Introducción

La agricultura convencional moderna, y no ajena para el cultivo de fríjol común (Phaseolus vulgaris L.), se ha caracterizado por el uso intensivo de fertilizantes de síntesis química y pesticidas para aumentar su producción agrícola (^{Rojas-Badía et al., 2020}). Además, ha generado residuos químicos en el suelo que producen salinización, problemas en el drenaje, compactación y disminución de la actividad microbiana que compromete a la nutrición vegetal (^{Nisar Pahalvi et al., 2021}).

A nivel global, los biofertilizantes han provocado una disminución de los fertilizantes químicos, han incrementado los rendimientos de los cultivos, y representan un impacto positivo sobre el medio ambiente (^{Kaushal & Kukreja, 2020}). El empleo de microorganismos con potencial de promover el crecimiento vegetal es una alternativa para aumentar la producción agrícola (^{González & Fuentes, 2017}), ya que permiten dar valor agregado, aumentan hasta un 10 a 20 % la productividad de los cultivos y además mejoran la fertilidad del suelo (^{Rojas-Badía et al., 2020}).

La coinoculación con rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal (PGPR, por sus siglas en inglés), en leguminosas, actualmente es una práctica común y de gran relevancia (^{Korir et al., 2017}; ^{Kaschuk et al., 2022}). Estudios de la aplicación de Pseudomonas sp. con Rhizobium leguminosarum dan cuenta de efectos positivos en Lens culinaris, Cajanus cajan y Phaseolus vulgaris, en todos los casos las PGPR incrementaron el crecimiento de las plantas, mejoraron la absorción de nutrientes, aumentaron la nodulación y promovieron el rendimiento agrícola (^{Vieira Gabre et al., 2020}).

Ante un escenario global cambiante, surge la necesidad de información pertinente y actual sobre nuevas formas de producción basada en una agricultura sostenible, mediante el uso de microorganismos benéficos, con la finalidad de obtener productos sanos y que mejoren la fertilidad del suelo, minimicen la contaminación por efecto de los agroquímicos y beneficien al desarrollo económico, al disminuir los costos de producción al agricultor. La presente investigación tuvo como objetivo evaluar el efecto de la aplicación de PGPR sobre variables productivas y económicas en el cultivo de fríjol común al sur del Ecuador.

Materiales y métodos

Rendimiento agrícola

Al final del ciclo del cultivo se determinó el rendimiento agrícola en cada unidad experimental y tratamiento, para el efecto se estimó mediante la ecuación 2 propuesta por ^{Cantaro-Segura et al. (2019}).

Evaluación económica

El análisis de rentabilidad económica se calculó con base en la relación beneficio/costo para cada uno de los tratamientos, y los beneficios obtenidos con los gastos generados durante el proceso de producción, para ello se utilizó la ecuación 3 y 4 (^{Villegas Aparicio et al., 2009}).

Resultados

La inoculación con los microorganismos benéficos en fríjol común var. Mantequilla presentó un efecto significativo (p<0,05) en las variables fenológicas evaluadas (Cuadro 3). El número de días a la emergencia disminuyeron donde se inocularon R. leguminosarum bv. viciae (T3); R. leguminosarum bv. viciae + B. subtilis (T5) y R. leguminosarum bv. viciae + P. fluorescens + B. subtilis (T6). Mientras que, los días a floración, llenado de vainas y senescencia tuvieron un efecto significativo donde se inoculó R. leguminosarum bv. viciae + P. fluorescens + B. subtilis (T6) y fertilización química (T7), en todos los casos el control absoluto (testigo) demostró mayor tiempo (días) hasta la floración.

