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EFECTO DE LA RESTAURACIÓN ECOLÓGICA SOBRE UN GRUPO FUNCIONAL MICROBIANO
EDÁFICO EN EL PARQUE NACIONAL NATURAL LOS NEVADOS (CUENCA RÍO OTÚN)
MÓNICA LIZBETH ALBORNOZ CUESTA
DIANA CAROLINA TUSSO PINZÓN
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FACULTAD DE CIENCIAS
CARRERA DE MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL
BOGOTÁ, D.C.
MAYO DE 2010
EFECTO DE LA RESTAURACIÓN ECOLÓGICA SOBRE UN GRUPO FUNCIONAL MICROBIANO
EDÁFICO EN EL PARQUE NACIONAL NATURAL LOS NEVADOS (CUENCA RÍO OTÚN)
TRABAJO DE GRADO
Presentado como requisito parcial
Para optar por el título de:
MICROBIOLÓGO INDUSTRIAL
DIRECTORA: AMANDA VARELA RAMÍREZ, Ph. D.
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FACULTAD DE CIENCIAS
CARRERA DE MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL
Bogotá, D.C.
Mayo de 2010
NOTA DE ADVERTENCIA
Artículo 23 de la Resolución Nº 13 de julio de 1946
“La Universidad no se hace responsable por los conceptos emitidos por sus alumnos en sus trabajos de
tesis. Solo velará porque no se publique nada contrario al dogma y a la moral católica y porque las tesis no
contengan ataques personales contra persona alguna, antes bien se vea en ellas el anhelo de buscar la
verdad y la justicia”.
EFECTO DE LA RESTAURACIÓN ECOLÓGICA SOBRE UN GRUPO FUNCIONAL MICROBIANO
EDÁFICO EN EL PARQUE NACIONAL NATURAL LOS NEVADOS (CUENCA RÍO OTÚN)
MÓNICA LIZBETH ALBORNOZ CUESTA
DIANA CAROLINA TUSSO PINZÓN
Dra. INGRID SHULLER
Decano Académico
JANETH ARIAS
Directora de Carrera de Microbiología
Industrial
PONTIFICIA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FACULTAD DE CIENCIAS
CARRERA DE MICROBIOLOGÍA INDUSTRIAL
Bogotá, D.C.
Mayo de 2010
DEDICATORIA
A mi papá, a mi mamá y a mi hermanito
por darme el apoyo y el amor incondicional
en todas las cosas que se me presentan en
la vida.
Diana Carolina Tusso Pinzón
A Dios y a la Virgen por regalarme sabiduría y salud,
A mi mami porque siempre creyó en mí, por su amor y su comprensión,
A mi papi por su apoyo, y a
Mateo por brindarme su amor.
Mónica Lizbeth Albornoz Cuesta
AGRADECIMIENTOS
A la Dra. Amanda Varela, Ph.D., directora, por permitirnos desarrollar este proyecto, por su asesoría y
colaboración.
Al Laboratorio de Ecología de Suelos y Hongos Tropicales (LESYTH), por el apoyo logístico en el desarrollo del
proyecto.
A Diana Rueda, por su valiosa colaboración, orientación y paciencia.
A Lina Ordóñez, por su apoyo incondicional en el desarrollo del proyecto, por su orientación y por su amistad.
A Miguel Pinzón, por su orientación en la estadística del proyecto.
A la Pontificia Universidad Javeriana por el préstamo de instalaciones y equipos.
A todas las personas que en algún momento colaboraron en el desarrollo del proyecto.
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RESUMEN
En este estudio se determinó el efecto de la restauración pasiva y activa de un suelo afectado por un incendio,
sobre la densidad y actividad de hongos y bacterias celulolíticas, de la Cuenca del Río del Otún, en el Parque
Nacional Natural los Nevados, y se estableció cómo son influenciadas por las características fisicoquímicas del
suelo. Se llevaron a cabo dos muestreos en los meses de mayo y agosto de 2009 en época de lluvia y época
seca. Para cada restauración se seleccionaron tres sitios y en cada uno se tomaron tres muestras compuestas
de suelo. Posteriormente se realizó la medición de la densidad microbiana mediante la técnica de recuento en
placa en agar rojo congo; la actividad se evalúo por medio de halos de hidrólisis en el mismo medio. A partir de
las muestras se determinó el porcentaje de materia orgánica, humedad, pH, conductividad eléctrica, distribución
de agregados y textura. La densidad del grupo funcional no presentó diferencias significativas entre los tipos de
restauración. Por otra parte los hongos presentaron mayor actividad en época de sequía. Sólo el porcentaje de
materia orgánica fue mayor en época de lluvia y la humedad aumentó en el control. El suelo fue medianamente
ácido y clasificado como franco arenoso. Por otra parte se ajustó un modelo de regresión lineal múltiple que
permitió explicar la actividad de hongos por medio de materia orgánica, pH, agregados de 1,18 mm y 600 µm.
En conclusión, un año después de la restauración no se detectan diferencias entre los tratamientos, con base
en la densidad y la actividad del grupo funcional celulolíticos (hongos y bacterias). Sin embargo para definir el
uso de este grupo como indicador del grado de recuperación del suelo por diferentes tipos de restauración sería
necesario evaluarlo en períodos de tiempo anteriores y posteriores al usado en este estudio.
