E l s u e lo y la fe rt ilida d e n

Transcripción

1 E S C U E L A T É C N IC A S U P E R IO R DE IN G E N IE R ÍA A G R O N Ó MIC A Y DE L ME DIO N A T U R A L E l s u e lo y la fe rt ilida d e n A g ric u lt u ra E c o ló g ic a C a rc a ix e n t Mª Do lo re s R a ig ó n J im é n e z

2 Se denomina suelo al sistema estructurado, biológicamente activo, que tiende a desarrollarse en la superficie de las tierras emergidas por la influencia de la intemperie y de los seres vivos.

3 La formación del suelo es un proceso de recambio sucesivo de unas especies por otras, cuya principal limitación son las condiciones climáticas y del medio. ROCA Atmósfera Biosfera Hidrósfera METEORIZACIÓN Resistatos Minerales heredados Minerales transformados Minerales neoformados Materiales solubles FORMACIÓN DEL SUELO Pérdidas por erosión Pérdidas por lavado

4 Durante la meteorización de la roca madre y principalmente debido al lavado del suelo, los nutrientes de la parte superior son traslados hacía el interior del suelo, constituyendo los horizontes. En el suelo poco a poco se va desarrollando la vida hasta depender la conservación del mismo de los seres que en él habitan.

5 Como consecuencia: El suelo es un medio natural consistente en diferentes niveles (horizontes) de composición variable, diferentes en función de la roca madre y su composición morfológica, física, química y mineral.

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7 El suelo es el sustrato, el soporte natural para las plantas. Contiene los elementos que las plantas necesitan para vivir. En este medio se producen múltiples y complejas interacciones que tienen lugar entre los componentes minerales, materia orgánica, agua y organismos vivos, incluyendo los microorganismos que constituyen la matriz del suelo. La calidad de un suelo se puede definir como su capacidad para mantener su productividad biológica.

8 El suelo es un ecosistema sobre el que actúan factores edáficos, climáticos y biológicos. Tª; Humedad; Lluvia;... Aireación; Textura; Elementos; ph; κ;... Edáficos Climáticos Biomasa edáfica SUELO Biológicos Nutrientes FERTILIDAD Suelo Sano Estructura Actividad Estos factores y sus transformaciones pueden modificar y descomponer el suelo. El hombre actúa directamente sobre los factores biológicos.

9 Fertilidad del suelo CONCEPTO: Es la CAPACIDAD de suministrar nutrientes a la planta. No sólo en cantidad necesaria sino que estén disponibles para las raíces y protegidos contra la lixiviación

10 Fertilidad del suelo Su misión es la de dar soporte a las raíces, y FÍSICA permitir el paso de aire y agua Textura parámetros Estructura Porosidad QUÍMICA TIPOS: Permeabilidad BIOLÓGICA

11 Fertilidad del suelo FÍSICA TIPOS: Condicionan la capacidad de QUÍMICA asimilación de nutrientes parámetros BIOLÓGICA ph CIC %Saturación de Bases

12 Fertilidad del suelo FÍSICA TIPOS: QUÍMICA BIOLÓGICA Se refiere a la actividad de los organismos del suelo, que influyen sobre el estado de la materia orgánica

13 Nutriente o elemento asimilable: elemento nutritivo que, en unas condiciones físico-químicas determinadas en el sistema suelo-planta está en disposición de ser absorbido por la planta. Macronutrientes: N, P, K Micronutrientes: Fe, Zn, Cu, B, Mn Secundarios: S, Mg, Ca

14 Depósito Depósito microbiano Degradación Absorción microbiana Degradación PO43orgánico insoluble Absorción microbiana Muerte Muerte Plantas Animales Exudación PO43- inorgánico soluble PO43- Degradación orgánico soluble Roca ígnea Fertilizante Liberación por ácido y H2S Erosión PO43Precipitación inorgánico insoluble Tratamiento industrial Sedimentos Depósito

