La simbiosis se define como la respuesta fisiológica de dos o más organismos frente a medios deficitarios. Es un caso particular de crecimiento donde el déficit nutricional lo favorece, es decir, si no hay déficit, no hay simbiosis. En particular, la simbiosis Rhizobios - leguminosa es la adaptación al desequilibrio de nitrógeno, por esa razón los suelos ricos en N dificultan la simbiosis y los suelos pobres en N la facilitan. Los suelos agrícolas, usualmente deficitarios en N posibilitan simbiosis muy eficientes. Las dos fuentes de N atmosférico y del suelo, como se mencionó, son complementarias para lograr un máximo rendimiento.

La relación Carbono/Nitrógeno (C/N), tanto en el suelo como dentro de la planta comanda el proceso: altas relaciones favorece simbiosis eficientes y bajas relaciones la inhiben. Por ejemplo: Una planta de soja aislada de la línea de cultivo (sin competencia), dispone de mucha luz y aprovecha una abundante fotosíntesis, eso resulta en una C/N alta y presenta una abundante nodulación. En cambio, una leguminosa inoculada en un suelo de desmonte con mucho N disponible en el suelo y por lo tanto una baja C/N, resulta en una pobre nodulación.

La FBN, muy económica para el hombre, es muy cara en términos de energía para la planta:

N₂ + 8 H⁺ + 8 ^e- + 16 MgATP 2NH₃ + 2 H⁺ + 16 MgADP + 16 Pi

Es decir existe total dependencia entre el aprovisionamiento de Energía (Fotosíntesis - Respiración) y la reducción del N₂ atmosférico a N amoniacal dentro de los nódulos. Así, la planta regula el numero de nódulos que puede soportar debido que la FBN es muy cara para ella.

Los nódulos de las leguminosas producen hasta 10 veces su propio peso de N por día. Para evitar la auto inhibición necesitan eliminar el N asimilado de los nódulos haciéndolo vía transporte rápido por el xilema, que lleva el agua desde las raíces a la parte superior de la planta. En sentido contrario, por el floema. los nódulos se nutren con los fotosintatos producidos en las partes verdes de la planta. Así los nódulos de los Rhizobios actúan como simples bacteroides productores de NH₄ dejando a la planta pagar el costo de la asimilación.

Como la asimilación es energéticamente mas cara que la absorción de N del suelo, las leguminosas desarrollaron mecanismos fisiológicos que permiten disminuir o anular la FBN ante suficiente N mineral en el suelo. Debido a estos mecanismos, cuando hay suficiente N disponible en el suelo, la FBN tiende a cero. En ausencia de N se produce el desbloqueo de estos mecanismos y se restablece la FBN.

En síntesis, mientras el sistema de cultivo es pobre en N, las leguminosas lo aportan al sistema; por el contrario, en sistemas ricos en N, las leguminosas lo extraen del suelo. Por ejemplo: una soja de 30 q/ha y 40 % de proteína, representa 1200 kg de proteínas/ha, que representan aproximadamente unos 190 kg de N/ha (Proteína: 6,25 % N). Por otro lado, un suelo que tenga entre 1,5 y 2,0 % de M.O. y una tasa de mineralización anual de N entre el 2 y 4 %, representan unos 40 a 50 kg de N/ha al año que aportan a los cultivos, el remanente de N en el suelo de los rastrojos de año anterior son otros 30 a 40 kg /ha N, totalizando un total entre 70 y 90 kg /ha de N del suelo, que con un factor de eficiencia de 0,75 hacen un total 50 - 70 kg N disponible por ha. Así el balance resulta, sin la contribución de la FBN, deficitario en 130 kg ha año (190 - 70). Si hiciéramos el calculo con alfalfa, que produce 20 t de MS/ha/año y 20 % de proteína (4000 kg de proteína/ha/año) representarían un total 640 kg de N/ha/año de extracción de N del sistema .  

Como se relacionan las cepas introducidas en el inoculante con las presentes en el suelo ?

