Mes: octubre 2021

En los últimos años se ha observado una enorme disminución de la diversidad biológica a escala mundial. Esta pérdida es ocasionada en gran medida por la alteración de los hábitats, principalmente por el cambio de uso de los suelos (para la agricultura y ganadería), y por los efectos del cambio climático. Este fenómeno es más visible y estudiado en las especies más grandes, como los mamíferos y las aves. Sin embargo, la actividad agrícola intensifica esta pérdida de biodiversidad en otro grupo de animales menos estudiado: los insectos.

La agricultura acentúa esta crisis en la diversidad de insectos debido a la gran cantidad de agroquímicos que se utilizan en 

el campo, principalmente en forma de insecticidas. Los insecticidas no sólo eliminan a las plagas, sino también a insectos que son benéficos para los cultivos. Entre los principalmente afectados están los polinizadores, que son los animales que promueven la formación de frutos al transportar el polen de la parte masculina a la parte femenina de una flor.

La disminución en el número de poblaciones y de especies de polinizadores a nivel mundial ha generado una creciente preocupación, ya que al haber menos polinizadores se prevé que las plantas que dependen de estos insectos produzcan menos frutos. Esta disminución de polinizadores, principalmente de las abejas silvestres y de la abeja domesticada (Apis mellifera), ha sido estudiada a detalle en Europa y Norteamérica, e incluso ha llegado a conocerse como “la crisis de los polinizadores”. Esta crisis puede ocasionar un grave problema ecológico, ya que disminuye la producción de semillas y esto a su vez ocasiona la reducción de las poblaciones de plantas que dependen de los polinizadores. Esta reducción podría tener un efecto drástico en la producción de alimentos.

Como sabemos, la agricultura es fundamental para todos nosotros, ya que es la principal (y, en algunos casos, la única) fuente de producción de alimento para los miles de millones de personas que habitamos el planeta. En el caso particular de México, nos provee de los ricos aguacates que utilizamos para acompañar una buena torta, de la sandía que comemos en el verano y del cacao con el que se produce el chocolate que millones de personas disfrutan alrededor del mundo. Para producir todo esto, la agricultura depende en gran medida de los servicios que proveen los diversos participantes de un ecosistema. Uno de estos servicios es la polinización, la cual promueve la formación de frutos y semillas. Es por esta razón que los polinizadores juegan un papel importantísimo en relación con la economía de nuestro planeta. Así pues, es indispensable identificar la forma en que la pérdida o reducción de las poblaciones de polinizadores afecta actualmente a los ecosistemas y también a las actividades económicas que dependen de ellos. Esto nos va a permitir tomar medidas que ayuden a resolver tanto las problemáticas actuales como las que se avecinan.

 Considerando que las poblaciones de polinizadores han disminuido, en 2009, Marcelo Aizen y sus colaboradores encontraron que los cultivos que no dependen, o que dependen poco de los polinizadores, tienen un mayor incremento anual en su rendimiento en comparación con los cultivos que dependen en gran medida de los polinizadores. Ellos reportan que la disminución en el rendimiento anual de los cultivos que dependen de los polinizadores se relaciona con un incremento en el área cultivada de los mismos. En otras palabras, para compensar la reducción del rendimiento en estos cultivos, se siembran en una mayor superficie. Ashworth sugiere que este impacto negativo en el rendimiento de los cultivos podría ser más fuerte en los países en desarrollo. Esto se debe a que los países no desarrollados, no cuentan con la infraestructura económica necesaria para poder suplir el servicio ecosistémico de los polinizadores (como lo hacen los países más desarrollados) mediante métodos comerciales como la renta de colonias de polinizadores.

La riqueza que les debemos a los polinizadores

En el caso de México, del total de las 316 especies de plantas que se cultivan en el país, cerca de 145 dependen (en cierta medida) de los polinizadores para producir los frutos y semillas que después se consumen. Sin embargo, aún no hay información con respecto al nivel de dependencia de más de 60 especies.

Según el INEGI, muchos de los productos agrícolas que más se producen y que generan grandes beneficios económicos se obtienen gracias a la polinización. En el siguiente cuadro (Cuadro 1) se puede ver el nivel de dependencia de polinizadores de algunos de los productos que se producen en mayor cantidad (toneladas) o que generan una ganancia económica importante para nuestro país a través de la exportación. Cabe destacar que varios de los productos mencionados en esta tabla son originarios de México o se han cultivado en el país desde tiempos prehispánicos; entre ellos están el maíz, el frijol, la vainilla, el jitomate, la calabaza, el aguacate y el cacao.

Referencia:

Mora Carrera, E. (Diciembre de 2017). México y sus polinizadores: crónica de una crisis anunciada. Oikos(19), 19-24

A medida que los fenómenos meteorológicos extremos, el aumento de las temperaturas y las crisis sanitarias mundiales siguen amenazando a nuestro mundo, las repercusiones de un clima cambiante se perciben de forma más intensa que nunca. A medida que la comunidad global busca soluciones, debemos examinar críticamente la forma en que cultivamos nuestros alimentos y el potencial del suelo bajo nuestros pies para secuestrar el Carbono de la atmósfera, un poderoso gas de efecto invernadero, y encerrarlo bajo tierra (Rodale Institute, 2020).

