UNIDAD VIII: EFECTOS DE LAS PRÁCTICAS PRODUCTIVAS SOBRE LOS PROCESOS MICROBIANOS DEL SUELO

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1 115 UNIDAD VIII: EFECTOS DE LAS PRÁCTICAS PRODUCTIVAS SOBRE LOS PROCESOS MICROBIANOS DEL SUELO Teniendo en cuenta la complejidad de las interacciones nutricionales de los microorganismos, la fertilidad de un suelo no depende de la magnitud de un proceso determinado sino del balance que se establece entre diferentes procesos. Las prácticas productivas desplazan este balance y la posibilidad de retomar su punto inicial depende de las características de homeostasis del sistema, por lo que no todos los suelos responden de igual manera. Los tiempos requeridos para amortiguar el impacto varían básicamente según la reserva de energía y nutrientes presentes en el humus. Numerosos trabajos evalúan el efecto del uso de la tierra sobre los microorganismos edáficos. La opinión generalizada es que los distintos sistemas productivos afectan la reserva de materia orgánica y por ende a los microorganismos que dependen de ella. Las prácticas de manejo pueden modificar positivamente la vida del suelo promoviendo los procesos de descomposición, asimilación, agregación y mineralización, pero también negativamente, aumentando la denitrificación y pérdidas de NH4 +. Las prácticas de manejo que mayor impacto causan sobre el balance natural de los procesos microbianos del suelo son: CAMBIOS EN LA VEGETACIÓN ORIGINAL Los cambios en la vegetación, entre sistemas naturales y agroecosistemas, son muy importantes en cuanto a diversidad y estructura de especies. Los sistemas cultivados son monoespecíficos, lo que afecta el tipo y cantidad de residuos, la cobertura y la diversidad de captación de nutrientes. La transformación de bosques en cultivos produce un fuerte impacto sobre la biota del suelo. Se menciona que después de la deforestación hay un incremento de la biomasa microbiana, con un marcado cambio en el número y dominancia de especies debido al aumento del residuo superficial y a la mayor disponibilidad de raíces muertas. La biodiversidad del suelo es fuertemente dependiente del tipo, cantidad y composición química de la vegetación, ya que las plantas son la principal fuente de energía y nutrientes orgánicos de los cuales depende la biota edáfica. El reemplazo de la vegetación original por cultivos, especialmente monocultivos continuos, puede alterar la composición y biomasa microbianas de diferentes maneras: Efecto sobre la interacción microorganismo planta Es evidente que los organismos simbióticos fijadores de N2 y micorrizas dependen de la abundancia de la planta huésped y que a causa de la alta especificidad de estas asociaciones, los cambios de vegetación pueden modificar la diversidad microbiana. Experiencias en áreas agrícolas de la provincia de Córdoba, demuestran que la actividad fijadora de N2 durante un barbecho fue más elevada cuando estaban presentes plantas vivas, ya sean malezas o un verdeo, como consecuencia de la asociación de las raíces con organismos fijadores de nitrógeno.

2 116 Efecto sobre la materia orgánica del suelo El efecto de la vegetación sobre la actividad microbiana del suelo, es de suma importancia especialmente en zonas tropicales, porque la cobertura vegetal amortigua condiciones climáticas extremas. Cambios en los patrones de vegetación pueden tener significativos efectos sobre los microorganismos que intervienen en la síntesis-degradación del humus del suelo. Por ejemplo el sobrepastoreo en áreas de bosque chaqueño conduce a una pérdida exponencial de materia orgánica a causa de la escasez de residuos y de la activación de la respiración microbiana, por aumento de la temperatura en zonas sin vegetación. Efecto sobre la disponibilidad de nutrientes Con el cambio de vegetación se altera la sincronización natural existente entre la actividad de plantas y microorganismos. La separación en el tiempo entre los procesos de mineralización y los requerimientos de la nueva vegetación da como resultado una baja eficiencia en el uso de los nutrientes, ya que los nutrientes liberados en periodos sin cultivo están sujetos a pérdidas por lixiviación o volatilización. SISTEMAS DE LABRANZA Las labranzas y como consecuencia el manejo de los residuos, son los mayores factores que influyen la sustentabilidad de los sistemas de agricultura continua. La posición del residuo, debido a la labranza, provoca severos cambios en el ecosistema suelo que afecta de manera directa a los microorganismos. Efecto sobre la biomasa microbiana En general, las poblaciones microbianas son mejoradas por las labranzas a causa de que las prácticas de laboreo fragmentan e invierten los residuos, rompen los agregados y aumentan la aireación del suelo fomentando una intensa actividad microbiana en la zona de la labor. Por el contrario la falta de labranza circunscribe la actividad microbiana en la superficie del suelo.

