Estudio de la calidad de suelo a través de análisis microbiológicos y bioquímicos

El suelo no es solo el sustrato más utilizado en la producción agrícola, sino que además es un sustrato vivo y dinámico y representa uno de los ecosistemas mas altamente biodiverso.  Hasta 10.000 millones de células se pueden encontrar en un gramo de suelo, los microorganismos tales como bacterias, hongos y virus son los más abundantes y entre estos, ciertamente son muchos más los organismos benéficos que los patógenos. Como veremos estos organismos cumplen importantes funciones en el suelo y se relacionan de manera dinámica con las raíces de los cultivos en la rizósfera. Hoy es posible y recomendable determinar directamente la calidad y la salud del suelo de nuestros huertos.    

Maria Mercedes Martínez, Ph. D.

Rodrigo Ortega Blu, Ph. D.

Grupo de Investigación en Suelo Planta, Agua y Ambiente (GISPA)

maria.martinez@agriservice.cl

 

El suelo es considerado por muchos expertos como el mayor sustrato utilizado para la producción agrícola y, si bien esta definición es acertada, este sustrato presenta características especiales, por lo que además es posible definirlo como el sustrato vivo y dinámico más abundante en términos de diversidad biológica, donde se desarrollan muchas formas de vida, entre ellas las plantas. Aunque no es evidente a simple vista, el suelo constituye uno de los ecosistemas más variados pues contiene una gran diversidad de organismos vivos. 

Si se toma un gramo de suelo es posible encontrar entre 1.000 y 10.000 millones de células, siendo los microorganismos, los que más abundan tanto en número como en diversidad de especies. Cuando se hace referencia a bacterias, hongos y virus asociados a la agricultura convencional, generalmente estos organismos se relacionan con las enfermedades de los cultivos. Sin embargo, en la  agricultura ecológica se hace mención a una trilogía donde coexisten plantas, suelo y organismos en conjunción con factores bióticos y abióticos  que modulan el sistema productivo y en donde con certeza son más las bacterias, hongos y virus benéficos que los patógenos.

En el suelo conviven seres vivos de diferente tamaño y naturaleza, modificando el ambiente para sostener el sistema productivo. A diferencia del hombre, que lleva los microrganismos consigo donde quiera que vaya, las plantas modifican su relación con los microorganismos a lo largo del tiempo debido a los cambios fisiológicos y por ende a las modificaciones en los metabolitos o productos exudados a traves de la raíz. En presencia de la semilla y posteriormente de la planta, el ambiente del suelo cambia y se hace favorable para ciertos grupos de microorganismos, en especial muy cerca de la raíz. Este ambiente se conoce como la rizósfera y provee condiciones químicas y físicas especiales que favorecen la actividad y multiplicación de ciertos grupos de microorganismos, mientras la raíz se encuentre activa. A medida que la raíz entra en senescencia, los exudados cambian y con ellos las especies y actividad de los microorganismos  de la rizósfera.

Asimismo, en condiciones de bajos niveles de nutrientes o materia orgánica o en presencia de altas concentraciones de iones metálicos (Cu++) o contaminantes orgánicos (agroquímicos o hidrocarburos), los microrganismos del suelo, aunque de manera lenta, son capaces de adaptarse mediante diferentes mecanismos (por ejemplo, bombas de iones en membrana), participando así de los procesos de recuperación de suelos y manteniendo una condición de diversidad especial para cada ecosistema.

ESTUDIO DE LA CALIDAD Y SALUD DEL SUELO

Los microorganismos juegan un papel esencial en el mantenimiento de la calidad, la salud y fertilidad de suelo. Influyen en la disponibilidad y ciclaje de nutrientes en el suelo, proveen estructura, aportan en el control de organismos patógenos, degradan contaminantes orgánicos y favorecen la huella de carbono (C) en el suelo. Sin embargo, no son las mismas especies de microorganismos las que se encuentran asociadas a las plantas que crecen en zonas desérticas, que aquellos que se encuentran presentes en la selva tropical. 

Tanto la calidad como la salud del suelo, se pueden observar indirectamente a través de las mismas respuestas de las plantas a diferentes prácticas de manejo como fertilización o control de plagas o enfermedades, observando el crecimiento de la raíz o la parte aérea de la planta y el rendimiento; sin embargo, desde mediados del siglo XIX es posible evaluar directamente la calidad y salud del suelo a través de la visualización y conteo de algunos microorganismos empleando medios de cultivo para su recuperación, o reproduciendo ecosistemas en el laboratorio, identificando grupos funcionales de interés agrícola y, más recientemente, los genes asociados a grupos  como los fijadores de nitrógeno, o bacterias sulfato reductoras, hoy de gran importancia en biofertilización y en el ciclaje del azufre (S) en sistemas lacustres, por ejemplo. 