Un nuevo documento publicado por el Instituto Rodale, ha analizado los nuevos datos científicos sobre el potencial de secuestro de Carbono del suelo en la última década, para concluir que un cambio global a sistemas de cultivos y pastos regenerativos, podría reducir en más del 100 % las emisiones anuales de CO₂.

El documento titulado “Regenerative Agriculture and the Soil Carbon Solution”, se fundamenta en las afirmaciones hechas por primera vez por el Instituto Rodale en el documento de 2014 titulado, “Regenerative Organic Agriculture and Climate Change: A Down-to-Earth Solution to Global Warming”; el cual integra datos de investigaciones recientes que proporcionan una guía práctica para consumidores, legisladores, agricultores y demás.

La nueva publicación muestra que un cambio global a un sistema alimentario regenerativo, no solo podría alimentar al mundo al tiempo que reduce la exposición química y mejora la biodiversidad y la salud del suelo, sino que también podría ser la clave para mitigar la crisis climática. El documento se compiló a través de extensos datos de investigación revisados ​​por investigadores y entrevistas con líderes en los campos de microbiología de suelos, agroecología, agronomía y otros más, así como investigaciones realizadas en los ensayos de comparación a largo plazo del Instituto Rodale.

Resultados Principales

• Cambiar la gestión de cultivos y pastos a nivel mundial a sistemas regenerativos es una combinación poderosa que podría reducir más del 100% de las emisiones anuales de CO₂, extrayendo carbono de la atmósfera y almacenándolo en el suelo.
• Con un manejo apropiado del sistema de pastoreo, el ganado puede aumentar el secuestro de Carbono al suelo, lo que compensa con creces sus emisiones de gases de efecto invernadero.
• Se ha demostrado que los rendimientos de los cultivos en los sistemas regenerativos superan a los rendimientos convencionales de casi todos los cultivos alimentarios, lo que demuestra que los productos regenerativos pueden alimentar al mundo mientras estabilizan el clima, regeneran los ecosistemas, restauran la biodiversidad y mejoran las comunidades rurales.
• Los consumidores, los agricultores y los legisladores pueden marcar la diferencia en la lucha contra la crisis climática al:
  • Apoyar e implementar prácticas regenerativas
  • Fomentar la adopción de sistemas regenerativos por parte de los distintos gobiernos
  • Retirar las inversiones de sistemas que destruyen la salud del suelo

Las prácticas regenerativas y la mejora de la salud del suelo se han visto beneficiadas en los últimos años, impulsadas en parte por la pérdida de la capa superficial del suelo a nivel mundial y la necesidad de una agricultura resiliente para resistir el clima extremo consecuencia de la crisis climática.

El potencial de almacenamiento de Carbono de la agricultura regenerativa y sus prácticas asociadas está bien documentado; sin embargo, necesitamos una transición rápida a estas prácticas a nivel mundial para implementar esta solución al cambio climático. “Los seres humanos destrozaron el planeta con una grave negligencia agrícola”, dijo Tom Newmark, presidente de “The Carbon Underground y colaborador del documento citado previamente. “Con este documento, el Instituto Rodale nos muestra cómo la agricultura regenerativa tiene el potencial de reparar ese daño y de hecho revertir algunos de los impactos amenazantes de nuestra crisis climática. ¡Este es un llamado a la acción decisiva! «

“Regenerative Agriculture and the Soil Carbon Solution” busca aumentar la implementación de prácticas regenerativas abordando debates comunes sobre la agricultura y la crisis climática, así como el papel de la ganadería en la contribución al cambio climático global.

Además de la investigación sobre tierras de cultivo, el documento estudia el potencial de la ganadería regenerativa para generar carbono en el suelo y ayudar a secuestrar las emisiones en el suelo.

Referencias:

Rodale Institute. (30 de Septiembre de 2020). REGENERATIVE AG COULD SEQUESTER 100 PERCENT OF ANNUAL CARBON EMISSIONS. Obtenido de Rodale Institute: https://rodaleinstitute.org/blog/regenerative-ag-could-sequester-100-percent-of-annual-carbon-emissions/}

(PAJARES MORENO, 2016)

El ciclo alterado del Nitrógeno, un serio problema ambiental

Las actividades agrícolas liberan, por una parte, amoniaco (NH₃), óxido nitroso (N₂O) y óxido nítrico (NO), que se van a la atmósfera y, por otra parte, nitratos (NO₃^–) que llegan a los acuíferos.

De la combustión de carburantes fósiles se desprende óxido nítrico NO y dióxido de nitrógeno (NO₂), compuestos que se conocen genéricamente como NOx. La intensificación de las actividades agrícolas y la combustión de carburantes fósiles aumentan la cantidad de formas reactivas de nitrógeno en el ambiente. Estos compuestos, antes de depositarse en un sumidero final en forma de N₂ o quedar inmovilizados en suelos o sedimentos, tienen una serie de efectos en cascada para la salud humana y los ecosistemas, como se puede ver en la siguiente imagen:

La cascada del Nitrógeno en el ambiente

El NO y el NO₂ reaccionan con compuestos volátiles orgánicos, produciendo un aumento en la concentración del ozono troposférico (O₃), lo que repercute en la vegetación y la salud humana e intensifica el efecto invernadero.

