La agricultura debe enfrentar los retos del cambio climático asociado a la emisión de gases de efecto invernadero. Una buena parte de esos gases proviene de prácticas agrícolas, tales como la quema de restos de cultivos y la producción de óxido nitroso (N2O) debido a la gestión agrícola del suelo.

El N2O resulta especialmente preocupante pues permanece más de 100 años en la atmósfera y su capacidad de efecto invernadero es casi 300 veces superior al del dióxido de carbono (CO2). Una parte importante de este compuesto proviene del nitrógeno aplicado como fertilizante ya que un porcentaje del mismo no es absorbido por las plantas ni utilizado para producir biomasa en el suelo.

Sin embargo, más que parte del problema, la agricultura podría considerarse como aporte a la solución, y no solo por evitar las emisiones. El Dr. Rattan Lal, Premio Mundial de la Alimentación 2020, sostiene que si se lograse aumentar en un 2% los niveles de materia orgánica del suelo, la captura de carbono equilibraría las emisiones de CO2 a la atmósfera. Una de las fórmulas planteadas para lograr esa contribución del agro al clima mundial, corresponde a la agricultura regenerativa, definida como “un conjunto de prácticas que protegen los suelos, el agua y la biodiversidad. Además de respetar el bienestar animal, reconoce el papel clave de los productores y el impacto positivo que tiene la agricultura, considerando su viabilidad económica”.

En lo que se refiere a la fertilidad de los suelos, la agricultura regenerativa busca integrar los parámetros químicos, físicos y biológicos; no se enfoca solo en la fertilidad química, como hace la agricultura convencional, ni solo en la fertilidad biológica, como la agricultura orgánica.

En las siguientes líneas se analizará la forma en que los microorganismos en sus interacciones entre ellos y con las plantas impactan en la parte física y química a través de las transformaciones de las materias contenidas en los suelos.

FORMAS DE ACCIÓN BENÉFICAS DE LOS MICROORGANISMOS

Hay una gran cantidad de microorganismos que producen fitohormonas, tales como las giberelinas, que favorecen el desarrollo aéreo de las plantas, o el ácido indolacético, el cual actúa positivamente en el crecimiento radicular. Las raíces a su vez van modificando favorablemente la estructura del suelo (fertilidad física). También existen microorganismos, como los hongos micorrízicos, productores de biopolímeros que ayudan a la descompactación del suelo, generando macroagregados y espacios porosos. Al contar con una mejor estructura de raíces y suelo, se logra una mayor capacidad de exploración para absorber agua y nutrientes y también una mayor aireación. Esto ayuda a la respiración de las raíces y a la multiplicación de los microorganismos del suelo, generando círculos “virtuosos”, también llamados “círculos de retroalimentación positiva”.

Por otra parte, numerosos microorganismos son capaces de movilizar nutrientes o ayudan a hacerlo, poniéndolos a disposición de los cultivos. Hay solubilizadores de fosfatos, solubilizadores de potasio y también de microelementos. Tal es el caso del hierro (Fe): existen microbios que secretan moléculas denominadas sideróforos las cuales toman el Fe y lo hacen disponible para la planta. Por otra parte, al secuestrar el hierro evitan que sea aprovechado por patógenos, mitigando el estrés biótico. En este ámbito, muchos microorganismos producen sustancias de características antibióticas que reducen la posibilidad de infecciones, o bien compiten por nutrientes y espacio con los agentes fitopatógenos.

Los microorganismos ayudan también a mitigar el estrés abiótico al influir en la regulación hormonal de la planta.

INTENSO TRAJÍN ALREDEDOR DE LAS RAÍCES

Los microorganismos que existen en un medio ambiente particular conforman sociedades muy complejas. Los distintos miembros ejecutan actividades específicas influidas por condiciones ambientales, haciendo que las poblaciones cambien en forma muy dinámica. La rizósfera es el entorno que se da en la zona alrededor de las raíces, compuesta también por suelo, microorganismos, compuestos orgánicos, nutrientes y agua. Se trata de un espacio de enorme actividad, muy relacionada con el fenómeno conocido como exudación radical.

A través del proceso de fotosíntesis se sintetiza una serie de moléculas primarias (fotosintatos) transportadas a las raíces a través del floema. Una vez allí, son expulsadas hacia el suelo.

Los exudados radicales pueden clasificarse en dos grupos: de bajo peso molecular, como azúcares, algunos ácidos orgánicos y algunos aminoácidos, y de alto peso molecular, entre ellos biopolímeros como el mucílago. Este último tiene la capacidad de atrapar agua y de agregar partículas de suelo, mejorando su estructura física.

Como mecanismo de autoprotección, la planta en su sistema radical opone barreras al libre flujo de agua y otras moléculas hacia el exterior. Estas barreras son muy bajas en los ápices o puntas de las raíces y en lo pelos absorbentes, de modo que la mayor parte de la exudación ocurre a través de ellos. La liberación al medio sucede de manera pasiva, cuando la fuerza motriz es el diferencial de concentración, con un alto contenido de los compuestos al interior de la célula y un bajo contenido en el exterior; y también sucede de manera activa, para lo cual la planta tiene mecanismos que operan como “bombas” especializadas en empujar esos materiales fuera de las células.