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1. INTRODUCCIÓN
Los ecosistemas terrestres han ido cambiando su composición a causa de actividades realizadas por el ser
humano como la deforestación, producción agropecuaria, minera, urbanización e incendios forestales.
Consecuencias de estas actividades han generado problemas ambientales como alteraciones en las
propiedades químicas, físicas y biológicas del suelo, llevándolo a su pérdida de fertilidad (Vargas, 2007).
Debido a esto, la restauración ecológica surge como una disciplina para acelerar el restablecimiento de un
ecosistema que ha sido degradado, dañado o transformado (Barrera et al., 2007). La restauración ecológica
se considera entonces necesaria cuando los procesos de regeneración natural de los ecosistemas
degradados son insuficientes o demasiado lentos para la recuperación de los mismos, es decir, cuando
ocurren en el transcurso de varias décadas (Brown y Lugo, 1994; Vargas, 2007).
Al implementar herramientas de restauración es importante evaluar su efecto por medio de indicadores, que
sustenten el desarrollo de esta disciplina sobre los ecosistemas (Bucher 1995; Blume et al., 1998; Bouma,
2002). Ya que los disturbios están asociados a la alteración de los procesos biológicos, realizados por
microorganismos edáficos, estos pueden ser indicadores útiles para evaluar los efectos de restauración
ecológica en los ecosistemas (Dilly & Blume 1998; Bauhus & Khanna 1999; Filip 2002). Algunos parámetros
microbiológicos del suelo como la biomasa y la actividad enzimática, pueden establecer la calidad biológica
de un suelo, siendo estas propiedades dependientes de la dinámica de la materia orgánica, las prácticas de
manejo y las condiciones ambientales (Lizarazo, 2001).
Bajo este contexto, el objetivo de este estudio fue realizar una evaluación sobre la influencia que pueden
tener distintos tipos de restauración (pasiva y activa), sobre la actividad enzimática y la densidad de un
grupo funcional edáfico de bacterias y hongos celulolíticos, y así poder determinar si son indicadores útiles
en la implementación de herramientas de restauración ecológica en suelos de la cuenca del río Otún en el
departamento del Quindío.
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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Una de las principales amenazas causadas por actividades antrópicas son los incendios forestales, que en su
mayoría se asocian a los sistemas de pastoreo y manejo de la ganadería, utilizando el fuego como método de
renovación de pastos, que al no ser controlados se convierten en incendios forestales (Lotero et al., 2007). En el
mes de julio de 2006 se presentó un incendio que afectó aproximadamente 2.347 ha del ecosistema de páramo,
ubicado en el área protegida del PNN los Nevados. El incendio afectó el complejo de humedales de la Laguna
del Otún, sitio que da origen a los cauces de agua que abastecen aproximadamente a medio millón de
habitantes y se encuentra dentro de una zona propuesta como área de protección especial (Lotero et al., 2007).
A causa de este suceso se implementaron diferentes tipos de restauración vegetal, pero no se tiene
conocimiento si los microorganismos edáficos, entre los cuales se encuentran hongos y bacterias celulolíticas,
puedan verse afectados negativa o positivamente al momento de emplear distintos tipos de restauración.
3. JUSTIFICACIÓN
El PNN Los Nevados es una de las principales áreas protegidas de carácter nacional, en el cual se producen y
regulan múltiples bienes y servicios ambientales para el Eje Cafetero. El agua que nace y se regula en este
Parque y su zona de influencia abastece las necesidades de más de dos millones de personas. Su protección y
conservación se convierte en elemento clave para el desarrollo socio ambiental y eje articulador de las
iniciativas de conservación regional (Lotero et al., 2007). La cuenca del río Otún se encuentra dentro del PNN
Los Nevados, la cual tiene gran importancia ya que desde 1936 se ha constituido en la única fuente
abastecedora de agua en el acueducto del municipio de Pereira y parte de Dosquebradas. En esta zona se
presenta la mayor dinámica socioeconómica y densidad de población de la región, donde las actividades
económicas predominantes en el área son el cultivo de la cebolla larga, de café y el establecimiento de un
importante número de granjas avícolas y porcícolas (Trejos et al., 2003). El daño de los suelos y la disminución
de la vegetación causados por el incendio forestal de 2006, pueden afectar directamente a grupos funcionales
microbianos edáficos, entre estos a los microorganismos celulolíticos que son importantes en el ciclo del
carbono, elemento indispensable para la vida en todos los ecosistemas (Alvear et al.,2007). La evidencia de
microorganismos celulolíticos en los suelos afectados por disturbios ecológicos a los que se les ha aplicado
restauración, podría ser un indicador de la efectividad del método para la rehabilitación de la funcionalidad del
suelo.
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4. MARCO TEÓRICO
El suelo es el material suelto de la superficie que suministra soporte físico nutricional para el crecimiento de
plantas, animales y microorganismos (Eweis et al., 1999; Coyne, 2000; Sylvia, 2005). En el suelo los minerales
constituyen un 50% del volumen total del suelo y son los encargados de la regulación de los procesos
biogeoquímicos, siendo sustratos iniciales, aceptores de electrones o catalizadores para reacciones
bioquímicas en microorganismos (Lotero et al., 2007; Moreno, 1989; Acevedo et al., 2003). Estos factores están
relacionados directamente con aspectos biológicos del suelo, ya que estos favorecen el crecimiento de
diferentes tipos de microorganismos que se han adaptado a las variaciones de dichas características,
proporcionándoles un ambiente adecuado para su desarrollo (Moreno, 1989; Acevedo et al., 2003).