El NH₃ reacciona con ácidos presentes en la atmósfera, entre ellos el ácido nítrico (HNO₃) resultante de las emisiones de NOx, lo que produce un aerosol fino que se desplaza largas distancias, depositando Nitrógeno reactivo a muchos kilómetros de su fuente de origen. Estos aerosoles al ser respirados pueden provocar enfermedades coronarias y respiratorias.    

La deposición de Nitrógeno oxidado (NOy) y nitrógeno reducido (NHx) produce eutrofización de los ecosistemas acuáticos. La eutrofización provoca floraciones de algas y plantas acuáticas, lo que reduce el oxígeno disponible en el agua (condición conocida como hipoxia), ocasionando la muerte de peces y otros organismos con la consiguiente disminución de la biodiversidad del ecosistema. Estos compuestos también pueden acidificar el suelo, produciendo cambios en la composición de especies y la calidad del agua.

La lixiviación del Nitrógeno agrícola causa el aumento de NO₃^– en aguas subterráneas y superficiales con riesgos para la salud humana, porque el agua que se considera potable queda contaminada. También provoca cambios en los sistemas acuáticos.

El óxido                nitroso (N₂O), es uno de los gases causantes del efecto invernadero y contribuye en cerca del 12% del potencial de calentamiento global de origen antropogénico. Además, interviene en la química atmosférica dando lugar a la destrucción de la capa de ozono estratosférico (O₃).

Soluciones futuras a los efectos en cascada que provoca el exceso de Nitrógeno en el ambiente

Existe poca conciencia pública sobre la importancia del exceso de Nitrógeno reactivo y la amenaza que supone para el medio ambiente y la salud humana. La complejidad de las interacciones entre diferentes contaminantes nitrogenados y sus múltiples efectos es uno de los principales obstáculos cuando se intenta sensibilizar a la sociedad. Sin embargo, a pesar de la falta de concientización a este gravísimo problema, existen diversos tipos de propuestas para ponerle solución. Además, como el ciclo del Nitrógeno está acoplado al del Carbono, muchas de las soluciones a los efectos de la cascada del Nitrógeno ayudarán a mitigar también el acelerado incremento del dióxido de carbono (CO₂), principal causante del cambio climático que estamos viviendo.

Desde la parte agrícola, se propone mejorar el rendimiento de los cultivos e incrementar la eficiencia en el uso de Nitrógeno con algunas medidas, como son evitar la fertilización excesiva, limitar los riegos tras la fertilización, usar fertilizantes de liberación lenta, abonos verdes o estiércol, e implementar la rotación de cultivos. Adicionalmente, se ha propuesto tratar de cambiar la política alimentaria a nivel mundial, fomentando el consumo de menos carne y la producción local de alimentos para reducir la necesidad de fertilizantes en grandes zonas agrícolas.

También se necesita mejorar los sistemas de depuración de aguas. Existen algunas propuestas ingeniosas y sencillas, como la de colocar redes que atrapen el Nitrógeno mediante una tela de alambre cubierta por algas, las cuales se colocan en zonas acuáticas con altas concentraciones de Nitrógeno. Las algas capturan el Nitrógeno y lo usan para crecer, disminuyendo la cantidad de este elemento en el agua. Posteriormente, parte de estas algas se pueden dar como alimento al ganado, repitiéndose de nuevo el proceso.

Por supuesto, otra solución necesaria es la de reducir emisiones de combustibles fósiles. Esto se podría conseguir sustituyéndolos por fuentes de energías renovables o limpias (como la solar o la eólica), disminuyendo el consumo eléctrico, fomentando el uso del transporte público, la bicicleta o de autos híbridos e instalando catalizadores en los autos.

Para encontrar soluciones acertadas ante este grave problema ambiental, económico y social se necesita de la colaboración de la comunidad científica. Así, por ejemplo, en el Laboratorio de Ecología Microbiana Molecular del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología de la UNAM, se estudia cómo la disminución del oxígeno en el Pacífico mexicano y en lagos tropicales de México debida al calentamiento global y la eutrofización del agua, afecta a las comunidades microbianas acuáticas que controlan el ciclo del Nitrógeno, y las consecuencias que esto tendrá en el funcionamiento de estos ecosistemas acuáticos.

México, al igual que el resto del mundo, tiene un gran reto en la lucha contra el cambio climático. Entre las estrategias a implementar, una de las prioridades es reducir el Nitrógeno reactivo en el ambiente. Nuestro país está implementando la Estrategia Nacional de Cambio Climático, asimismo, se aceptaron una serie de compromisos en la XXI Cumbre de Cambio Climático, celebrada en 2015 en París. Entre las acciones, México se ha comprometido a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en un 22% para el 2030, incentivando el uso de energías renovables y la conservación de ecosistemas, como los bosques y humedales, que contribuyen a la reducción de los gases de efecto invernadero. Estas son sólo algunas de las medidas que se tienen que impulsar para luchar contra el cambio climático.

Referencias:

Pajares Moreno, S. (2016). La cascada del Nitrógeno ocasionada por actividades humanas. Oikos (16), 14-17.