15 Los nutrientes en el suelo: ciclo del azufre Emisiones volátiles de S S atmosférico S extraído por la cosecha Fertilizantes S S planta APORTE ANTROPICO er al iza ció n APORTE NATURAL m in Asimilación por las plantas ov m n i Sulfato soluble d ión ción rc es o ión ió alizac r e n i m S orgánico suelo n C-S-0 S-H Reducción sulfato disimilatoria n c ió riza teo me Sulfato adsorbido ción lixivia or ads ac li iz Biomasa microbiana S Capilaridad SUELO S mineral Lixiviación de S orgánico Freáticos S

16 Oxidantes de Mn Mn2+ MnOOH MnO2 Difusión Precipitación Región aerobia Región anaerobia MnOOH MnO2 Reductores de Mn Mn2+

17 Proteinas SISTEMA CONVENCIONAL Amino acidos Amidas NH3 Fertilización Urea NH + 4 NO3 NO3- N2, NO2, NO, N2O - Riego NO3Urea Amides NH3 NO3- NH4+ NO3- Nitrificación Lixiviación NO2- NO3- Desnitrificación NH4+

18 Proteinas Amino acidos Amidas SISTEMA ECOLÓGICO NH3 NO3- Fertilización orgánica N2, NO2, NO, N2O N2 Riego Humificación NO3- Fixación simbiotica Amides NH3 NO3- Humus Mineralización NH4+ NO3- Nitrificación Lixiviación NO2- NO3- Desnitrificación NH4+

19 Atmósfera CO2 Fotosíntesis Mineralización Respiración Plantas Animales y (CH2O) microorganismos Combustión Meteorización Combustibles Materia Orgánica fósiles CO Tubas y otros CH4 Microorganismos CO2 agua Metanización (anaerobiosis) Animales Plantas acuáticos acuáticas Precipitación como CaCO3

20 La materia orgánica es una fuente de carbono y energía para los microorganismos. Los procesos de transformación de la materia orgánica son: Humificación. La materia orgánica se descompone en humus. Mineralización. El humus se descompone en elementos minerales y nitratos. La MICROFAUNA EDÁFICA actúa principalmente sobre la desintegración, descomposición, mezcla y simplificación de la materia orgánica con el objetivo de obtener energía y carbono, necesarios para sus funciones vitales favoreciendo indirectamente la formación del suelo.

21 La BIOMASA se encarga y actúa sobre: La fijación simbiótica del nitrógeno y sus transformaciones minerales. La síntesis de enzimas del suelo. La biodegradación y bioreparación. La transformación de metales. El ciclo del carbono. La producción de gases del efecto invernadero y la contaminación atmosférica. La descomposición de la materia orgánica Cementante de limos y arcillas floculadas (macroagregados). Incrementando el contenido en agua de los suelos. Favoreciendo la asimibilidad de elementos nutritivos. Acidificando, aporta H+ e ión NH4+ tras la mineralización.

22 Influencia de la materia orgánica en los suelos Parámetros físicos: Aumento de la capacidad calorífica Reducción de las oscilaciones térmicas Agregación de partículas elementales Aumento de la estabilidad estructural Mejora del drenaje y las labores Reducción de la erosión Mejora del balance hidríco

23 Influencia de la materia orgánica en los suelos Parámetros químicos: Aumento del poder tampón Aumento y conservación de la capacidad de cambio catiónico Formación de quelatos Mantenimiento de las reservas de nitrógeno Mejora la nutrición mineral de los cultivos

24 Influencia de la materia orgánica en los suelos Parámetros biológicos: Favorece la respiración celular Favorece la germinación de semillas Favorece el estado sanitario de órganos subterráneos Regula y modifica la actividad microbiana Es fuente de energía para microorganismos heterótrofos Favorece la solubilización mineral, por el CO2 desprendido Contrarresta el efecto de algunas tóxinas Activa la rizogénesis

25 HUMUS Extracción con disoluciones acuosas básicas Fracción soluble Fracción insoluble ÁCIDOS HÚMICOS ÁCIDOS FÚLVICOS HUMINA Tratamiento con disoluciones ácidas Fracción soluble ÁC. FÚLVICOS Fracción insoluble ÁC.HÚMICOS ÁC.HIMATOMELÁNICOS Alcohol