Microbiológicamente el suelo es reconocido como uno de los sitios que presenta interacciones biológicas más
dinámicas en la naturaleza; contiene bacterias, hongos, algas y protozoos que intervienen en el ciclaje de
nutrientes, y preservan la salud y la estructura del suelo, aumentando la fertilidad, convirtiendo los sustratos en
formas asimilables o disponibles que contribuyen al sostenimiento del crecimiento vegetal (Atlas & Bartha, 2002;
Coyne, 2000; Silvia, 2005).
Uno de los sustratos disponibles para las interacciones biológicas es la celulosa, la cual es un polímero lineal de
subunidades de glucosa, unidas por enlaces β(1-4) (Coyne, 2000; Lynd et al., 2002). Es constituyente
importante del carbono, de las plantas superiores y probablemente el compuesto orgánico más abundante en la
naturaleza; existe en plantas superiores, en algas y en muchos tipos de hongos (Gaitán & Pérez, 2007). En la
descomposición del carbono intervienen algunos grupos funcionales, los cuales se definen como organismos
con similitudes evolutivas basados en caracteres morfológicos, fisiológicos, conductuales, bioquímicos, o las
respuestas del medio ambiente (Le Quere, 2005; Fox & Brown, 1993; Bengstsson, 1998; Kinzing et al.,2001;
Marrugan, 1955).
El PNN Los Nevados está localizado geográficamente en la cordillera central de Colombia, con altitudes
comprendidas entre 2600 y 5321 m. Comprende un área aproximada de 58300 ha, en jurisdicción de los
departamentos de Caldas, Risaralda, Quindío y Tolima (Lotero et al., 2007). En general el área del PNN Los
Nevados muestra un drenaje dendrítico y subangular, dependiendo de la estructura y composición de la roca en
que se desarrolla. La topografía es abrupta con cerros y divisorias de aguas, aproximadamente simétricas, y
rasgos erosivos moderados que se acentúan por efectos de la actividad humana; la cubierta piroclástica
presente en varios sitios suaviza esta morfología (Banco Interamericano de Desarrollo, et al., 2002). La cuenca
del río Otún está definida como un ecosistema de tipo páramo, donde elementos como la vegetación, el suelo y
subsuelo, han desarrollado un gran potencial para interceptar, almacenar y regular el agua (Lotero et al., 2007).
Entre la flora representativa del páramo se encuentra Espeletia hartwegiana (Frailejón) y Werneria humilis; en
aves y mamíferos Bolborhynchus ferrugineifons (periquito de los nevados), Leopardus tigrinus (Tigrillo),
Mazama rufina (Venado de páramo) (Banco Interamericano de Desarrollo, et al., 2002).
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La restauración ecológica es una disciplina que ayuda a la recuperación y gestión de la integridad ecológica de
un ecosistema que ha sido degradado, dañado o destruido (Barrero et al, 2009). Este proceso implica realizar
acciones que incluyen la siembra de especies a partir de semillas, plántulas, estacas o trasplante de arbustos,
que buscan llevar al ecosistema hasta un estado en el cual sea autosostenible estructural y funcionalmente,
teniendo en cuenta las condiciones iniciales y su historia de uso y los procesos de deterioro (Lotero et al., 2007;
Barrero et al, 2009). Se entiende por restauración pasiva cuando hay una regeneración natural del suelo
afectado a causa de un disturbio; y activa cuando hay una regeneración por medio de la plantación de flora con
características parecidas a las que se encontraban en el área antes de ser afectada por los disturbios, para
acelerar el proceso de recuperación (Lotero et al., 2007).
En el mundo, los temas de restauración ecológica y ecología de la restauración comenzaron a ser desarrollados
a finales de la década de los ochenta por investigadores como Jordan, Cairns y Harper, pero su desarrollo más
importante se dio durante la década de los noventa con el nacimiento de la sociedad de ecología de la
restauración. En Colombia el tema de la restauración ecológica comenzó a trabajarse desde mediados de la
década de los noventa; a finales de esa década, cobró mayor importancia y fue apoyado por instituciones como
la Fundación Restauración de Ecosistemas Tropicales (FRET), el Ministerio del Medio Ambiente, el DAMA, el
departamento de Biología de la Universidad Nacional y el Departamento de Biología de la Pontificia Universidad
Javeriana (Barrera y Valdés, 2007).