PARTE 1 (PAJARES MORENO, 2016)

De Ciclo a Cascada del Nitrógeno

El Nitrógeno (N) forma parte de los elementos imprescindibles para la vida por estar presente en todas las proteínas y en los ácidos nucleicos (ADN y ARN). A pesar de que es uno de los elementos más abundantes en la atmósfera y la biosfera, es el que menos pueden aprovechar los seres vivos. La razón de esta contradicción se debe a que 99% del Nitrógeno en la Tierra se encuentra en forma de Nitrógeno molecular (N₂), este gas es el más abundante de nuestra atmósfera, formando el 78% del total. El nitrógeno molecular tiene dos átomos de nitrógeno unidos por un triple enlace, y se necesita una enorme energía para romperlo. Cuando el N₂ se rompe, se forman los tipos activos de nitrógeno que los seres vivos pueden usar, como son las formas inorgánicas: amonio (NH₄+), nitrato (NO₃-) y óxidos de nitrógeno, entre otros; y las formas orgánicas: urea, aminas, ácidos nucleicos y proteínas.

Las moléculas del Nitrógeno se mueven de manera cíclica en la Tierra, mediante procesos biológicos y no biológicos (o abióticos), y a esto se le llama ciclo biogeoquímico del nitrógeno. Este ciclo comprende cinco procesos principales:

1. fijación, 2. asimilación, 3. amonificación, 4. nitrificación y 5. Desnitrificación.

Principales procesos del nitrógeno (N) a través de componentes biológicos y abióticos en el sistema terrestre.

   Adaptado de Wikipedia: https:// es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_del_nitr%C3%B3geno.

La fijación del nitrógeno se produce fundamentalmente gracias a bacterias especializadas, como las del género Rhizobium,que forman nódulos en las raíces de plantas como el frijol y otras leguminosas. Las bacterias de este géneroson capaces de transformar el N₂ atmosférico en NH₄⁺, que es la forma como los organismos lo pueden incorporar a sus proteínas mediante la asimilación. Por ejemplo, en este proceso las plantas absorben el NO₃^– del suelo y lo reducen a NH₄⁺, que es transferido a las moléculas de carbono para producir aminoácidos y otras moléculas orgánicas nitrogenadas que las plantas necesitan para crecer.

Las bacterias heterótrofas y los hongos son los responsables de la amonificación, proceso por el cual el nitrógeno de los organismos muertos o de residuos orgánicos se transforma también en NH₄⁺, volviendo a estar disponible para las plantas y microorganismos. En presencia de oxígeno, un pequeño grupo de microorganismos autótrofos pueden convertir parte de este NH₄⁺ en NO₃^– mediante el proceso de nitrificación.

El NO₃^–, tiene una carga negativa, por lo que no se adhiere a las partículas del suelo que también tienen carga negativa (Capacidad de Intercambio Catiónico, o CIC), y es por esta razón que se lava con facilidad (proceso conocido como lixiviación). Cuando ocurre la lixiviación se pierde fertilidad en el suelo y además las aguas superficiales y subterráneas se enriquecen con NO₃^–, provocando problemas de eutrofización acuática y de salud en el hombre. En condiciones anaerobias, es decir cuando no hay oxígeno en el ambiente, un grupo diverso de microorganismos es capaz de respirar el NO₃^– y transformarlo hasta N₂ mediante una serie de etapas secuenciales, en las cuales el nitrito (NO₂^–), el óxido nítrico (NO), que forma parte del smog, y el óxido nitroso (N₂O), un potente gas de efecto invernadero, aparecen como productos intermedios. Todo este proceso se conoce como desnitrificación y se resume en estos pasos: NO₃^– > NO₂^– > NO^– > N₂O^– >  N₂

Antes de la revolución industrial, el nitrógeno reactivo se originaba a partir del N₂ por medio de dos procesos: relámpagos y fijación biológica del nitrógeno. El nitrógeno reactivo no se acumulaba en el ambiente, porque existía un equilibrio entre el nitrógeno que fijaban los organismos biológicamente y la desnitrificación. Sin embargo, en las últimas décadas el nitrógeno reactivo se está acumulando en la naturaleza como consecuencia de las actividades humanas: incremento de los cultivos de leguminosas (los principales son el frijol y la soya), el uso de combustibles fósiles, y, sobre todo, gracias a la producción de fertilizantes inorgánicos mediante el proceso desarrollado por los investigadores Haber y Bosch.

Fritz Haber recibió el premio Nobel de Química en 1918 por desarrollar la síntesis catalítica del amoniaco a partir del dihidrógeno y el dinitrógeno atmosférico en condiciones de alta temperatura y presión. El método Haber-Bosch, como se le conoce, solucionó los problemas de la agricultura a escala mundial porque fue posible producir fertilizantes de manera industrial, sin necesidad de depender de desechos orgánicos como el estiércol. Al principio fue una historia de enorme éxito, ya que gracias a los fertilizantes inorgánicos la producción mundial de alimentos se disparó. Esta es una de las razones por las que la población humana ha crecido tanto recientemente, multiplicándose por seis en tan sólo 100 años. Sin embargo, para mantener este ritmo acelerado de crecimiento, también fue necesario aumentar la producción de fertilizantes y el uso de combustibles fósiles, y es así como comenzaron los problemas que aquejan hoy a nuestro planeta: sobrepoblación, calentamiento global, pérdida de biodiversidad, contaminación, cascada de nitrógeno, entre otros.