3 117 El aumento de la biomasa microbiana por el laboreo tiene una gran importancia como componente lábil de la materia orgánica y como fuente y reserva de nutrientes. La liberación de CO2 es casi 10 veces más rápida a partir de la biomasa microbiana que de los restos vegetales, lo que es consistente con las pérdidas de materia orgánica ocasionadas por laboreos continuos. Además, la descomposición gradual del residuo en sistemas sin laboreo, resulta más eficiente para la retención de C en el suelo y que tiene enorme incidencia sobre el cambio climático global debido a que al suelo representa uno de los más grandes reservorios de carbono orgánico del planeta. Efecto sobre la disponibilidad de nutrientes Las labranzas convencionales modifican sustancialmente el perfil natural del suelo, homogeneizando las condiciones ambientales y alterando la secuencia natural de la mineralización. En general en los suelos laboreados predominan las bacterias mientras que en el residuo superficial dominan los hongos. Este aspecto es de enorme importancia para la evaluación de la cantidad de nutrientes inmovilizados en la biomasa microbiana. A causa de las diferencias en efectividad metabólica, los hongos retienen menor cantidad de nutrientes que las bacterias. Es decir a igual cantidad de biomasa de residuo, en suelos no laboreados se inmoviliza menor cantidad de nutrientes que con labranza convencional. Por efecto del laboreo previo a la siembra, la biomasa microbiana se vuelve muy activa, consume rápidamente C y mineraliza nutrientes que se pierden antes que la planta los pueda utilizar y posteriormente, cuando el cultivo requiere nutrientes, debe competir con esta gran población de microorganismos. En laboreos sin incorporación de residuos, la mineralización gradual y la liberación de nutrientes se produce durante un largo periodo de tiempo, pudiendo estar disponibles al momento de emergencia de las plántulas. En la zona de Manfredi se observó que los suelos sin laboreo tienen mayor disponibilidad de nitrógeno al momento de la siembra que los laboreados indicando que la mayor parte de los nutrientes mineralizados por la labranza no fueron retenidos en el suelo.

4 118 Efecto sobre la fijación biológica de N2 La fijación de N2 por organismos de vida libre es estimulada por la deposición superficial de los residuos de cosecha a causa de la provisión de energía y carbono y el aumento de la capacidad de retención de agua. Asimismo, se menciona que las labranzas sin remoción de suelo favorecen la fijación por organismos simbióticos, especialmente cuando el suelo presenta baja disponibilidad de N o problemas de estrés hídrico. Ha sido demostrado que la actividad nitrogenasa aumenta en sistemas con siembra directa, tanto en el suelo, por organismos de vida libre, como en nódulos de soja. FERTILIZACIÓN La fertilización es una práctica generalizada en todo sistema agrícola para reponer los nutrientes extraídos por el cultivo. Desde el punto de vista de un manejo sustentable, los criterios para el uso de fertilizantes no deben desconocer los efectos que producen los fertilizantes sobre los procesos microbianos del suelo. Por lo que la estimación de las dosis y momentos de fertilización deben ajustarse no solo a los requerimientos de la planta sino también a la actividad microbiana responsable de la disponibilidad de los nutrientes del fertilizante. Efectos sobre la biomasa vegetal y microbiana Obviamente el aumento de nutrientes por aplicación de fertilizantes incrementa la biomasa vegetal y por lo tanto aumenta el residuo que retorna al suelo. Pero además, aumenta la abundancia de microorganismos que, debido a la disminución de la relación C/N, consumen C del humus como fuente de energía. Este mecanismo provoca la tan conocida pérdida de materia orgánica en los suelos que son fertilizados de manera continua. Contrariamente, la fertilización también puede tener un fuerte efecto biocida en el suelo alrededor de la zona de aplicación. Por ejemplo, la urea colocada en bandas provoca alta mortandad de microorganismos debido a la toxicidad del amonio concentrado.