En Colombia los estudios en restauración se han hecho evaluando los contenidos de carbono orgánico y
biomasa microbiana en un suelo afectado por incendio como el estudio de Guerrero et al., (2003), en que los
valores de carbono orgánico y la biomasa microbiana edáfica son mayores en los suelos restaurados. Otro
estudio, desarrollado por el grupo de restauración ecológica de la Universidad Nacional de Colombia evalúa la
implementación de estrategias de restauración ecológica con el fin de determinar la sucesión en pastizales, los
bancos de semillas y la lluvia de semillas en zonas potrerizadas y bordes de bosque, además se realizaron
disturbios experimentales con el fin de evaluar el desempeño de especies leñosas sembradas en este
ambiente, encontrando algunas estrategias adecuadas para la restauración del bosque (Vargas et al., 2007). La
Escuela de Restauración Ecológica de la Pontificia Universidad Javeriana (2008), evalúa los efectos de
restauración sobre la calidad del suelo utilizando especies arbustivas nativas, encontrando que las plantaciones
favorecieron un incremento de la riqueza de especies de plantas a través del tiempo manteniéndose estable la
densidad (Barrera et al., 2008). También, Abreut et al. (2008) analizaron indicadores de restauración ecológica
en suelo de páramo, determinando propiedades de suelo como pH, capacidad de intercambio catiónico, C y N
total y biomasa microbiana del nitrógeno, concluyendo que componentes importantes del suelo como la materia
orgánica total y la biomasa microbiana los cuales no son indicadores de restauración ecológica en ecosistemas
de páramo.
En cuanto al grupo funcional celulolítico son escasos los estudios que evalúan densidad y actividad en
ecosistemas de páramo, y prácticamente ninguno se centra en la evaluación de los efectos de estrategias de
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restauración ecológica sobre el grupo funcional. Los estudios se centran en la evaluación de parámetros
fisicoquímicos,
en ecosistemas de bosque altoandino y subandino. Arias (2009) comparó la densidad y
actividad celulolítica de bacterias y hongos edáficos presentes entre pastizal, sistema silvopastoril y bosque
subandino, en la Cuenca del río La Vieja (Quindίo), estableciendo que la densidad microbiana fue menor en
bosque subandino y no se presentaron diferencias significativas entre los usos del suelo. Roldán el al. (2008).
evaluaron el efecto que tiene la cobertura vegetal sobre distintos grupos funcionales microbianos incluidos los
celulolíticos y la utilización de estos cómo indicadores biológicos de la calidad del suelo, encontrando que
grupos funcionales como las bacterias oxidadoras de amonio, hongos totales, celulolíticos y quitinolíticos
pueden ser utilizados como indicadores de la calidad del suelo al mostrar en términos de su abundancia que
son sensibles a los diferentes usos del suelo.
5. OBJETIVOS
5.1 OBJETIVO GENERAL
Determinar el efecto de la restauración pasiva y activa de un suelo afectado por un incendio, sobre la densidad
y actividad de hongos y bacterias celulolíticas, de la Cuenca del Río del Otún, en el Parque Nacional Natural los
Nevados.
5.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Establecer semicuantitativamente la actividad celulolítica de hongos y bacterias presentes en los suelos
sometidos a restauración pasiva, activa y el control.
•
Determinar la densidad tanto de hongos como de bacterias celulolíticas presentes en los suelos sometidos
a restauración pasiva, activa y el control.
•
Definir si las características fisicoquímicas de los suelos con diferentes tipos de restauración tienen efecto
sobre la actividad y densidad de hongos y bacterias celulolíticas.
•
Determinar la influencia de la época climática sobre las variables microbiológicas y fisicoquímicas de los
diferentes tipos de restauración.
5.3 PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN
•
¿Habrá diferencias entre los dos tipos de restauración evaluados, sobre la actividad celulolítica
de hongos y bacterias?
•
¿Existen diferencias significativas entre los diferentes tipos de restauración con respecto a la
densidad de bacterias y hongos celulolíticos?
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•
¿Hay un efecto de las características fisicoquímicas sobre las microbiológicas en los tipos de
restauración y el control?
•
¿Las características microbiológicas y fisicoquímicas se ven influenciadas por la época de lluvia
y época seca?
6. MATERIALES Y MÉTODOS
6.1 Área de estudio: El muestreo se realizó en la cuenca hidrográfica del río Otún (Figura 1), en la zona
centro-sur del PNN Los Nevados que tiene una altitud de 3.950 msnm, con una superficie aproximada
de 101 ha, en el departamento de Risaralda, zona que se caracteriza por ser un ecosistema de páramo.
Los suelos de esta región fueron afectados por un incendio, donde se implementaron estrategias de
restauración, en áreas cercanas a la laguna, definidas por los funcionarios del Parque. Para la
restauración activa se aplicaron diversos tratamientos como la adición de semillas, siembra de plántulas
de herbáceas y siembra de plántulas de arbustos y traslado de cespedones. En cuanto a la restauración
pasiva se tuvo en cuenta los tensionantes de tipo antrópico seleccionando lugares que fueron cercados
y no se realizó ningún tipo de tratamiento, permitiendo la recuperación natural de la vegetación (Lotero
et al., 2007). Los puntos de control permitieron comparar el estado de la vegetación de las áreas
afectadas, con áreas que no sufrieron incendio ni fueron restauradas.
A
B
Figura 1. Mapa del área de estudio (PNN Los Nevados) A. Ubicación nacional del Parque Nacional Natural Los
Nevados, B. Ubicación del al Laguna del Otún (Sesana, 2006).
6.2 Toma de las muestras de suelo: Un año después de realizada la restauración se seleccionaron tres
parcelas de cada tipo de restauración del suelo. Cada parcela tenía un área de 10 x 5 m y una distancia
entre ellas de mínimo 70 m, en las cuales se recolectó una muestra de suelo compuesta por cinco
submuestras tomadas en forma de zigzag, con una profundidad de 20 cm. Posteriormente se
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conservaron a 4°C hasta su procesamiento en el laboratorio. El estudio comprendió dos muestreos, el
primero se realizó en el mes de mayo época de lluvia y el segundo en el mes de agosto en época seca.