Muchas son las técnicas microbiológicas empleadas en el estudio de suelos pero hoy en día los estudios de microbiología, si bien son importantes, se complementan con  herramientas de ciencias como la bioquímica, la biología molecular, la bioinformática y la agricultura de precisión, entre otras; disciplinas que permiten realizar análisis más completos y ya no solo de microorganismos o plantas de manera aislada, sino que han favorecido la generación de índices de calidad de suelo y el conocimiento más certero de las relaciones entre la calidad del suelo y la respuesta de los cultivos. 

Es por ello que en los últimos 20 años se ha multiplicado el interés por la diversidad del suelo y hoy, gracias a las diversas herramientas disponibles, se ha podido identificar solo aproximadamente el 1% de los microorganismos del suelo. Ese gran mundo, que aún permanece desconocido, alberga innumerables organismos con especiales funciones, no solo útiles a nivel agrícola (control biológico, formación de suelos supresivos, producción de bioestimulantes), sino también industrial (enzimas y colorantes) y farmacéutico (antibióticos y antitumorales), entre otros muchos. 

En un agroecosistema, el tipo de planta, el tipo de suelo, y las prácticas de manejo agronómico, afectan la diversidad de suelo, pues definen las diferentes interacciones microorganismos-suelo y microorganismos-planta que puedan ocurrir y de paso determinan los efectos sobre la supresión de suelos. La conservación y el incremento de la diversidad son fundamentales para mantener la salud y la calidad del suelo. Dado que no es posible encontrar el mismo grupo de microorganismos funcionando con el mismo nivel de eficiencia en todas las circunstancias y tipos de suelo, se necesitan poblaciones genéticamente diversas para proporcionar continuidad de los procesos y la calidad y salud del suelo. 

POR QUÉ SON IMPORTANTES LOS ESTUDIOS DE DIVERSIDAD

Efectos de factores bióticos y abióticos sobre la producción agrícola

Al tener un ecosistema suelo donde se suman una serie de actores en beneficio de la nutrición vegetal, los rendimientos y calidad de la producción, el estudio de la diversidad -así como de la actividad de las poblaciones microbianas-, se hace importante para entender su efecto sobre las calidad y salud del suelo, cambios en la respuesta de las plantas a lo largo de diferentes temporadas o el impacto de la rotación de cultivos y de la escala -temporal y espacial- en los que varían. Igualmente, permitirá predecir efectos de los cambios en las prácticas agrícolas, el uso del suelo, el clima, la introducción de nuevas plantas, inoculantes microbianos y contaminación sobre la calidad del suelo. 

Perdida de suelo y biodiversidad.

Según FAO, a nivel mundial se está perdiendo suelo a un ritmo en promedio 50 veces mayor que el ritmo a que este se está formando, de manera que la perdida de especies de organismos del suelo, en especial aquellas con funciones únicas, puede tener efectos ecológicos negativos que conllevan a la perdida en la calidad de suelo y con ella a la pérdida de capacidad productiva de alimentos, madera, energía y otros bienes que se obtienen del suelo.

¿QUÉ ANÁLISIS SE PUEDEN REALIZAR PARA ESTUDIAR LA CALIDAD DE SUELO?

Además de los tradicionales análisis físicos y químicos del suelo, existen numerosos análisis bioquímicos y microbiológicos posibles de realizar para estudiar la calidad del suelo, ya sea bajo manejo orgánico o convencional. El laboratorio Agriservice (www.agriservice.cl) ha desarrollado, además de los análisis químicos y físicos de rutina, un conjunto de análisis para estudiar la calidad del suelo, bioproductos y materiales orgánicos como compost, guanos estabilizados, etc. (Tabla 1). Estos análisis ademas de definir grupos funcionales de microorganismos, se complementan con estudios de diversidad genética a través de diferentes técnicas moleculares basadas en el 16S rRNA que han permitido un estudio en profundidad de la diversidad, estructura y dinámica de comunidades microbianas en general y del suelo en particular. Estas técnicas están disponibles, aunque no son de rutina.


AGRICULTURA DE PRECISIÓN, DIVERSIDAD Y CALIDAD DE SUELO

Finalmente, otra de las herramientas integradas al estudio de la calidad de suelos son las que brinda la Agricultura de Precisión. A través del uso de estas herramientas es posible no solo determinar zonas de distinta calidad de suelo, sino también realizar un manejo sitio-específico del mismo y el monitoreo de los efectos del manejo aplicado (por ejemplo, aplicación de materia orgánica y bioinoculantes). En la figura 1 se presentan distintas zonas de vigor (alto, medio y bajo) determinadas a través de un índice de vegetación (NDVI) y su relación con la actividad de la enzima fosfatasa alcalina en uva de mesa. Se observa que en la variedad Red Globe, existe una relación directa entre la actividad de la fosfatasa ácida y el vigor del cultivo.