5 abundancia de microorganismos (log g -1 ) nitratos (mg kg -1 ) 119 Efecto sobre la inmovilización de nutrientes Generalmente se asume que bajo siembra directa los cultivos deben forzosamente ser suplementados con fertilizantes porque los microorganismos que descomponen los residuos inmovilizan los nutrientes para las plantas. Sin embargo la inmovilización de nutrientes en la biomasa microbiana del residuo superficial es solo un problema en los primeros años del cambio de sistema de labranza. Se conoce que la dosis de fertilizantes requeridos para mantener la productividad disminuye con los años de aplicación de la siembra directa, ya que el aumento de materia orgánica, va acompañado por un aumento de las reservas de N proveniente de residuos de cosechas anteriores. Efecto sobre la mineralización de nutrientes La mineralización de N se ve muy afectada por la aplicación de fertilizantes nitrogenados especialmente por el brusco cambio de ph y el aumento de la presión osmótica de la solución del suelo. El ph fuertemente alcalino por aplicación de urea inhibe la actividad de los organismos nitratadores y provoca acumulación de nitritos en el suelo, mientras que la aplicación de nitratos baja bruscamente el ph inhibiendo la oxidación del amonio. En ambos casos los procesos pierden la sincronización original y los suelos pasan a depender exclusivamente del N aportado por los fertilizantes. Efecto de la fertilización de maíz sobre los nitrificadores y el contenido de nitratos en el suelo. I: suelo inicial; S: siembra; N1: 15 días de la siembra; N2: 30 días de la siembra; N3: 45 días de la siembra; F: floración; C: cosecha I S N1 N2 N3 F C 0 N-NO3 nitrificadores Por otra parte, el aumento de la presión osmótica de la solución del suelo dificulta la absorción de agua por las plantas, por lo que, cultivos fertilizados requieren mayor cantidad de agua durante su ciclo. Por este motivo, en zonas semiáridas, la mejor respuesta a la fertilización se logra cuando se incorporan

6 120 sistemas de riego. Asimismo, la aplicación de fertilizantes provoca un desbalance en la concentración de minerales en solución, particularmente en relación a elementos menores, lo que dificulta la captación equilibrada de nutrientes. Actualmente se trata de paliar esta situación incorporando a los fertilizantes la mayoría de los elementos requeridos por las plantas, lo cual altera los mecanismos de mineralización de los otros nutrientes. Efecto sobre las pérdidas de nutrientes La eficiencia de la fertilización es en general muy baja debida a las pérdidas por volatilización y lixiviación. En sistemas de siembra directa existen grandes pérdidas por volatilización de NH3 proveniente de la degradación de la urea que queda sobre el residuo superficial. Pero uno de los mayores problemas radica en las pérdidas de nitritos y nitratos por lixiviación y escorrentía, que se acumulan en aguas subterráneas, ríos y embalses con consecuencias negativas para el medioambiente y la salud (eutroficación y metahemoglobinemia). Este aspecto es un problema muy grave en países desarrollados y ha llevado a la aplicación de normas estrictas de regulación del uso de fertilizantes. El límite máximo de nitratos en acuíferos para que no presenten riesgos para la salud y el medioambiente establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) es de 45 mg/l. En zonas agrícolas de la provincia de Córdoba han sido detectados acuíferos con niveles de nitratos superiores a 45 mg/l sin que se hayan tomado medidas para remediar y/o evitar este serio problema. Contenido de nitratos en acuíferos del departamento Marcos Juárez (Córdoba). En negrita los valores que superan el límite establecido por la OMS. profundidad 120 m freática (6-8 m) NO3 (mg/l) NO3 (mg/l) muestra muestra muestra muestra muestra muestra muestra muestra muestra muestra muestra muestra muestra muestra

7 121 Efectos sobre la fijación biológica de nitrógeno Debido al efecto inhibidor del amonio sobre la enzima Nasa, la fertilización nitrogenada provoca una fuerte reducción de la fijación biológica de N2 por organismos libres y simbióticos del suelo. Este aspecto debe tenerse muy en cuenta cuando se fertiliza un cultivo que además será inoculado con bacterias fijadoras de N2. Por ejemplo, en soja suele aplicarse una fertilización fosfatada a la siembra de la semilla inoculada por lo que debe controlarse que la formulación del fertilizante no incluya amonio (fosfato de amonio). APLICACIÓN DE BIOCIDAS Los herbicidas e insecticidas aplicados a campo rara vez logran suficiente concentración en el suelo como para dañar directamente a los microorganismos. Se menciona que los organismos nitrificadores son los más susceptibles a los diferentes biocidas y que existe inhibición de la nitrificación después de la aplicación. Generalmente los herbicidas disminuyen transitoriamente las poblaciones de hongos, mientras que aumentan las bacterias capaces de degradarlo. Probablemente, el efecto más importante de la aplicación de herbicidas es la interrupción de la interacción microorganismo-planta, alterando la abundancia y actividad de las poblaciones rizosféricas, especialmente de bacterias fijadoras de N. USO DEL FUEGO Si bien la quema de vegetación no es una práctica agrícola generalizada, es de enorme importancia en el manejo de desmontes y pastizales naturales para favorecer el rebrote de las pasturas. El fuego es un proceso de mineralización no biológica que suele ser enfocado desde diferentes posiciones debido a que el efecto de las quemas varía considerablemente según sea el clima, la intensidad del fuego, la vegetación y especialmente el tipo de manejo previo y posterior del sitio quemado. El fuego provoca una disminución muy marcada del número y actividad de los microorganismos por efecto directo del aumento de temperatura y la combustión de la materia orgánica superficial. La magnitud de este efecto depende mucho de las características fisiológicas de los diferentes grupos de microorganismos. Por ejemplo, un fuego de fuerte intensidad afecta a todas las poblaciones microbianas excepto a las que presentan estructuras de resistencia al calor (endosporas) siendo el efecto más notable en los organismos nitrificadores y fijadores de N2 a causa del aumento de nitratos del suelo por la deposición de cenizas. El tiempo para lograr la recuperación de las poblaciones edáficas después de un incendio depende de la intensidad del fuego y del manejo posterior a la quema. Por ejemplo, si los lotes quemados son sometidos a una fuerte presión de pastoreo que elimina el retorno de restos vegetales al suelo, la recuperación después de un incendio será muy lenta aunque el fuego haya sido de escasa intensidad.