La eficiencia de la nodulación depende de la cepa que coloniza, el lugar de la raíz donde lo hace, y las condiciones de desarrollo de las plantas. En todos los casos, el tipo de laboreo influye sobre el equilibrio de la microflora.

Las cepas naturalizadas son mas resistentes, mas competitivas y menos eficientes en la FBN. Así, las labranzas, que permiten mayor disponibilidad de agua y mejor oxigenación a la siembra, favorecen a las cepas introducidas, es decir condiciones no estresantes y altas concentraciones de inóculo en la semilla. En condiciones de suelo mas estresantes, suelos mas secos, o mas compactados se favorecen las cepas naturalizadas, ya que estas son mas hábilmente competitivas. Para la soja en particular, ante condiciones no estresantes, los nódulos se ubican en la raíz primaria, mientras que en condiciones estresantes los nódulos se ubican en la raíz secundaria. Lo mas importante de estas diferencias se refieren a la capacidad de fijación de estos nódulos: a igual peso de nódulos, los de la raíz primaria fijan cerca de 10 veces mas N que los situados en la raíz secundaria ( 36.0 vs 2.9 m M/mg/hora).

Como influye el suelo y las labranzas en el ambiente de las bacterias del inóculo ?

Toda labranza que aumente la relación C/N del suelo produce inmovilización temporaria del N por asimilación de las bacterias, y se favorece por lo tanto la FBN. Una inmovilización inicial con posterior liberación permitirá aumentar la complementariedad de las fuentes. Mientras el N se encuentre inmovilizado la fijación biológica se favorece, mientras se mineraliza el N se favorece la asimilación directa de la planta. Los rastrojos del cultivo antecesor influyen decididamente al modificar la relación C/N del substrato. Con una relación C/N mayor a 35:1 se produce inmovilización del N del suelo; por el contrario, con una relación C/N menor a 30:1 se produce la mineralización del N edáfico. En otras cifras, si el contenido de N del rastrojo es menor a 1.7 %, se inmoviliza N del sistema, y si es mayor se libera N al sistema. Como los rastrojos de cereales tienen generalmente cerca de 0,5 % de N se facilita la FBN; el rastrojo de soja tiene un promedio de 1,7 % de N, por lo tanto su efecto es neutro, en cambio un residuo de alfalfa con mas de 3 % de N se dificultaría la FBN.

Las plantas de cultivo son malas competidoras frente los microorganismos cuando el nivel de N inorgánico en el suelo es bajo. Por ejemplo, un rastrojo con 1 % de N, inmoviliza N por una semana aproximadamente, y lo libera 3 a 4 meses después. Esto es de máxima importancia para la FBN por la complementariedad de las fuentes.

Una vez que las bacteria se implantó y formó nódulos, la eficiencia de la FBN depende las de condiciones de crecimiento de la planta. Es decir la temperatura, radiación, tenor de oxigeno y muy especialmente la disponibilidad hídrica, condicionen el proceso. Esto ultimo se debe a que la FBN es extremadamente sensible al estrés hídrico. La razón principal es que el estrés hídrico resulta en un gasto energético mayor, y la planta privilegia su economía del agua antes que alimentar a los nódulos.

Cada vez que el agua útil disminuye por debajo del 60 %, umbral critico para la soja durante el llenado de granos, se compromete también la fijación de N, que es máxima en esta etapa disminuyendo el rinde potencial. Normalmente la capacidad de fijación de los nódulos se restablecen si las condiciones de sequía no son tan severas o duran muchos días, no obstante llega un punto ( menos del 10 % del agua útil) que aunque los nódulos, y el cultivo, recuperen su humedad al llover o regarse, la capacidad de fijación de los nódulos, medida por la actividad de la nitrogenasa, no se recupera mas.

Que sabemos respecto de la necesidad de reinoculación en soja ?