De hecho, de todos los fertilizantes que se aplican a un cultivo, las plantas sólo absorben cerca de la mitad. El resto de los fertilizantes se lixivia o se pierde por escorrentía con el riego y termina en los mantos acuíferos, donde ocasiona problemas en los ecosistemas, tiene efectos nocivos para la salud, y se volatiliza a la atmósfera en forma de gases reactivos que contribuyen al calentamiento global y a la contaminación del aire. Conforme estos compuestos nitrogenados avanzan a través de los ecosistemas, desencadenan lo que se conoce como cascada del nitrógeno.

 Actualmente la aplicación de fertilizantes químicos ha duplicado la cantidad de nitrógeno reactivo que circula por el planeta, provocando que el ciclo del nitrógeno esté alterado en más del 80%, mientras que el del carbono lo está en menos del 10%. Por ello, el nitrógeno antropogénico es probablemente una amenaza medioambiental mayor que el carbono debido a las actividades humanas y de la cual se habla muy poco.

Referencias:

Pajares Moreno, S. (2016). La cascada del nitrógeno ocasionada por actividades humanas. Oikos(16), 14-17.

Amedida que nuestro suelo se vuelve anaeróbico, se producen todo tipo de problemas.

¿Cómo reconstruimos la estructura en un suelo como el que vemos en la imagen anterior? ¿qué le sucede al sistema radical a medida que reconstruimos la estructura en el suelo?

Una planta en la que el sistema de raíces solo profundiza a 1/8 de pulgada (0.3 cm) es una planta muy estresada. En la foto se puede observar una capa de paja que se tiene que descomponer para que los hongos anaerobios causantes de enfermedades y las plagas que se alimentan de las raíces ya no encuentren un hábitat favorable. Cuando se dan estas condiciones tenemos una planta débil, triste, enferma y lo que hacemos es aplicar al suelo los grupos adecuados de microorganismos mediante un té de composta ya que se trata de césped y no les gusta la composta, no les gusta la materia orgánica que se encuentra en la superficie del suelo.

Entre la toma de la muestra de suelo de la imagen anterior y la de la que vemos en la siguiente imagen, aplicamos té de composta, de donde hemos extraído los organismos usando agua. En condiciones aeróbicas, se pone un poco de alimento adicional para estimular el crecimiento de los hongos en forma efectiva y 24 horas después de la preparación del té (de fermentación) lo aplicamos. Este procedimiento se realizó 3 veces, y podemos ver lo que pasó con los compuestos anaeróbicos presentes en el suelo…. desaparecieron.

Las bacterias y los hongos se alimentaron de esos materiales, mismos que pasaron a formar parte de su biomasa y luego se incorporaron a la materia orgánica del suelo. Ahora podemos ver el cambio que ocurrió en el sistema de raíces del mismo césped al que todavía se está podando a 1/8 de pulgada todos los días. Aproximadamente en un mes, las raíces han crecido y profundizado a unas 4.0 ó 4.5 pulgadas (10-12 cm). De ahí que no podemos decir qué debido a que podamos la parte aérea de la planta, las raíces se perdieron. Estamos haciendo que las raíces crezcan.

Actualmente, las raíces del césped en ese campo de golf están a unos 8.0 pies de profundidad (2.5 metros aprox.) y todavía se sigue podando todos los días a 1/8 de pulgada. Esto se hace durante toda la temporada de crecimiento, y no se van a perder raíces.

Debemos comprender como funciona el sistema que hay bajo el suelo. Necesitamos entender qué sucede cuando el suelo se compacta y pensar en todas las actividades que realizamos en nuestros sistemas de producción agrícola (incluso en los pastizales y en los huertos), que tienen este efecto de compactación.

Pensemos en todas las cosas que hacemos constantemente para compactar el suelo. Cada vez que conducimos equipos grandes y los traemos de arriba para abajo sobre nuestros suelos, estamos compactándolos en las profundidades. Cuando conduces una camioneta sobre tu suelo ¿dónde lo compactas?, no es en la superficie. La física nos dice que la capa de compactación se va a formar en el fondo, de acuerdo al peso del equipo y al ancho de la llanta. El típico recorrido diario que hacemos en nuestra camioneta pick up va a causar una compactación de aproximadamente 18 pulgadas (46 cm).

Ahora bien, ¿por qué creemos que los sistemas de raíces de nuestras plantas no crecen más allá de las 18 pulgadas (46 cm aprox.).  ¿Dónde está la compactación del suelo? Hay que empezar a buscar dónde se encuentra la capa de compactación.

Aquí hay un ejemplo, literatura científica que muestra que en un suelo bien drenado el sistema de raíces va a seguir penetrando hasta que choca con la capa de compactación. Un suelo anegado causa moteado Cuando tenemos los poros del suelo llenos de agua, cien por ciento de humedad en ese suelo, esto va a detener el crecimiento de las raíces evitando que lleguen a mayor profundidad. ¿Qué pasa si nuestro nivel freático, nuestra capa anaeróbica, está un poco más arriba?, bueno, prácticamente va a matar a la planta.

¿Qué es lo que realmente ocurre en condiciones anaeróbicas, cuando empapamos el suelo, cuando imponemos la compactación?

¿Qué es lo que realmente ocurre en condiciones anaeróbicas, cuando anegamos el suelo, cuando ocasionamos la compactación?