La presencia de nódulos fue positiva en las plantas de fríjol evaluadas en las etapas fenológicas V3 y R5 (Cuadro 4). Se evidenciaron diferencias significativas (p<0,05) para el número de nódulos donde se aplicaron R. leguminosarum bv. viciae (T3); R. leguminosarum bv. viciae + B. subtilis (T5) y R. leguminosarum bv. viciae + P. fluorescens + B. subtilis (T6) con respecto a los tratamientos 1, 2 y 4. Se obtuvieron como promedio 45 nódulos en las raíces de cada planta inoculada, con una coloración rojiza en su interior donde se aplicó las cepas de Rhizobium.

El porcentaje de germinación de las semillas de fríjol var. Mantequilla y la emergencia de las plantas resultó significativa (p<0,05) con la inoculación de microorganismos benéficos (Cuadro 5). A los 30 y 45 días de la aplicación de R. leguminosarum bv. viciae + P. fluorescens + B. subtilis (T6) y la fertilización química, favorecieron el crecimiento de las plantas, en ambos casos las mismas presentaron mayor altura. El diámetro del tallo no mostró diferencias significativas (p>0,05) entre los tratamientos etapa V2 y V4, sin embargo, en la etapa R5 la fertilización química influyó en mayor diámetro de las plantas, pero no mostró diferencias significativas (p>0,05) con la aplicación de los microorganismos benéficos, donde el tratamiento control absoluto el que presentó el menor diámetro del tallo. El tratamiento que estimuló un mayor desarrollo del área foliar en las plantas de fríjol fueron las plantas tratadas a base de R. leguminosarum bv. viciae + P. fluorescens + B. subtilis. En todos los casos el T6 ejerció una significativa diferencia (p<0,05) con el tratamiento fertilización química y el control. Mientras que, en la variable longitud de vainas no se evidenció diferencias significativas (p>0,05) en ninguno de los tratamientos aplicados.

Los tratamientos aplicados no generaron diferencias significativas en los componentes de rendimiento de fríjol var. Mantequilla (Cuadro 6). No obstante, la inoculación de R. leguminosarum bv. viciae + P. fluorescens + B. subtilis (T6) alcanzó los valores más altos, mientras que en el peso de 100 semillas el tratamiento control presentó los valores más bajos.

La inoculación con R. leguminosarum bv. viciae + P. fluorescens + B. subtilis (T6) y R. leguminosarum bv. viciae (T3) incrementaron significativamente (p<0.05) los contenidos de N en las plantas de fríjol con respecto a los demás tratamientos (Cuadro 7), el aumento de N fue en el orden del 67 % y 31 %, respectivamente. Valores similares al T3 se evidenció donde se aplicó la fertilización química.

En el efecto de cepas bacterianas sobre el rendimiento en grano seco, se destaca la inoculación con la cepa R. leguminosarum bv. viciae para el cultivar Mantequilla para producir 1,20 t ha^-1. Además, no se evidenciaron diferencias significativas (p>0,05) entre los tratamientos T3, T5 y el tratamiento con fertilización química. En todos los casos evaluados, el cv. Mantequilla respondió de forma favorable a la inoculación con las cepas de Rhizobium con respecto al tratamiento control, con resultados superiores y similares a cuando se utilizó la fertilización química (Cuadro 8).

El análisis de ingresos y rentabilidad mostró que, los mayores valores debido a las ventas se obtuvieron con la aplicación del T6, el cual generó un total de 2722.4 USD, mientras que con la aplicación del fertilizante químico se ingresó un 4 % menos (Cuadro 9). El ingreso neto mediante las ventas se vio favorecida con la aplicación del T6 y tuvo una diferencia de 1051 USD en comparación con la aplicación del fertilizante químico, esto probablemente por el incremento de los costos de producción (2320.10 USD) que tuvo la agricultura convencional (fertilización química) frente a la aplicación combinada de microorganismos benéficos (1382,70 USD). Como se evidencia (Cuadro 9), en todos los casos se obtienen ganancias; sin embargo, el tratamiento T6 es el más rentable con relación a la fertilización química.