6.3 Evaluación microbiológica: Para la evaluación de la actividad celulolítica se tomaron 10 g de suelo y
se diluyeron en 90 ml de solución salina al 0,85% (p/v). Inicialmente se realizaron diluciones seriadas
hasta 10-6 para la estandarización microbiológica de hongos y bacterias. De cada dilución se sembró 1
ml en profundidad en agar rojo congo. Las cajas se incubaron a 15ºC, los hongos por 7 días y las
bacterias por 10 días. Después de establecer la dilución apropiada para el recuento se sembró en
profundidad 1 ml de la dilución, en agar rojo congo, por triplicado, y posteriormente las cajas se
incubaron a 15ºC, los hongos por 7 días y las bacterias por 10 días. Para la evaluación de la densidad
de hongos y bacterias celulolíticas se realizó recuento de UFC. La actividad celulolítica se evalúo semicuantitativamente por medio de la medición de diámetros de halos producidos por la actividad
enzimática de cada colonia.
6.4 Pruebas fisicoquímicas: Se determinó la materia orgánica pesando 10 g de suelo fresco para cada
muestra. Se colocó en el horno a 80º C durante 48 h. Posteriormente se depositó el suelo seco en un
crisol. Se registró el peso del suelo que se encontraba en el crisol, luego se colocó en la mufla a 550ºC
por 2 h. Se pesó nuevamente el suelo y finalmente se realizó el cálculo del porcentaje de pérdida de
peso por ignición (PPI) (Dean, 1974; Faitfull, 2005). El porcentaje de humedad del suelo se estableció
pesando 5 g de cada muestra de suelo colocándolo en un horno a 80°C durante 48 h. Posteriormente
se volvió a pesar y se calculó la humedad de acuerdo a las fórmulas descritas por Andrades y Pikul
(Andrades, 1996).
En cuanto al pH se preparó una suspensión de suelo 1:5 en agua desmineralizada, tomando la lectura
con un potenciómetro. Para la conductividad se pesaron 10 g de suelo en un vaso de precipitado y se
añadieron 50 ml de agua desmineralizada. Se introdujeron los electrodos conectados a un
conductímetro y se anotó el valor indicado (Andrades, 1996). En cuanto a la determinación cuantitativa
del tamaño de los macro y micro agregados se tomó una muestra de suelo con un cilindro metálico a
una profundidad de 20 cm y se puso a secar a 28ºC por 3 días. Transcurrido el tiempo se procedió a
pasar las fracciones de suelo por tamices con poros para macroagregados
de 1,18mm – 600µm –
300µm y microagregados 54µm - <54µm, con el fin de hallar el peso de diámetros medidos según las
fórmulas descritas por Cavazos (Andrades, 1996, Cabria et al., 2002).
Por último se determinó la textura tomando 25 g de la muestra de suelo y se dejó secar a 22±2°C
durante 24 h; luego se suspendió en 5 ml de solución dispersante y 60 ml de agua destilada dejando
reposar la mezcla durante 24 h. Con un hidrómetro se procedió a realizar la lectura, para finalmente
hallar el porcentaje de arena, arcilla y limo, según las fórmulas descritas por Bouyoucos (Norambuenza
et al., 2002 en Sánchez y Medina, 2009).
6.5 Análisis estadístico: Para verificar si los datos se comportaban normalmente se utilizó la prueba de
Shapiro Wilk y para determinar si las varianzas eran homogéneas se utilizó la prueba de Levene. Para
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la comparación y ver la interacción de los diferentes tipos de restauración y la época climática en cuanto
a la densidad y actividad de los microorganismos celulolíticos se utilizó un ANOVA de dos vías. Para
establecer la relación entre las variables fisicoquímicas sobre la densidad y actividad de hongos y
bacterias celulolíticas, se realizó una correlación de Pearson. Para evaluar el efecto de los parámetros
fisicoquímicos sobre los microbiológicos se realizó una regresión múltiple. El nivel de significancia
usado para todas las pruebas estadísticas fue de 0,05 (Sampieri et al., 2006).
7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La densidad del grupo funcional no mostró diferencias significativas entre los dos tipos de restauración y el
control (P>0,05); cabe resaltar que el promedio de bacterias en restauración pasiva fue de 4,69 Log10 UFC/g,
en restauración activa de 4,56 Log10 UFC/g, y control de 4,68 Log10 UFC/g (Figura 2a). Para hongos el
promedio de Log10 UFC/g en restauración pasiva fue 2,62 Log10 UFC/g, en restauración activa fue 2,70 Log10
UFC/g y el control 2,85 Log10 UFC/g (Figura 2b). En el estudio de Gelvez (2008) evaluando la densidad de
hongos y bacterias celulolíticas en bosque subandino en el departamento del Quindío, reportó que la densidad
de bacterias celulolíticas estuvo en un rango de 5,84 – 5,86 Log10 UFC/g hojarasca y la densidad de hongos
entre 2,47 – 2,56 Log10 UFC/g de hojarasca, lo que indica que la densidad de bacterias celulolíticas fue mayor
comparado con el presente estudio, debido a la abundancia de materia orgánica que proporciona la hojarasca
como fuente nutricional. En cuanto a la densidad de hongos la proporción es igual que en este estudio, lo que
sugieren estos resultados es que las bacterias acceden fácilmente a los sustratos vegetales, lo que se ve
reflejado en la alta tasa de duplicación de las bacterias. En el estudio de Arias (2009) se evalúo la densidad de
bacterias celulolíticas en pastizal, sistema silvospastoril y bosque, encontrándose en un rango de 4,55 a 4,7
Log10 UFC/g de suelo y hongos entre 2,63 a 2,78 Log10 UFC/g de suelo, valores que se acercan con los
reportados en este estudio, siendo ecosistemas diferentes.