El dueño del sitio que vemos en la fotografía anterior quería construir un horno para barbacoa, por eso cavó en el suelo. Observemos este perfil. ¿Por qué las raíces de ese árbol, de ese césped o de ese arbusto no se adentran más en el suelo? Las raíces de los árboles pueden abrirse paso a través del concreto, romper presas. ¿Cómo es posible que éstas raíces no atraviesen esa capa de compactación?, hay algo más involucrado. Cuando compactamos el suelo, el agua que se mueve hacia su interior, no podrá pasar de una capa de suelo de determinada densidad a una de una densidad diferente. Como podemos ver, ahí está la compactación y el agua no puede moverse a través de ella, por lo que se detiene justo ahí. Por otra parte, el oxígeno no puede moverse a través del agua muy rápidamente, así que tenemos esa capa anaeróbica de color negro oscuro. Por eso, el sistema de raíces no puede crecer a mayor profundidad y pensamos que esto es normal.

En el mundo de la agricultura, debido a que constantemente vemos raíces que profundizan solo un poco y luego crecen hacia los lados, creemos que eso es normal. No, ese es un mecanismo de respuesta de la planta ante el daño que nosotros, los seres humanos, hacemos a nuestros suelos. Cuando aplicas un fertilizante inorgánico (que es una sal), vas a matar a los microorganismos que habitan en el suelo y cada vez que se usa un pesticida, éste va a eliminar a mucho más que el organismo objetivo, por lo que no podemos estar haciendo esas cosas.

Tenemos ciencia sólida para entender lo  que ocurre y para orientar a los productores a fin de que identifiquen las causas de sus problemas y lo que deben hacer para resolverlos.

  Referencia: “Farm Profits in Root Depth (No Fertilisers Required)” Dr. Elaine Ingham

Una vez que la parte aérea de la planta nuevamente empieza a crecer (después de haber sido podada o sometida a pastoreo), está fotosintetizando y produciendo todos los azucares que necesita, pero, ¿de dónde va a obtener el Nitrógeno, Fósforo, Azufre, Magnesio, Calcio, Sodio, Potasio, Fierro, Zinc, Boro, etc.?, es decir, toda esa gama de nutrientes que requiere para su desarrollo.

¿Cuántos nutrientes necesitan las plantas?  Si hablamos de nutrientes esenciales, inicialmente solo se pensaba en 3: Nitrógeno, Fósforo y Potasio (NPK). Actualmente la mayoría de los fisiólogos vegetales estarán de acuerdo en que hay 42 nutrientes esenciales, y que lo mejor es que todos se mantengan en el equilibrio adecuado.

Si se aplica un fertilizante inorgánico, por ejemplo, si ponemos harina de roca ¿vamos a tener los nutrientes disponibles para la planta en un equilibrio adecuado? o si utilizamos un fertilizante a base de nitrato ¿acaso no se afecta la fisiología de la planta al aplicar un solo nutriente en concentraciones extremadamente altas? No podemos estar haciendo esto, porque la planta necesita equilibrio.

Cuando las bacterias y los hongos son devorados por sus depredadores (los protozoos, nematodos, micro artrópodos, lombrices de tierra, etc.), la planta absorbe todos los nutrientes que son liberados de la biomasa microbiana en el balance apropiado y nuevamente empieza a crecer, utilizando los azúcares para formar proteínas, carbohidratos, lipopolisacaridos y todos los metabolitos esenciales que requiere para desarrollarse adecuadamente. La planta nunca abandona su sistema radical. Si lo hiciera, ¿cómo va a obtener los nutrientes que necesita?, ¿cómo va a obtener el agua que necesita?. De esta forma no hay pérdida de nutrientes.

Ahora bien, ¿qué pasa si se realiza el pastoreo antes de que la planta pueda reponer los azúcares, las proteínas y los carbohidratos y almacenarlos en su sistema de raíces?, pues que estamos estresando a la planta. Cuando permitimos que el ganado entre a pastar, promovemos un gran flujo de exudados de la raíz hacia el exterior del suelo. Las bacterias y los hongos crecen y los nematodos y protozoos actúan liberando otra vez nutrientes para la planta, la cual de nuevo empieza a crecer. Por lo tanto, si pastoreamos demasiado pronto sin permitir que la planta se recupere, realmente estamos estresándola.

Ahora bien, ¿cuántas veces podemos hacer esto antes de que los nutrientes se repongan en el sistema de raíces?

Es importante tener en cuenta que, si esto se hace con frecuencia, las raíces se dañaran, afectándose la estructura que da a la planta la capacidad de recolección de nutrientes. Además, si se deteriora el sistema radical, mediante el cual la planta extrae agua de las regiones más profundas del suelo. ¿Qué va a pasar con ella, especialmente en un periodo seco de verano?, simplemente muere.

La siguiente imagen corresponde a una muestra de suelo que se extrajo del green de un campo de golf que había sido excesivamente golpeado. En ella se puede ver el sistema de raíces de ese césped. Si el pasto se poda a 1/8 de pulgada todos los días y la gente que se encarga de podarlo ve que el sistema de raíces desciende hasta ahí, a un octavo de pulgada de profundidad, entonces dicen, bueno, debido a que cortamos la parte superior de la planta a 1/8 de pulgada, el sistema de raíces solo baja hasta 1/8 de pulgada.

