide for personal Computers. Versión SAS Institute, Cary. Segura Z. D. y Ramírez G. P. (1990). Estructura de los manglares de la Laguna de Panzacola. En: Resúmenes del XI Congreso Mexicano de Botánica. Oaxtepec, Morelos p.128. Spalding M. D., Blasco F. y Field C. (1997). World Mangrove Atlas. The International Society for Mangrove Ecosystems. Okinawa, Japón. 178 p Vance E.D., Brookes P.C. y Jenkinson D.S. (1987). An extraction for measuring soil microbial biomass C. Soil Biol. & Biochem. 19, Von Prhal H., Contreras J. y Contreras R. (1990). Manglares y hombres del Pacífico Colombiano. Editorial Presencia. Colombia p. Zibilske L.M. (1994). Carbon Mineralization. En: Methods of soil analysis. Part 2 Microbiological and Biochemical Properties. SSSA. Wisconsin, USA. 7