LOS ORGANISMOS DEL SUELO

Transcripción

1 LOS ORGANISMOS DEL SUELO José L. Pantoja Universidad de Las Fuerzas Armadas ESPE Depto. Ciencias de la Vida y la Agricultura IASA Oficina: 011 (593) Ext Celular: 011 (593) jlpantoja1@espe.edu.ec

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3 Links de interés Calidad biológica del suelo: Parte 1: Parte 2: Microorganismos importantes para el suelo: 6zkdPXw Microorganismos y materia orgánica: wphunaiq

4 Ciclo de la material orgánica

5 Plaster, E Soil science and management. 6 th Ed. Cengage Learning. 544 p.

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7 Organismos del suelo Contribuyen a la formación de la material orgánica. Convierten la materia orgánica en CO 2 o en compuestos orgánicos (i.e., ácidos). Los ácidos disuelven rocas. Inmobilización y mineralización. Cambian la disponibilidad de nutrientes importantes para las plantas.

8 Organismos del suelo Su actividad es clave en la productividad de los suelos, pero pueden haber limitaciones de: Humedad. Temperatura. ph. Disponibilidad de nutrientes. Disponibilidad de O 2. Textura y estructura. Cantidad y tipo de sustrato. Manejo del suelo. Luz.

9 Perfil del suelo Variaciones en humedad y temperatura. Variaciones en color (cantidad de material orgánica). Variaciones en textura y estructura. Variaciones en el grado de meteorización. Variaciones en el potencial osmótico (por presencia de sales).

10 Organismos del suelo < 2% de los micro-organismos del suelo han sido identificados Plaster, E Soil science and management. 6 th Ed. Cengage Learning. 544 p.

11 Organismos del suelo Un gramo de suelo del horizonte A puede llegar a tener (Anrango, 2009): 2500 millones de bacterias. 500 mil hongos. 50 mil algas. 30 mil protozoos.

12 Organismos del suelo Al añadir al suelo materiales frescos (estiércol y residuos vegetales): Aumenta el número de organismos. Se reduce la disponibilidad de nutrientes (Inmobilización). Se liberan nutrientes (mineralización). La población de organismos se reduce (se estabiliza) a su nivel normal a medida que progresa la descomposición.

13 Organismos del suelo y el agroecosistema

14 Organismos del suelo: Clasificación Por su tamaño: Macro-organismos (topos, lombrices de tierra, gusanos, hormigas, artrópodos). Micro-organismos (bacterias, hongos, algas, actinomicetos). Por su función: Organismos benéficos. Organismos parasíticos o destructivos (de plantas o cosechas).

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16 Macro-organismos Activos en descomponer los residuos de plantas y animales superiores. Esto los hace indispensables en la primera etapa de descomposición de la materia orgánica. Que macroorganismos prevalecerán? Dependerá de condiciones especificas de textura del suelo, cantidad y tipo de sustrato (material orgánica en descomposición), disponibilidad de O 2, ph, humedad, temperatura. Las condiciones que favorecen a unos, son perjudiciales para otros.

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21 Artrópodos

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23 Ácaros

24 Escamas

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26 Micro-organismos Microscópicos. Diferentes funciones en el suelo.

27 Micro-organismos Hongos Las células se unen en hifas, las cuales unen partículas de suelo formando estructura. Descomponen la lignina y la celulosa.

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29 Hifa de hongo agregado al suelo

30 Micro-organismos Actinomicetos Heterótrofos, activos en descomponer la materia orgánica. Emiten filamentos por lo que estabilizan la estructura del suelo.

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32 Micro-organismos Bacterias En forma de barras u óvalos, tienen 2 micras de diámetro. Casi todas son heterótrofos, por lo que toman parte activa en la descomposición de la materia orgánica.

33 Bacteria pseudomona

34 Micro-organismos Algas Buenos colonizadores de suelos infértiles y anegados, y preparan el medio para la colonización de plantas superiores. Hacen fotosíntesis e incorporan C y polisacáridos. En suelos áridos se asocian con un hongo que las protege (liquen), son activos en la descomposición de rocas. Las algas azules-verdes (cianobacterias) fijan N.

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37 Requerimientos fisiológicos Heterótrofos: Usan compuestos orgánicos como su fuente de C. Autótrofos: Usan CO 2 o carbonatos como fuente de C.

38 Requerimientos fisiológicos Fotoautótrofos: Derivan la energía de la fotosíntesis. Quimioautótrofos: Obtienen energía de la oxidación de compuestos.

39 Requerimientos fisiológicos Zimógenos: Se proliferan rápidamente en la presencia de sustratos orgánicos. Autóctonos: Consumen compuestos resistentes a la descomposición a una tasa constante.