8 122 INDICADORES BIOLOGICOS DE CALIDAD DEL SUELO Teniendo en cuenta el fuerte efecto que tienen las prácticas productivas sobre la vida del suelo, los microorganismos suelen utilizarse como indicadores de calidad del suelo con la finalidad de establecer pautas adecuadas de manejo. Se llama bioindicador a un organismo vivo que cambia su abundancia, actividad o morfología a causa de modificaciones en el ambiente donde vive. Por tales motivos los bioindicadores deben ser muy sensibles a los cambios y de amplia distribución, pero además deben ser fáciles de medir con metodologías simples y baratas. El análisis de los principales grupos funcionales de microorganismos del suelo cumple con los requisitos de un buen indicador, sin embargo el distinto grado de sensibilidad de los grupos funcionales hace que algunos sean más adecuados que otros. Los grupos microbianos demasiados diversos, que incluyen muchas y muy variadas especies (por ej. amonificadores), son poco sensibles a causa de que cada especie responde diferencialmente al impacto. Contrariamente, los nitrificadores que tienen escasa cantidad de individuos y que están restringidos prácticamente a dos géneros (Nitrosomonas y Nitrobacter), es un grupo de muy alta sensibilidad. Otro aspecto a considerar es si los cambios que se pretenden detectar son intensos y de corta duración o lentos pero continuos en el tiempo. Por ejemplo, la abundancia de organismos celulolíticos es muy sensible a los cambios producidos inmediatamente después de un disturbio intenso como son los laboreos del suelo. La respiración también es un parámetro muy sensible en cambios inmediatos y puntuales como lluvias y laboreos. Sin embargo en cambios lentos y continuos es poco variable, por lo que en estos casos, suele utilizarse la medida de respiración combinada con otros parámetros químicos y biológicos. Los índices más utilizados relacionan la respiración con el contenido de materia orgánica (índice de mineralización de C) y con la cantidad de biomasa microbiana (qco2). El índice de mineralización de C es útil para detectar la tendencia de un suelo a ganar o perder C orgánico, mientras que el qco2 indica la cantidad de biomasa microbiana activa y se utiliza para establecer la potencialidad de degradación de un suelo. La relación entre la cantidad de individuos de los diferentes grupos funcionales, (estructura de la comunidad) también es usada como indicadora de impacto. Generalmente se establecen cambios en la población dominante después de algunas prácticas productivas. Por ejemplo, los organismos fijadores de N2 son dominantes en suelos en restauración y los celulolíticos en suelos laboreados. El general los parámetros biológicos resultan ser más sensibles que los químicos particularmente frente a situaciones de bajo impacto y cortos periodos de tiempo. Esto se debe a que algunos parámetros químicos varían muy lentamente (como el contenido de materia orgánica) o por el contrario, tienen alta variabilidad (como el contenido de nitratos porque está sujeto a lixiviación y asimilación). Por lo que los parámetros biológicos como la respiración (cambios

9 123 en la fracción lábil de la MO) y la abundancia de organismos nitrificadores (capacidad de producir N disponible) resultan ser más adecuados. Cuando se va trabajar con parámetros biológicos debe considerarse que no existen valores absolutos que sean indicadores de mejor o peor calidad de un suelo, sino que los resultados se expresan como variación respecto a los valores testigos de un suelo no disturbado recolectado en la misma región y época del año.