Discusión

Varios trabajos a nivel global dan cuenta que las interacciones de microorganismos rizosféricos influyen directamente en los componentes de crecimiento de P. vulgaris, probablemente las bacterias promotoras del crecimiento vegetal (BPCV) proporcionan el nitrógeno y otros elementos minerales necesarios para el desarrollo vegetativo, la floración y formación de vainas (^{Rodríguez-Sahagún et al., 2020}), además, las BPCV ejercen un efecto directo en el aumento de la velocidad y porcentaje de germinación de semillas de fríjol (^{Moreno Reséndez et al., 2018}) posiblemente las BPCV generan un efecto hormonal, similar al del ácido giberélico, que aumentan el vigor y crecimiento del tallo y raíces, desde la germinación hasta la emergencia (^{Morocho & Leiva-Mora, 2019}).

El éxito de la nodulación en las plantas de P. vulgaris indicó una interacción beneficiosa de la bacteria con la leguminosa, lo cual coincide con estudios realizados por ^{Colás-Sánchez et al. (2018}), en donde semillas inoculadas con R. pisi (40983 y 40982) a los 42 días después de la siembra, presentaron mayores incrementos en el número de nódulos, con respecto al control. Resultados similares se obtuvieron al comparar la inoculación de Rhizobium con la fertilización química, en la cual la aplicación de un inoculante a base de Rhizobium indujo a la formación de mayores nódulos en relación con las plantas tratadas con fertilizante químico de fórmula completa (12-6-16-3) (^{Cabrera Romero et al., 2017}). La fertilización nitrogenada de 100 kg ha^-1 N tiene un efecto supresor sobre la nodulación, pero aun así hay presencia de nódulos y no se limita por completo (^{Cantaro-Segura et al., 2019}).

Las semillas inoculadas con R. leguminosarum bv. viciae + P. fluorescens + B. subtilis dieron los mejores resultados, con un porcentaje de germinación del 92 %. De manera similar, ^{de Souza et al. (2016)}, demostraron que el porcentaje de germinación, la longitud y el peso seco de las plantas de P. vulgaris se vieron significativamente afectadas con la inoculación de Rhizobium, con una tasa de germinación alta de 90,01 % y la más baja (78 %) en las plantas no inoculadas. Las bacterias del género Rhizobium pueden mejorar la germinación de las semillas a través de la producción y liberación de algunas sustancias reguladoras del crecimiento vegetal como la auxina, las citoquininas y giberelinas, que favorecieron positivamente en este propósito (^{González & Fuentes, 2017}).

Las PGPR actúan en los tejidos de las plantas, y facilitan el crecimiento y su desarrollo, esto se debe a que contribuyen con la fijación de nitrógeno en el suelo, activan la presencia de minerales de forma orgánica y promueven en las plantas la capacidad de solubilización de elementos no disponibles (^{Torres Pérez et al., 2022}). ^{Romero-García et al. (2016)}, informaron el efecto positivo de la inoculación de PGPR en el cultivo de fríjol, en estado de plántulas y en la floración observaron un incremento significativo en la altura de las plantas al aplicar R. etli y B. cereus. Datos que concuerdan con el T5 (Rhizobium y Bacillus) conseguidos en la investigación.

El diámetro del tallo, y la longitud de vainas no se vieron incrementadas en las plantas de fríjol var. Mantequilla. Trabajos similares de ^{Ruiz-Santiago et al. (2020}), al evaluar el diámetro del tallo de fríjol a los 15, 30, 45 y 60 días, no evidenciaron diferencias significativas entre plantas inoculadas y no inoculadas a base de R. etli. No obstante, las BPCV ejercen mecanismos en los cuales aprovechan directamente el nitrógeno del aire, y originan compuestos absorbibles y lo suministran a la planta, además, sintetizan diferentes fitohormonas como citosinas y auxinas, las cuales son responsables de que las células del cambium se dividan y multipliquen con rapidez, lo que genera un mayor diámetro del tallo en las plantas (^{González & Fuentes, 2017}). Según ^{Gutiérrez Gavonel (2016}) la longitud de vaina es una característica propia del cultivar (alta heredabilidad) aunque también influenciada por el ambiente.