40 Requerimientos fisiológicos Aeróbicos: Requieren O 2 para oxidar la materia orgánica y derivar energía. Anaeróbicos: Proliferan en la ausencia de O 2, usando NO 3-, Fe 2 O 3, y Mn 2 O 3 como aceptores de e - para oxidar la materia orgánica y derivar energía.

41 Requerimientos fisiológicos

42 Ciclo del nitrógeno ATMOSPHERE GLOBAL WARMING N 2 O NO N 2 SYMBIOTIC MESQUITE RHIZOBIUM ALFALFA SOYBEAN N 2 FIXATION NON-SYMBIOTIC BLUE-GREEN ALGAE AZOTOBACTER CLOSTRIDIUM INDUSTRIAL FIXATION HABER BOSCH (1200 C, 500 atm) 3H 2 + N 2 2NH 3 LIGHTNING, RAINFALL FERTILIZATION MATERIALS WITH N CONTENT > 1.5% (COW MANURE) PLANT AND ANIMAL RESIDUES MATERIALS WITH N CONTENT < 1.5% (WHEAT STRAW) PLANT LOSS AMINO ACIDS NH 3 NH 2 OH ORGANIC MATTER MICROBIAL DECOMPOSITION IMMOBILIZATION AMINIZATION HETEROTROPHIC R-NH 2 + ENERGY + CO 2 BACTERIA (ph>6.0) FUNGI (ph<6.0) R-NH 2 + H 2 O AMMONIFICATION AMMONIA VOLATILIZATION ph>7.0 IMMOBILIZATION R-OH + ENERGY + 2NH 3 Pseudomonas, Bacillus, Thiobacillus Denitrificans, and T. thioparus OXIDATION STATES NH 3 AMMONIA -3 NH + 4 AMMONIUM -3 N 2 DIATOMIC N 0 N 2 O NITROUS OXIDE 1 NO NITRIC OXIDE 2 NO - 2 NITRITE 3 NO - 3 NITRATE 5 N 2 O 2 - DENITRIFICATION LEACHING LEACHING NO 2 - DENITRIFICATION ph 7.0 LEACHING VOLATILIZATION NITRIFICATION LEACHING TEMP 50 F NO 3 - POOL LEACHING MINERALIZATION + NITRIFICATION MICROBIAL/PLANT SINK NITRIFICATION Nitrobacter + O 2 FIXED ON EXCHANGE SITES 2NH OH - Nitrosomonas 2NO H 2 O + 4H + ADDITIONS LOSSES OXIDATION REACTIONS +O 2 REDUCTION REACTIONS

43 Ciclo del fósforo

44 Ciclo del azufre

45 Requerimientos fisiológicos Facultativos: Se pueden adaptar en la ausencia o presencia de O 2. Termófilos: Sobreviven a altas temperaturas (i.e., en la fermentación de estiércoles).

46 Protozoarios Controlan las poblaciones de hongos y bacterias. Algunos son parasíticos para las plantas.

47 Protozoo flagelado

48 Protozoo ciliado

49 Nematodo

50 Competencia entre microorganismos

51 Organismos benéficos: Asociación

52 Organismos benéficos: Asociación Porcentaje del volumen total de suelo ocupado por raices en los primeros 20 cm de suelo. Cultivo Volumen de raíz (%) Pasto azul 2.8 Pasto de invierno 0.9 Avena 0.6 Soya / fréjol Maíz 0.4 Adaptado de Barber (1984), Soil Nutrient Bioavailability.

53 Otros organismos benéficos

54 Organismos parasíticos

55 Microorganismos y labranza

56 Microorganismos y labranza

57 Microorganismos y labranza

58 Microorganismos y cultivos de cobertura

59 FIJACIÓN BIOLÓGICA DE NITRÓGENO E IMPORTANCIA DE LAS MICORRIZAS

60 Fijación Biológica de Nitrógeno Algunos microorganismos del suelo fijan N de la atmósfera, el cual puede ser utilizado por las plantas. El N 2 es reducido a la forma amoniacal (NH 3 ) por la enzima nitrogenasa. La nitrogenasa requiere energía para funcionar y contiene Fe y Mo, estos son obtenidos de la planta hospedera, materia orgánica del suelo, o directamente de la fotosíntesis (algas y líquenes). La nitrogenasa es muy sensible al O 2 por lo que la planta hospedera lo excluye por varios mecanismos. La cianobacteria llega a aportar al suelo 50 kg/ha/año, lo que la hace muy importante en los ecosistemas y en la agricultura.