LA PLANTA PIDE AUXILIO Y LOS MICROBIOS ACUDEN

¿Por qué las plantas recurren al proceso de exudación? Aparentemente están tirando valiosos fotosintatos al suelo, en algunos hasta un 40% de los mismos. La razón es que este gasto energético constituye la vía por la cual se comunican con los microorganismos presentes en el suelo. Algunas moléculas son señales de auxilio, las plantas “gritan” cuando enfrentan una necesidad, porque en la historia evolutiva se han desarrollado microorganismos capaces de ayudarlos a resolver sus problemas. Otras moléculas sirven de alimento para los microorganismos que lleguen a apoyar a la planta.

Por ejemplo, un grito de auxilio ante una situación de exceso de frío –pero también podría ser una deficiencia de fósforo– corresponde a la emisión de estrigolactona. Esta sale de la raíz y viaja por el suelo gracias al diferencial de concentración. Al ser percibida por hongos micorrízicos arbusculares –cuya capacidad de solubilizar fósforo y producir osmolitos puede ayudar tanto en situación de déficit de dicho elemento como ante bajas temperaturas–, ellos van a acudir y guían la dirección de su movimiento siguiendo la gradiente de concentración (quimiotaxis). Una vez que llegan a las raíces, empieza un intercambio de señales: los hongos comunican que ya llegaron, la planta les concede el permiso de entrada, los hongos colonizan el tejido y empiezan a contribuir a la solución del problema. En la nutrición, ciertos microorganismos tienen la facultad de secretar compuestos ácidos que solubilizan el fósforo contenido en fuentes inorgánicas, pero también existen los que son capaces de emitir otro tipo de materiales, como enzimas que recuperan nutrientes desde la materia orgánica.

En el caso de un estrés biótico, por ejemplo, el provocado por Fusarium oxysporum, la planta emite otro tipo de señales, tales como algunos ácidos orgánicos generados en el ciclo de Krebs (es el caso del ácido cítrico o el ácido fumárico) y eleva también la emisión de triptófano, con el propósito de reclutar organismos antagonistas del hongo patógeno.

El llamado de las plantas es selectivo para ciertos tipos de microorganismos; en consecuencia, la diversidad de especies microbianas el entorno cercano a la raíz empieza a disminuir. Sin embargo, puesto que las condiciones proporcionadas por la planta les son muy favorables, las poblaciones son más abundantes.

VARIABLES INCIDENTES EN LAS DINÁMICAS DEL MICROBIOMA

Aunque las plantas intervienen en las dinámicas del microbioma, las condiciones ambientales también juegan un rol, como ya se dijo, y en los ecosistemas agrícolas, además del clima y el tipo de suelo, las prácticas agronómicas son un factor muy determinante. El pH es una de las condicionantes de mayor influencia sobre lo que crece, o no, junto a las raíces. En general las bacterias se desarrollan mejor en suelos con pH ligeramente ácidos, neutros o alcalinos, mientras los hongos prosperan mejor en condiciones ácidas, sin que esto sea una regla absoluta.

La cantidad y calidad de materia orgánica también es relevante, porque sirve de alimento para los microorganismos del suelo. Por otra parte, estos en su mayoría son de naturaleza aeróbica, de manera que la presencia de oxígeno resulta fundamental. Suelos muy compactados tienden a ser pobres en contenido de microorganismos, por la baja aireación, aunado a un escaso desarrollo radicular. Las etapas fenológicas del cultivo tienen también mucha incidencia. Los exudados radicales se relacionan con el nivel de actividad de la planta y en particular de la raíz. Así, los árboles que entran en dormancia no proporcionan fotosintatos. Por consiguiente, la cantidad de microorganismos en el ambiente rizosférico baja. En cambio, las poblaciones y la biodiversidad de microorganismos aumentan en los periodos de máxima emisión radicular.

El tipo de cultivo es otra variable interviniente, pues en el proceso evolutivo las distintas especies fueron asociándose a los organismos que más les convenían para satisfacer sus propias necesidades.

El uso de pesticidas, especialmente los de amplio espectro, para combatir algún tipo de patógenos, también podrá afectar a otros microorganismos del suelo en mayor o menor grado, dependiendo del tipo y la concentración utilizada.

Los bioestimulantes microbianos son una herramienta que permite modificar o manipular el microbioma rizosférico. Los bio- estimulantes de primera generación contienen microorganismos benéficos, solos o en consorcios de distintas especies, destinados a colonizar el ambiente rizosférico y promover cambios en el microbioma con el fin de favorecer ciertas funciones o cubrir necesidades de la planta. Luego existen los bioestimulantes emergentes o de segunda generación, más bien dirigidos a manipular la fisiología de la planta, estimulándola para producir o incrementar cierto tipo de exudados que atraigan o alimenten a los microorganismos alrededor de la raíz. Una tercera generación, todavía en ciernes, corresponde a una microbiología de precisión basada en un conocimiento más extenso.