En estudios similares destacaron el efecto de la co-inoculación de R. leguminosarum, P. putida, P. lurida, sus interacciones y el tratamiento control, mientras que, la inoculación doble/triple mejoró el rendimiento de grano en comparación con la inoculación simple, sin embargo, no evidenciaron diferencias significativas (^{Kumar Mishra et al., 2014}). La aplicación de Rhizobium y micorrizas en el cultivo de fríjol negro permite optimizar el proceso de fijación del nitrógeno atmosférico, la absorción de elementos nutritivos, estimular el desarrollo vegetal y aumentar el potencial productivo de las plantas (^{Liriano González et al., 2012}).

Bajo condiciones de invernadero la combinación de BPCV con Rhizobium incrementó el contenido de nitrógeno, en comparación con la aplicación individual de Rhizobium (^{Stajković et al., 2011}). La nodulación efectiva probada en las raíces de fríjol Mantequilla correspondió de manera positiva para que se fijen cantidades de N apropiadas (^{Tri Wahyudi et al., 2011}). Valores similares se obtuvieron con respecto al rendimiento, destacándose la inoculación con R. leguminosarum bv. viciae + P. fluorescens + B. subtilis y la fertilización química.

Diversos estudios realizados para evaluar el aumento en rendimiento promovido por los microorganismos benéficos, cuando se evaluó la acción de biofertilizantes, hubo un incremento positivo en el rendimiento agrícola con la inoculación de las especies de Rhizobium en comparación con el control (^{Colás-Sánchez et al., 2018}), lo que sugiere que las PGPR pueden ser usadas como estimulantes del rendimiento agrícola bajo condiciones similares a las del estudio y sobre todo en una agricultura sostenible. Cuando se evaluó el efecto en campo de la cepa nativa COL6 de R. leguminosarum bv. viciae se obtuvieron resultados similares a la investigación, el rendimiento estimado fue significativamente mayor con respecto a los demás tratamientos y similar a la fertilización química, al aplicar el inoculante bacteriano obtuvieron 1,77 t ha^-1 (^{Granda-Mora et al., 2017}).

Del análisis económico, en todos los casos se obtienen ganancias; sin embargo, el tratamiento T6 fue el más rentable con un 2,86 % más de ingresos en relación con la fertilización química. Trabajos similares llevados a cabo por ^{Flores et al. (1999)} mediante la aplicación de un inoculante biológico a base Rhizobium en fríjol en tres localidades distintas, el bioproducto presentó el mayor beneficio neto y una tasa de retorno marginal del 388 %. La aplicación de micorrizas en fríjol también mejoró la tasa de retorno marginal para el productor frente a la fertilización química (^{Espinoza Arellano et al., 2014}). También se reportó que la coinoculación de Rhizobium y Azospirillum es una tecnología eficiente para reemplazar los fertilizantes a base de N, ahorra gastos y previene riesgos ambientales (^{de Souza & de Brito Ferreira, 2017}). Estos resultados demuestran que el uso de los microorganismos benéficos resultan efectivos desde el punto de vista económico. Los resultados de la presente investigación apoyan el criterio que las PGPR permiten el incremento agrícola de fríjol común con el consiguiente efecto de la reducción de fertilizantes químicos.

Conclusiones

La inoculación del consorcio (R. leguminosarum bv. viciae + P. fluorescens + B. subtilis) en plantas de P. vulgaris var. Mantequilla incrementó el contenido total de nitrógeno en la parte área de las plantas, el crecimiento y rendimiento, y generó un mayor beneficio neto y rentabilidad. El rendimiento agrícola aumentó un 4,2 % con relación al fertilizante químico. El uso de PGPR constituyen una alternativa viable para reducir costos de producción en fríjol común y el impacto ambiental asociado a la fertilización sintética nitrogenada.