61 Fijación Biológica de Nitrógeno Requerimiento Fisiológico No simbióticos (libres) Aeróbicos heterótrofos Anaeróbicos heterótrofos Autótrofos Simbióticos Géneros que contienen fijadores de N Azotobacter, Azotococcus, Beijerinckia Clostridium, Bacillus, Klebsiella, Enterobacter. Nostoc, Anabaena y Calothrix Rhizobium, Bradyrhizobium, Frankia, Nostoc, Anabaena

62 Aportes de N por los Organismos Fijadores Organismo Aporte kg/n/ha/año Cyanobacteria 50 Azotobacter (heterotrofos libres) 1 Leguminosas herbaceas Leguminosas de grano

63 Nódulo de Rizobium infectando una raíz de Trébol

64 Nódulos de Rizobium en Soya y Trébol

65 Aminización, amonificación, y Nitrificación N orgánico descompuesto por los micro-organismos del suelo para generar NH 4 + (amonio). El amonio es transformado por la bacteria Nitrosomona a NO 2 -. El NO 2- es transformado por la bacteria Nitrobacter a NO 3-. NH 4 + y NO 3 - pueden ser absorbidos por la planta. En suelos bien drenados predomina el NO 3 - sobre el NH 4+.

66 Aminización, amonificación, y Nitrificación

67 Denitrification La reducción de NO 3 - o NO 2 - a N 2 y óxidos de nitrógeno por la actividad microbiana. El proceso resulta en pérdida de N a la atmósfera. Especies de bacterias del géneros Pseudomonas y Alcaligenes son conocidos como denitrificadoras. Estos organismos son facultativos anaeróbicos.

68 Denitrification N 2 N fixation immobilization NO - 3 Plants R-NH 2 Nitrification NH + 4 Ammonification

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71 Micorrizas Hongos de especies específicas asociados por simbiosis a la raíz de la planta. Endo y ecto-micorrizas, dependiendo si infectan o no el interior de la célula de la hospedera. Las hifas del hongo incrementan el volumen de suelo explorado, dándole a la raíz más extensión para acceder a agua y nutrientes. El hongo aporta agua y P a la planta. La planta proporciona material nutritivo al hongo.

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73 Requerimiento de N para Descomponer la Materia Orgánica El rango promedio de C:N en la biomasa de los microorganismos es 8:1. Los micro-organismos son 30-35% eficientes en la incorporación de C a su biomasa. El resto del C es eliminado a la atmósfera como CO 2. Mayor contenido de C en el rastrojo de cultivos (lignina, celulosa, hemicelusosa, etc.) resulta en mayores requerimientos de N para su descomposición. En residuos donde la relación C:N es > 30 hay fijación de N, cuando la relación es de hay balance en la fijación y liberación de N, si la relación es < 20 hay liberación de N.

74 Requerimiento de N para Descomponer la Materia Orgánica Ejemplo 1 (cereales): kg/ha de materia seca de rastrojo de maíz. El rastrojo tiene 45% de C y 1% de N. La eficiencia de los micro-organismos en conversión de C es del 30%. La relación C:N en la biomasa de los microorganismos es 8:1. Cuanto N adicional hay que aplicar al suelo para descomponer el rastrojo de maíz. Respuesta 70 kg N/ha.

75 Requerimiento de N para Descomponer la Materia Orgánica Ejemplo 2 (leguminosas): 3000 kg/ha de materia seca de rastrojo de soya o frejol. El rastrojo tiene 40% de C y 3% de N. La eficiencia de los micro-organismos en conversión de C es del 30%. La relación C:N en la biomasa de los microorganismos es 8:1. Cuanto N adicional hay que aplicar al suelo para descomponer el rastrojo de maíz. Respuesta = No hay que añadir N, pues hay un excedente de 45 kg N/ha en el rastrojo.

76 C:N Inmovilización y Mineralización Inmovilización Equilibrio Mineralización Semanas

77 Corn Yield (ton/ha) Efecto de la Inmobilización de N en la Producción Corn / Corn Corn / Hay Corn / Alfalfa

78 Ejercicio grupal por 1 punto Un agricultor sembró maíz y frejol juntos con una dosis de fertilización de 150 kg N/ha. El siguiente año desea sembrar lo mismo, pero no sabe si debe aplicar o no la misma cantidad de N debido al rastrojo que tienen en su finca. Los datos con los que cuenta son: El rastrojo de maíz aporta 8000 kg/ha de materia seca, y el de frejol 2000 kg/ha. Las concentraciones de C y de N son: 45 y 1%, y 40 y 3%, para maíz y frejol, respectivamente. La eficiencia de los micro-organismos en conversión de C es del 35%. La relación C:N en la biomasa de los microorganismos es 8:1. Cuánto N en total (incluidos los 150 kg N/ha para el cultivo) debe aplicar el agricultor?

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