RESULTADOS DE ENSAYOS

Ensayos realizados en espárrago en Francia en los cuales se utilizaron bioestimulantes de segunda generación, mostraron un incremento considerable en las poblaciones de bacterias, pero las poblaciones de hongos no sufrieron mayor cambio. Asimismo, se observó un incremento de la diversidad bacteriana medida según el índice de Shannon. Como consecuencia de dichos aumentos, se verificó un mejor desarrollo de raíces y un mayor aprovechamiento del nitrógeno (N), ya que mientras en los suelos sin tratamiento se encontró un nivel de nitratos residuales de 440 partes por millón (ppm), en los suelos tratados se obtuvieron 280 ppm, diferencia explicada por la mayor capacidad de absorción de nutrientes. Las plantas mejor nutridas tuvieron mayores reservas, lo cual permitió una mayor producción en las primeras seis semanas de cosecha, ventana de mercado con los precios más altos. El rendimiento total de los tratamientos se igualó entre la semana 7 y la 11, fin de temporada. Por otra parte, los espárragos con tratamiento tuvieron un porcentaje de calibre no comercial prácticamente inexistente, mientras en los no tratados, el calibre no comercial llegó a un 8%.

También en espárrago, en Perú, se comparó el efecto de aumentar la fertilización estándar en 100 unidades (U) de N (nitrato de amonio) versus la fertilización estándar más la aplicación de bioestimulantes. En ambos casos hubo un aumento similar, del orden de 350 kg/ha (13% adicional). Según las tablas que permiten estimar la huella de carbono de acuerdo al lugar de fabricación del fertilizante y a la distancia de transporte, la no aplicación de 100 U de N/ha se tradujo en una menor emisión de 305 kg de CO2 a la atmósfera. El uso en su reemplazo de 6 kg de bioestimulantes/ha trajo consigo una emisión a la atmósfera de 16 kg de CO2. Entonces, el tratamiento de bioestimulación evitó la emisión de 289 kg de CO2. Además, imaginando una eficiencia de aprovechamiento de un 80% del fertilizante, las 20 U de N sobre 100 volatilizadas emitirían a la atmósfera aproximadamente 1 kg de N2O. Como una molécula de N2O equivale a 296 de CO2, el ahorro neto de emisión de gases con efecto invernadero se ubicaría alrededor de los 600 kg de CO2 que se evitó liberar como huella de carbono.

En avellano, evaluaciones de bioestimulantes comenzadas en 2023 en un predio ubicado en la zona de Pelarco, redundaron en un aumento de las poblaciones de bacterias de alrededor de 100 veces, y un incremento de 2 a 3 veces en las de hongos.

Igualmente en avellano, un ensayo que se inició en 2024 en otro campo en Chile ha detectado en torno a un 25% de aumento de bacterias y un 100% en hongos en algunos sectores, en el estado de avance actual. Las diferencias entre campos pueden deberse a que el predio de Pelarco había dejado de recibir fertilización, mientras el otro recibe una fertilización normal. Un análisis metagenómico señaló un crecimiento del número de proteobacterias, filo donde se encuentra una serie de microorganismos que tienen funciones como la fijación de nitrógeno, solubilización de fosfatos, oxidación de nitritos a nitratos, y producción de auxinas, entre otros factores de crecimiento.

Para el estudio de los microorganismos del suelo, existen distintos tipos de análisis, desde perfiles microbianos sencillos, que dan información útil, por ejemplo para saber si tenemos solubilizadores, pero cuyo poder de determinación de los microorganismos no supera el 10% del total presente en el suelo, hasta los análisis de metagenómica y metabolómica que ya se están utilizando para tener una mirada completa de las comunidades microbianas del suelo y saber lo que hacen en sus interacciones con las plantas y otros miembros de dichas comunidades.

Las plantas, a través de millones de años de evolución, encontraron en los microorganismos del suelo excelentes aliados. Un manejo adecuado de la microbiota rizosférica permite romper las prácticas de extrema dependencia de los productos de síntesis química, que no son suficientes para garantizar la productividad y calidad de los cultivos, y en parte de los casos son consideradas no sustentables e incluso están siendo prohibidas.

FUENTE

El contenido de este artículo corresponde a una síntesis divulgativa efectuada por Redagrícola a partir de dos presentaciones del Tercer Día Nacional del Avellano Europeo organizado por el grupo Avexa:

• Dinámica de fertilidad biológica del suelo, estrategias antiestrés. Dr. Prometeo Sánchez, presidente de la Sociedad Mexicana de Nutrición Vegetal, Colegio de Posgraduados en Ciencias Agrícolas de la Universidad de Chapingo.
  

  

• Dinámica microbiana de suelo, manejo sustentable. Dr. Alí Asaff, Investigador Senior Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, CIAD y director del departamento de I+D de Innovak Global.