Posiblemente la densidad de microorganismos celulolíticos no se vio afectada entre los dos tipos de
restauración, ya que después del incendio los hongos pudieron desarrollar estructuras de resistencia, como
esporas, las cuales permiten la supervivencia durante varias semanas o años en el suelo (Coyne, 2000). Según
lo reporta el estudio de Valenzuela et al., (2001), hongos celulolíticos como Alternaria alternata y Cladosporium
cladosporioides poseen estructuras como microesclerocios, esporas pigmentadas y multicelulares que les
permiten enfrentar las condiciones desfavorables como el exceso de hojarasca sobre la superficie en un bosque
húmedo de Chile. Por su parte el escaso tamaño de las bacterias en los ambientes del suelo resulta muy útil
para estas, ya que pueden escapar de los impactos refugiándose dentro de pequeños poros (Coyne, 2000).
Por lo anterior para determinar los efectos de restauración sobre la densidad microbiana es importante evaluarla
desde el momento en el que se realizó la restauración. De esta forma establecer sus diferencias a través del
tiempo, como lo menciona (Coyne, 2000) hay un aumento de materia orgánica y por ende del suministro de
energía como una fuente de carbono para los microorganismos y en este caso particular para los
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microorganismos celulolíticos. En este estudio un año después de la restauración se hicieron los muestreos, lo
que puede explicar el por qué no hubo diferencias significativas en la densidad de hongos y bacterias
celulolíticas en los dos tipos de restauración y el control. Estudios como el de Senthilkumar et al. (1997)
implementaron estrategias de restauración pasiva, en suelos de pastizal vegetal de la India, evaluando los
efectos cada dos meses durante dos años, determinando un aumento signifivativo de la biomasa y la actividad
microbiana.
La no afectación de los dos tipos de restauración a los microorganismos puede deberse al efecto de factores
ambientales como humedad relativa, temperatura ambiental y del suelo y la cantidad de carbono orgánico
(Raich y Nadelhoffer, 1989) no medidos en este estudio, ya que estos ejercen numerosos efectos sobre la
densidad microbiana del suelo, modificando la tasa de crecimiento de la microbiota e influyendo en las
transformaciones de los compuestos orgánicos (Morales y Zambrano, 2009; Griffin, 1972). Como en el estudio
de Sánchez y Medina (2008), donde las altas temperaturas tuvieron un efecto negativo sobre la densidad de
hongos saprofitos en suelos de cultivos de cebolla, disminuyéndola; el aumento de la temperatura se debió a la
disminución de residuos vegetales provocando un descenso de la humedad del mismo y disminuyendo las
actividades biológicas generales (Grayston y Prescott, 2005, en Sánchez y Medina, 2009).
También el porcentaje de materia orgánica puede favorecer el crecimiento de los microorganismos celulolíticos
ya que puede proporcionarles carbono como fuente nutricional y energética. En este estudio la materia orgánica
no presento diferencias significativas (F= 0,05; P>0,05), entre los dos tipos de restauración, pero sí entre las
épocas climáticas (F=8,21 P>0,05), encontrando que el promedio de materia orgánica en época de lluvia fue de
16,03 % y en época seca 14,47 %.
Figura 2a. Promedio ± desviación estándar de la
6
Figura 2b. Promedio ± desviación estándar de la
6
densidad de bacterias celulolíticas.
densidad de hongos celulolíticos.
5
5
4
Log UFC/g
Log UFC/g
4
3
3
2
2
1
1
0
0
R. PASIVA
R. ACTIVA
CONTROL
R . P A S IV A
Tratam iento
LLUVIA
SECA
Figura 2a. Promedio ± desviación estándar de la
densidad de bacterias celulolíticas.
R . A C TIV A
C O N TR O L
Tratam iento
LLU V IA
SECA
Figura 2b. Promedio ± desviación estándar de la
densidad de hongos celulolíticos.
17
En la figura 2c se observa el comportamiento de la actividad de bacterias celulolíticas, para la cual no se
encontraron diferencias significativas entre los dos tipos de restauración evaluados (F=1,56; P>0,05). En la
figura 2d se observa el comportamiento de la actividad de los hongos, los cuales mostraron diferencias
significativas en las épocas climáticas (F=23,17; P<0,05), donde se presentó la mayor actividad en época seca,
con un promedio de 7,75 mm, comparado con la época de lluvia que fue de 5,01 mm, con una diferencia de 2
mm. Esto puede deberse a que el suelo del ecosistema de páramo tiene una humedad alta y un exceso de
agua generado en la época de lluvia, creando condiciones anoxigénicas, causando lixiviación de nutrientes,
limitando así la actividad microbiana (Atlas y Bartha, 1998; Coyne, 2000).