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27 Los ácidos fúlvicos en los suelos Definición: Grupo de sustancias que se extraen del suelo mediante álcalis y no precipitan en medio ácido. Estructura: Macromolécula constituida por compuestos de carácter orgánico de distinto origen. Con mayor predominio de cadenas laterales frente a las aromáticas. Se distinguen por su mayor contenido en grupos funcionales de ácido carboxílico e hidroxifenólico. Configuración: Estructura lineal. Efectos sobre el suelo: Formación de quelatos con cationes polivalentes, capacidad para destruir la fracción mineral, aumento del contenido en ion fosfato, etc.

28 Los ácidos fúlvicos en los suelos

29 Los ácidos húmicos en los suelos Definición: Grupo de sustancias que se extraen del suelo mediante álcalis y precipitan en medio ácido. Estructura: Macromolécula constituida por compuestos de carácter aromático de distinto origen. A ellos se unen aminoácidos, péptidos, ácidos alifáticos y otros compuestos orgánicos. Configuración: estructura multitud de poros internos. blanda, esponjosa, con Efectos sobre el suelo: Aumenta la capacidad de retención de agua, formación de quelatos con cationes polivalentes, mejora de la C.I.C. y mejora de la nutrición.

30 Los ácidos húmicos en los suelos

31 La humina en los suelos Definición: Grupo de sustancias que son más difíciles de extraer y de aislar del suelo, quedando como residuo en la extracción con álcalis. Humina microbiana: Diferentes metabolismos microbianos y compuestos alifáticos. Estructura: Humina heredada: Semejante a la materia orgánica fresca. Humina neoformada: resultado del proceso de inmovilización por los cationes. Humina estabilizada: resultado de la evolución de los ácidos húmicos. Efectos sobre el suelo: Se corresponde con la fracción ligada íntimamente a la arcilla, constituyendo el complejo arcillohúmico. Es la parte del humus con función extructurante.

32 La humina en los suelos

33 Ácidos Húmicos E nero M ayo 2002 A B C D E nero % Ác. húmicos % Ác. fúlvicos Ácidos Fúlvicos M ayo A TRATAM IENTO B C D TRATAM IENTO Tendencia similar Enero Tratamientos A y B presentan valores más elevados, debido al aporte Mayo Tratamientos C y D presentan valores más elevados, debido a que la realizado en septiembre. En C y D los valores son inferiores porque no dosis de m. o. aportada en febrero fue mayor en estos dos tratamientos se abonaba desde febrero del año anterior

34 Los microorganismos del suelo, sus funciones e interacciones son responsables de la mayor parte de la actividad biológica y son fundamentales para comprender el funcionamiento global del suelo y poder establecer modelos de fertilidad e incluso de control y sanidad de este ecosistema.

35 Cadena trófica en el suelo Resultados y Discusión Artrópodos Nematodos Consumidores de raíces Artrópodos Predadores Hongos Micorrizas, saprófitos Plantas Semillas y raíces Materia Orgánica Residuos procedentes de plantas, animales y microorganismos Primer nivel trófico: Fotosintetizadores Nematodos Consumidores de hongos y bacterias Aves Nematodos Predadores Protozoos Amebas, flageladas y ciliadas Animales Bacterias Segundo nivel trófico: Descomponedores Mutualistas Patógenos Parásitos Consumidores de raíces Tercer nivel trófico: Predadores Ácaros Colémbolos Isópteros Cuarto nivel trófico: Nivel de predadores de microorganismos superiores Quinto nivel trófico: Nivel de predadores superiores

36 En función del tamaño se dividen en macrofauna, mesofauna, microfauna y microorganismos. La macrofauna mejora la estructura del suelo, ya que acelera la descomposición de la materia orgánica, la mezcla mejorando la fertilidad del suelo y aumenta la ventilación, y las propiedades físicas del suelo. Actúa como depredadora de microorganismos. Se clasifica en artrópodos y lombrices de tierra. Las lombrices desempeñan distintas funciones: descomponen la materia orgánica, aumentan el contenido en carbono y nitrógeno, mejoran la aireación, aumentan la emisión de gas metano y son indicadores de contaminaciones.