 Referencia: “Farm Profits in Root Depth (No Fertilisers Required)” Dr. Elaine Ingham

Los exudados de la raíz están compuestos principalmente de azúcares simples, un poco de proteína y un poco de carbohidratos. Imaginemos que entras a la cocina de tu casa y preparas una receta con esos componentes. ¿Qué sería el azúcar simple en tu cocina? …azúcar blanca, azúcar morena, miel, melaza, todas esas maravillosas cosas dulces. Así que tomas un tazón y vas a poner un puñado de azúcar, tal vez un poco de todos los diferentes tipos mencionados. Ahora vas a conseguir algo de proteína ¿Qué hay de proteína en tu cocina? :… huevos, tal vez algo de queso, leche, así que también pongamos eso en el tazón. Finalmente, los carbohidratos. ¿Qué carbohidratos hay en tu cocina?… harina.

De esta forma tenemos en el tazón: azúcar, un poco de proteína y un poco de carbohidratos. ¿Qué se puede preparar con estos ingredientes? Sí, pasteles y galletas. Podemos decir que la planta está liberando pasteles y galletas en el suelo para hacer crecer a las bacterias, hongos, protozoos y nematodos, por lo que debemos entender qué es lo que estos organismos hacen por ella.

Volviendo a la imagen de la planta de pasto que presentamos en la primera parte de este artículo, es importante tener en cuenta que se podó un par de veces en el año. De hecho, la podamos a media pulgada de altura (1.27 cm), aproximadamente tres días antes de perforar el suelo con el tubo para extraerla con todo su sistema de raíces.

Ahora bien, se dice que cuando cortas la parte aérea de la planta a una pulgada de altura (2.5 cm), haces que el sistema de raíces también se reduzca a una pulgada. Si esto es cierto, entonces el sistema de raíces de la planta que podemos ver en la fotografía de la parte 1 de este artículo, volvió a crecer 4.5 pies (137 cm) en 3 días, yo no lo creo. Esa planta no perdió nada de su sistema radical cuando fue podada (digamos que fue artificialmente pastoreada); en otras palabras, eso no causo ninguna pérdida del sistema de raíces.

Si la planta está sana, no pierde raíces, esto es importante porque se trata de Carbono almacenado que no tiene que ser reemplazado, es decir no es un drenaje metabólico para la planta. Cuando los animales pastan en plantas sanas, no se está perdiendo nada del sistema radical.

Algunos artículos en la literatura científica de 1984, 1986 y 1989, muestran que lo que sucede es que cuando se hace pastoreo, o se poda la parte aérea de una planta, se produce una descarga masiva de exudados por parte del sistema de raíces, y si hay una gran cantidad de azucares, proteínas y carbohidratos en el suelo (pasteles y galletas), las bacterias y los hongos van a responder creciendo muy rápidamente.

Las bacterias y los hongos son los organismos que producen las enzimas necesarias para extraer los nutrientes de las partículas de suelo (arenas, limos y arcillas) y de la materia orgánica existente. En otras palabras, extraen nutrientes de las rocas y de los guijarros y los almacenan en su biomasa, por lo que no va a haber lixiviación. Es decir, no se va a perder ninguno de esos nutrientes porque no son solubles y en consecuencia no están disponibles para la planta. Entonces ¿cómo recuperamos los nutrientes que la planta ha proporcionado a los hongos y las bacterias para que produzcan las enzimas necesarias y atraigan y capturen otros nutrientes en sus cuerpos? ¿Cómo conseguimos que esos nutrientes estén nuevamente disponibles para la planta? Bueno, aquí es donde participan los organismos depredadores de hongos y bacterias. Las bacterias son devoradas por los protozoos, y en un sistema aeróbico, también por los flagelados, las amebas y los nematodos bacteriófagos. En tanto que los hongos del suelo van a ser consumidos por los nematodos fungívoros y por los microartrópodos fungívoros. En lo que respecta a las lombrices de tierra, éstas son bastante inespecíficas pues comen tanto bacterias como hongos.

Cada vez que cualquiera de los depredadores de hongos y bacterias se alimente de estos microorganismos, los nutrientes que han sido inmovilizados en concentraciones extremadamente altas en la biomasa fúngica y bacteriana, van a ser liberados en el suelo justo en la superficie de la raíz.

En resumen, podemos decir que cuando un pasto se poda o un pastizal se pastorea, se presenta un gran flujo de exudados, y en consecuencia miles de millones de bacterias, y kilómetros y kilómetros de hifas fúngicas van a crecer atrayendo nutrientes a sus cuerpos. Después vienen los organismos bacteriófagos y micófagos (protozoos, nematodos, micro artrópodos) que, al alimentarse de bacterias y hongos, van a liberar todos los nutrientes contenidos en su biomasa en el equilibrio adecuado para la planta y directamente a su sistema de raíces.

Referencia: “Farm Profits in Root Depth (No Fertilisers Required)” Dr. Elaine Ingham

• 

• 

Cuando prestamos atención a la vida que habita en el suelo, comenzamos a entender cuáles son los beneficios que nos proporciona. La siguiente imagen corresponde a una planta de pasto de tres meses.