El comportamiento de la actividad celulolítica, puede deberse a que la evaluación de los efectos de las
herramientas de restauración empleadas probablemente fue en un momento del tiempo en el que todavía no se
presentan dichas diferencias, debido a la lentitud de los procesos en páramo por la baja temperatura y alta
humedad predominantes. También es posible que los cambios se presenten poco después de la
implementación de la restauración (sobre todo de la activa) y después ya no se pueden detectar. Por lo tanto se
sugiere seguir realizando evaluaciones más frecuentes a lo largo del tiempo para determinar hasta qué
momento la densidad o la actividad se pueden ver afectadas, ya que otras actividades realizadas por el hombre
como deforestación, producción agropecuaria, minerίa, urbanización e incendios, que se hacen sobre el suelo
afectan la distribución y las clases de poblaciones microbianas, aumentando su actividad enzimática en todas
las profundidades de la capa directamente afectada por la manipulación (Coyne, 2000). Estos cambios pueden
deberse a la ruptura de los agregados del suelo, a una mejor aireación y a la incorporación de materia orgánica
adicional en el suelo (Coyne, 2000; Eweis et al., 1999).
12
12
10
Actividad de Hongos (mm)
Actividad de bacterias (mm)
10
8
6
4
2
8
6
4
2
0
R. PASIVA
R. ACTIVA
CONTROL
Tratamiento
0
R . P A S IV A
A C T IV A
CONTROL
T ra ta m ie n to
LLUVIA
SECA
Figura 2c. Promedio ± desviación estándar de la
actividad de bacterias celulolíticas.
Figura 2d. Promedio ± desviación estándar de la
actividad de hongos celulolíticos.
18
Para la humedad edáfica se encontraron diferencias significativas entre los dos tipos de restauración y el
control, también entre las épocas climáticas (F= 8,21; P<0,05) (Figura 3), siendo mayor en el control. Esto
puede deberse a un alto consumo de agua por parte de especies vegetales como los frailejones que durante su
crecimiento disminuyen el rendimiento hídrico, secando finalmente el suelo (Cortés et al., 1990; Hofstede,
1997).
La conductividad eléctrica en las muestras analizadas se encontró en un rango de 0,02 a 0,05 dS/m clasificado
según la USDA como un suelo no salino (Figura 4). El análisis estadístico mostró diferencias significativas en el
suelo con restauración activa respecto a la restauración pasiva y el control, con un valor de 0,02 dS/m, siendo
este el menor valor. Entre épocas climáticas se presentaron diferencias significativas, siendo mayor en época
seca 0,04 dS/m. La conductividad presenta cambios a través del año, como se observó en este estudio, donde
en época seca (agosto) se evidenció un aumento en la conductividad, posiblemente como producto de la
utilización de minerales por las plantas, de la actividad microbiana, y por efecto del microclima (Steubing et al.,
2002 en Sánchez y Medina, 2009). Este parámetro puede ser un estimador de la concentración de sales de un
suelo (Carrasco et al., 2007 en Sánchez y Medina, 2009), ya que es una de las propiedades más importante
para la producción del mismo (Savvas, 2001 en Sánchez y Medina, 2009).
Al contrario de lo anterior los valores de pH no presentaron diferencias significativas en la restauración pero si
en la época climática (F= 1,95; P<0,05) valores que fluctuaron en época de lluvia entre 4,73 y 6,2 y en época
seca entre 4,59 y 5,87 de cada restauración y el control, siendo mayores en época de lluvia. Según la
clasificación de la USDA el suelo tiene un pH moderadamente ácido. Asimismo, la acidez del suelo está
asociada con una disminución en la concentración de sales y un consecuente decrecimiento de la conductividad
eléctrica (Steubing et al., 2002 en Sánchez y Medina, 2009). Este comportamiento se observó en los suelos de
las restauraciones y el control ya que los suelos son ácidos y no salinos.
*
*
70
60
70
40
50
30
40
20
30
*
0.08
0.06
0.04
0.02
10
20
0
10
0.10
Conductividad (dS/m)
Humedad
Humedad
Humedad
(%)
(%)
(%)
50
60
0.12
0.00
R. PASIVA
R. ACTIVA
CONTROL
R. PASIVA
R. PASIVA
LLUVIA
SECA
R. ACTIVA
ACTIVA
CONTROL
Tratamiento
Tratamiento
0
CONTROL
Tratamiento
LLUVIA
SECA
LLUVIA
SECA
Figura 3. Promedio ± desviación estándar de la
Figura 4. Promedio ± desviación estándar de la
humedad (%).
conductividad eléctrica (dS/m).
19
En cuanto a textura el análisis permitió estimar el porcentaje de arena, limo y arcilla para la restauración pasiva
y activa donde, tampoco se evidenciaron diferencias significativas. El suelo fue clasificado según la USDA como
franco arenoso para los diferentes tipos de restauración y el control, similar a la determinada en el páramo de
Chingaza por Ortiz et al. (2005), lo que sugiere que la formación de páramo está asentada en suelos de
características similares, aunque se encuentren en cordilleras diferentes.