En una gran extensión del área sojera, es común no recomendar la reinoculación debido a la falta de efectos visibles sobre los rendimientos. Por experiencia local y extranjera se indican algunos hechos que podrían hacer cambiar de opinión a quienes realizan esas recomendaciones, sobre todo considerando que las cepas mejoradas son mas eficientes en la FBN que las naturalizadas. El equilibrio de las poblaciones de rizobios pueden alterarse con adiciones sucesivas de otras cepas. La diferencia a favor de la cepa inoculante ocurre recién después del 3er ciclo. Solo cepas muy competitivas pueden alterar el equilibrio; otras, hasta el 5to ciclo no lo hacen. Las inoculaciones alternadas pueden no tener ningún efecto, mientras que las anuales y repetidas, sí. En resumen:

• Los suelos vírgenes en nuestros país no contienen cepas del rizobio especifico de soja (Bradyrizhobium japonicum)

• Cuando se inocula con el rizobio especifico, la bacteria se naturaliza en los suelos,

• Las cepas introducidas de B. Japonicum naturalizadas puede permanecer en el suelo mas de 10 años, (se calcula en mas de 30 años).

• Al cabo de 4 a 5 años luego de introducida, la cepa cambia tanto que es prácticamente diferente de la original.

• Las cepas naturalizadas son mas competitivas y mas resistentes al estrés pero menos eficientes en la FBN que las recientemente introducidas.

• En los suelos con historia sojera (cepas naturalizadas) cerca del 80 % de los nódulos formados pertenece a las bacterias del suelo y un 20 % a las introducidas por el inoculante.

• Para que el 50 % de los nódulos se formen con cepas inoculadas la concentración del inóculo debe se r mas de 1000 veces superior a la población naturalizada por gramo de suelo.(Ej. si en el suelo hay 10⁶ bacterias/gramo, en el inoculante debe haber 10⁹ bacterias por gramo.

• Debe existir mas de dos veces y media B. japonicum por semilla que por gr. de suelo para que el 50 % de los nódulos sean de la cepa inoculada.

• La soja de 1ra. sembrada en un campo sojero tiene pronta y abundante nodulación.

• La soja de 2da. o de 1ra. sembrada en un suelo con poca humedad se demora la nodulación y cuando ésta se produce tiende a ubicarse en las raíces secundarias

• Suelos con población de B. japonicum, inferior a 1000 bacterias /g de suelo responden económicamente a la reinoculación: 50 % de los nódulos pertenecerían a las bacterias inoculantes.

• La reinoculación de plantas adultas no es factible, ya que las raíces primarias son receptivas solo en los primeros días.

• Es posible desplazar el equilibrio por adiciones sucesivas y constantes de cepas competitivas.

• La mortandad de B. Japonicum sobre semillas que se secan o asolean es extremadamente brusca.

• El problema de la reinoculación es por competencia bacteriana

Que podemos inferir para realizar recomendaciones ?

• En campos sin historia sojera Inocular siempre

• En campos con historia sojera Inocular con muy buena concentración : Las chances de lograr la producción de nódulos con la cepa del inoculante es mas del 20 %.

• En soja de 2da o de 1ra. con suelos seco Inocular siempre

• La insistencia de la inoculación con buen inoculante Favorece la nodulación eficiente

• El cambio anual de diferentes inoculantes No tendría mayor repuesta.

• El consejo de inocular una vez cada 3 años No seria razonable

• Si el costo del inoculante no es alto (aproximadamente = 10 kg de semilla) Inocular siempre

• Con muy buen inoculante, una buen técnica de aplicación y bajo costo Inocular siempre.

• Sin esas condiciones, Carece de sentido reinocular campos con historia sojera.

La siembra directa favorece la nodulación durante los primeros años, cuando por mineralización neta es menor y la denitrificación es mayor, restando N disponible del sistema. Con el tiempo, luego de varios años de SD, por mayor acumulación de N orgánica se incrementa la oferta de N y el efecto se neutraliza.

La FBN es mínima hasta R3, aumenta hasta R5-R6 y luego cae.. En su punto máximo una soja de alto rendimiento de 35 q/ha puede incorporar 5 kg N/ha/día, 2 kg/ ha/día provienen del suelo y 3 kg /ha/día por la FBN, es decir , la FBN es responsable de cerca de 10 q/ha de grano