37 Los artrópodos constituyen una porción elevada de los animales del suelo. Se suelen asociar a la depredación. Entre los artrópodos más importantes cabe destacar: Arácnidos: Fragmentan y descomponen los materiales orgánicos y sus heces constituyen un hábitat de microorganismos, utilizándose como bioindicadores (Koehler, 1999). Miriápodos: Se alimentan de la materia orgánica muerta. Son esenciales en la descomposición de la hojarasca. Colémbolos: Se alimentan de tejidos muertos animales y vegetales, de excrementos (detrívoros), de humus y de bacterias, hongos y esporas (microbívoros). No tienen un papel importante en la producción de nutrientes del suelo, pero participan activamente en la fragmentación de la hojarasca.

38 Los nematodos son los organismos más representativos de la mesofauna. Sus funciones son: Dispersión de microparásitos en el suelo Regulan las poblaciones microbianas con la depredación Son indicadores biológicos de las condiciones del suelo Parasitan plantas y animales Contribuyen a la mineralización del nitrógeno La microfauna está constituida por protozoos y arqueozoos. Son depredadores de bacterias y algas, patógenos y contaminantes del agua potables. Indicadores de la calidad ambiental, realzan los ciclos nutricionales, estimulan la descomposición de la materia orgánica, tienen efecto en la distribución y nutrición de nematodos y son factores biológicos reguladores de poblaciones de insectos. Las algas son organismos fotosintetizadores. Fijan el nitrógeno atmosférico contribuyendo a la fertilidad del suelo. Contribuyen a eliminar CO2, a la formación de carbono orgánico y a la formación de la estructura del suelo. Son colonizadores de ecosistemas desérticos.

39 Los hongos son la fracción más grande de la biomasa microbiana. La principal función es la descomposición de la materia orgánica y de compuestos resistentes. Constituyen un depósito de nutrientes, ayudan a formar agregados, ponen a disposición de otros organismos los nutrientes y son agentes patógenos de animales y plantas. Las bacterias son organismos procariotas. Se clasifican en función de la fuente de energía utilizada. Las bacterias más importantes son: Arthrobacter, Bacillus y Pseudomonas. Los virus son los microorganismos más pequeños por lo que no tienen función biosintética lejos del huésped. La mayoría de virus del suelo se transmiten a través de nematodos y hongos.

40 El proceso que aporta la mayor parte de nitrógeno disponible para los sistemas biológicos es la fijación simbiótica y asimbiótica. En la fijación asimbiótica el nitrógeno atmosférico se transforma en nitrógeno orgánico gracias a la acción de la nitrogenasa y de los organismos fijadores de nitrógeno en condiciones aerobias (Azotobacter) y en condiciones anaerobias (Clostridium). Es un proceso con alto consumo de energía, reductor donde la nitrogenasa debe actuar en ambiente limitado de oxígeno. En la fijación simbiótica el nitrógeno se fija a través de las asociaciones de bacterias y plantas formando nódulos actinorrizos (actinomicetos del género Frankia) y nódulos rizobios (simbiosis entre leguminosas y rizobios).

41 El cordón infeccioso Los vellos las penetra en lasde células raíces Reconocimiento sede enroscan Proceso de las corteza, infección indicándoles en las células que después específico de la se dividan en respuesta adhesión a este estímulo

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43 La rizosfera es la zona de contacto entre las raíces de las plantas y el conjunto del suelo en el que vive la población microbiana afectada por la influencia de las raíces. En la rizosfera se presentan protozoos y nematodos, en las zonas más viejas de las raíces hay poblaciones bacterianas y fúngicas. Los microorganismos de la rizosfera son saprófitos y patógenos. Existen asociaciones simbióticas entre las raíces y los hongos especializados (micorrizas). Se diferencian dos clases: Ectomicorrizas y Endomicorrizas.