Igualmente para la distribución de agregados no se encontraron diferencias significativas entre los distintos tipos
de restauración (macroagregados: 1,18 mm (F=1,9, P>0,05), 600 µm (F= 4,89, P>0,05) y 300 µm (F=3,91,
P>0,05; microagregados: 54µm (F=0,85, P>0,05) y <54µm (F= 1,59, P>0,05). Prevalecieron los
macroagregados y esto puede estar relacionado con la textura del suelo, ya que tanto el control como los dos
tipos de restauración evaluados, presentan una textura franco arenosa, lo que le permite a este tipo de suelo
retener más agua, generando menos compactación (Lorente 1995; Rucks et al., 2004).
Posiblemente la distribución de agregados no se ve directamente afectada por la restauración como sucede con
la textura, ya que esta no cambió entre ninguno de los suelos evaluados. Cerdá (1993) evaluó la estabilidad de
los macroagregados de suelos afectados por incendios en diferentes periodos de
tiempo, en los cuales
determinaron las texturas de los horizontes de cada suelo afectado, donde la textura varió de acuerdo a la
profundidad; solamente en el área del incendio más reciente la estabilidad de los agregados fue menor, lo que
podría determinar la relación que tiene la distribución de agregados con la textura.
También la humedad y la materia orgánica influyen en la formación y distribución de los agregados del suelo,
debido a que proporcionan las condiciones necesarias para el crecimiento de microorganismos edáficos que
pueden promover la agregación del suelo, a través de la producción de polisacáridos celulares, lípidos y
estructuras fúngicas (Hoyos, 1999). En este estudio las variables tanto de humedad como de materia orgánica
mostraron altos porcentajes en los dos tipos de restauración y el control, lo cual puede beneficiar la formación
de macroagregados, y a su vez el desarrollo de biomasa celulolítica, que fue evidenciado en la densidad de
hongos y bacterias celulolíticas obtenidas.
Por último se ajustó un modelo que permitió explicar la actividad de hongos celulolíticos edáficos en las dos
restauraciones y el control por medio de la cantidad de materia orgánica, pH y macroagregados de 1,18 mm y
600 µm.
El modelo general ajustado fue:
Y1= β0 + β1X1 + β2X2 + β3X3+ β4X4 + ε
Donde:
Y1= variable dependiente (actividad)
β0 = intercepto
20
βi = parámetro estimado para la variable independiente Xi
Xi = variable independiente (parámetro fisicoquímico)
ε = error residual
Los coeficientes βi obtenidos correspondientes a las variables incorporadas en el modelo se presentan en la
Tabla 1.
Tabla 1. Parámetros estimados (βi) en la regresión múltiple por pasos para explicar la actividad de
hongos celulolíticos edáficos.
Parámetros
β1
β2
β3
β4
-0,31605
-
-
-
pH
-
1,21461
-
-
Agregados 1,18 mm (%)
-
-
-0,02061
-
Agregados 600µm (%)
-
-
-
0,23853
fisicoquímicas
Actividad
Materia orgánica (%)
2
F= 155,6 R = 0,945 P <0,001
La explicación de la actividad de hongos y el pH puede justificarse ya que las enzimas celulolíticas producidas
por hongos requieren generalmente un pH ácido (Coyne, 2000; Howard et al., 2003). En cuanto a la relación
que hay con la actividad de hongos celulolíticos respecto al porcentaje de macroagregados es porque estos
generan alta porosidad favoreciendo que el intercambio gaseoso sea más activo y haya mayor cantidad de
oxígeno (Luters y Salazar, 2000), característica que favorece el desarrollo de hongos celulolíticos y por ende
que sean activos enzimáticamente.
También, la materia orgánica puede ejercer efectos ante la actividad enzimática de los hongos celulolíticos, ya
que es la base nutricional para estos, y su degradación es un paso importante para la realización del ciclo
biogeoquímico del carbono, siendo los hongos los principales agentes de la descomposición de la materia
orgánica. Así, degradan moléculas complejas como la celulosa (Coyne, 2000). El estudio realizado por Baldy et
al.,(1995), analizaron que los hongos celulolíticos tienen una mayor actividad en la descomposición de
hojarasca en humedales que las bacterias, aunque se encontraron con mayor densidad, interviniendo poco en
la descomposición de la hojarasca.
21
8. CONCLUSIONES
•
Los diferentes tipos de restauración no afectaron la densidad ni la actividad del grupo funcional de
hongos y bacterias celulolíticas, por esto, bajo las condiciones de este estudio, los microorganismos
celulolíticos no son indicadores útiles de restauración. Parámetros como la humedad y conductividad
eléctrica pueden ser indicadores de restauración ya que mostraron diferencias significativas.
•
La época climática influye sobre las variables fisicoquímicas evaluadas en el estudio.
•
Variables fisicoquímicas como materia orgánica, pH, agregados de 1,18 mm y 600 µm explicaron en
una alta proporción la variación en la actividad enzimática de hongos celulolíticos en las restauraciones
pasiva y activa.
9. RECOMENDACIONES
•
Se sugiere evaluar variables fisicoquímicas como humedad relativa, temperatura ambiental y del suelo y
la cantidad de carbono orgánico.
•
Realizar evaluaciones periódicamente a los suelos desde el momento de la implementación de cada
restauración, para determinar qué efectos se obtienen a través del tiempo.
•
Realizar un estudio en restauración que involucren otros grupos funcionales del C y grupos funcionales
del N, P y K para evaluar los efectos que pueden tener sobre estos y determinar su potencialidad como
indicadores del grado de recuperación del suelo.
22
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