44 Ectomicorrizas. Es una simbiosis que mejora la salud de las plantas ya que al ramificarse las finas raicillas aumenta la superficie de intercambio de nutrientes y la fertilidad. El hongo recibe el estímulo de las raíces para que crezcan en dirección a ellas adquiriendo la raíz forma de garrote. Endomicorrizas. La infección es accidentada porque las plantas no señalan la dirección que debe seguir el hongo. Existen varios tipos: eriáceo, orquiáceo y micorrizas vesiculares arbusculareas. Las micorrizas vesiculares tienen un papel fundamental en la nutrición de la planta ya que aumentan la capacidad de las raíces para la absorción de nutrientes. Una elevada fertilidad con fertilizantes fosforados y nitrogenados puede afectar al crecimiento de la planta, al igual que las prácticas de arado que entierran las esporas fuera del alcance de las raíces afectando al crecimiento.

45 Los enzimas del suelo regulan la fisiología y el metabolismo de los microorganismos. Los procesos más importantes del suelo (mineralización, fijación del Nitrógeno,...) y las reacciones implicadas en la descomposición de desechos orgánicos tiene lugar a través de reacciones enzimáticas.

46 La actividad enzimática está relacionada con los ciclos nutricionales y con el metabolismo de los microorganismos, por lo tanto valora la actividad biológica del suelo. Es un indicador de la calidad del suelo y de la actividad microbiana del suelo. Las actividades enzimáticas más destacadas son: Actividad de la deshidrogenasa (indicadora general de la actividad metabólica del suelo). Actividad de la fosfatasa (relacionada con el ciclo del fósforo). Actividad de la ureasa (relacionada con el ciclo del nitrógeno). Actividad de la arilsulfatasa (relacionada con el ciclo del azufre). Actividad de la fosfodiesterasa.

47 Catalasa: Enzima oxidorreductasa, detoxificante de células y cataliza la descomposición de H2O2. Ureasa: Enzima hidrolasa, interviene en la hidrólisis de la urea y en el ciclo del N. Celulasa: Enzima oxirreductasa e intervención en la degradación de la celulosa. Deshidrogenasa: Enzima oxidorreductasa que cataliza las etapas iniciales de oxidación de la materia orgánica y es un indicador general de la actividad microbiana del suelo. Fosfomonoesterasa: Enzima hidrolasa que cataliza la hidrólisis de ésteres y anhídridos fosfóricos que representan el 60% de los fosfatos orgánicos del suelo.

48 Determinación de la catalasa por el método de Johnson y Temple (1964).

49 Determinación de la ureasa por el método de Kandeler y Gerber (1988) modificado por Kandeler et al. (1999).

50 Determinación de la celulasa según el método de Pancholy y Rice (1973), modificado por García Alvarez e Ibañez (1994).

51 Actividad Deshidrogenasa (μmoles INTF / g h) Determinación de la deshidrogenasa por el método de von Mersi y Schiner (1991) modificado por Camiña et al. (1998). 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Vid Cítricos Tipos de suelos Químico

52 Determinación de la fosfomonoesterasa alcalina según el método de Tabatabai y Bremner (1969).

53 E nero 2002 M ayo FECHA Enero 2002 Mayo 2002 Actividad enzimática microg PNF/gss h Actividad Enzimática A B C D TRATAM IENTO Los valores disminuyen de enero a mayo en todos los tratamientos, posiblemente por un aumento de las temperaturas DOSIFICADO SIN DOSIFICAR Fraccionar el abonado orgánico en dos dosis favorece el aumento de la actividad biológica en el suelo, en ambas fechas

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55 Clasificar o tipificar distintos suelos (A. Ecológica y A. Convencional). Esta clasificación se efectúa a partir de los valores de las variables (parámetros físicos, químicos y biológicos) que presentan los suelos a los que se pretende clasificar.

56 Mª DOLORES RAIGÓN JIMÉNEZ ETS de Ingeniería Agroalimentaria y del Medio Natural Universidad Politécnica de Valencia Camino de Vera, s/n Valencia Telf: mdraigon@qim.upv.es