Muchos agricultores que producen pastos, no pueden creer que las raíces crezcan a la profundidad que se observa en la imagen, pero  en este caso, gracias a que el suelo tuvo la biología necesaria, es decir, contaba con la presencia de diferentes grupos de organismos que estuvieron  conformando su estructura, protegiendo a las raíces de los microorganismos causantes de enfermedades, reciclando los nutrientes y manteniendo saludable a esta planta, es que pudo desarrollar su sistema radical a una profundidad de cuatro pies y medio (1.37 m aproximadamente)  en un período de tres meses. ¿Podemos imaginar a que profundidad van a llegar las raíces cuando esta planta tenga diez, quince, veinte o cien años de edad?

Si pensamos en el pasto Ray grass creciendo en alguna pradera, ¿a qué profundidad pueden llegar sus sistemas de raíces? Fácilmente a 15 pies (4.5 m aproximadamente). De tal forma que si observas las plantas de tu pastizal y sus raíces no están a esa profundidad, ¿cuál es el mensaje que la madre naturaleza está tratando de darte?: “Estás tratando de cultivar plantas en tierra improductiva y no vas a tener éxito. Es necesario recuperar la biología del suelo

La planta que se muestra en la imagen anterior es de un trabajo que realicé con Hendrikus Shraven, un arquitecto paisajista en Seattle, Washington. En la foto podemos ver a Hendrikus sosteniendo una planta de pasto que se produjo en un área con muy buena biología en el suelo. Para extraerla, introducimos un tubo de PVC en el suelo, sacamos las raíces completas y cortamos el tubo de PVC para abrirlo. Lavamos las raíces con un poco de agua de la manguera y se tomó la fotografía. Hendrikus Shraven es una persona que mide seis pies y medio de altura (1.98 m.). Este sistema de raíces tiene cuatro pies y medio de longitud (1.37 m aproximadamente) y tan solo tiene tres meses. De ahí la necesidad de tener la biología en el suelo, que se encargue de conformar su estructura y permitir que el sistema de raíces crezca lo más profundo posible.

Si las raíces de sus plantas están a una profundidad de 8, 10, 15 pies (2.5, 3.0, 4,5 m) o incluso de 4.5 pies (1.37m), no tiene que preocuparse por las sequías en el verano ya que toda el agua que necesitemos se va a infiltrar en el suelo y va a ser retenida ahí para cuando se necesite.

Ahora bien, las plantas emiten exudados para alimentar a los organismos del suelo. Cada una de las plantas libera exudados de su sistema de raíces, pero ¿qué es un exudado?, ¿a qué nos referimos cuando hablamos de exudados? Bueno, si tomamos en cuenta la definición de la palabra; exudado es algo que está saliendo del cuerpo, por ejemplo, el sudor es un exudado, y ¿cuál es exactamente la composición química de un exudado que sale de la raíz? De hecho, proviene de la parte superior de la planta y de ahí se mueve hacia la raíz. Es decir, cada parte de la planta, las hojas, toda la corteza, las flores, los frutos, todos están liberando exudados para favorecer la presencia de los grupos adecuados de microorganismos en la superficie de la planta a fin de protegerla de enfermedades, reciclar nutrientes y formar estructura en el suelo.

                                                                Referencia: “Farm Profits in Root Depth (No Fertilisers Required)” Dr. Elaine Ingham

Vida de ácaro en el suelo

En 2010 Jaroslav Smrž y Vlasta Čatská de la Universidad de Charles en la República Checa, observaron que Tyrophagus putrescentiae, un ácaro que vive en todo el mundo era capaz de consumir diferentes especies de hongos, cada una con un arreglo molecular distinto en su pared celular. La pared celular de los hongos está hecha de quitina, entre otras moléculas. La quitina es un azúcar que también forma parte del exoesqueleto de los artrópodos, y que le brinda soporte a dicha estructura. Existen muchos tipos de quitina, todos ellos están conformados por la misma molécula, pero tienen ligeras modificaciones en su estructura. Esto sería algo similar a las piezas de lego de distintos colores que se usan para construir una misma casa.

En el estudio mencionado al inicio, los científicos se percataron de que los ácaros podían degradar los diferentes tipos de quitina gracias a sus endosimbiontes, ya que cada uno era capaz de degradar específicamente cierta molécula. Por lo tanto, concluyeron que la capacidad de un ácaro de alimentarse de un hongo en particular depende de la presencia del endosimbionte que pueda degradar la quitina que dicho hongo contiene su pared celular.

Esto también pasa con la capacidad de los ácaros para degradar un tipo de hojarasca en particular. En el estudio titulado “The effect of microarthropods on litter decomposition depends on litter quality” Veronika Gergócs y Levente Hufnagel, de la Academia de Ciencias de Hungría, observaron que el tipo de hojarasca que consumen los ácaros va a determinar el tipo de endosimbionte que formará parte de su microbioma. Vieron que una de las primeras variables son las condiciones bajo las cuales caen las hojas, ya que no siempre son las mismas. Es decir, puede ser que unas caigan cuando ya están marchitas, mientras que otras caen cuando todavía están verdes. Otra variable son las características de la celulosa; ésta, al igual que la quitina, posee arreglos moleculares diferentes dependiendo de la planta o la edad de la hoja. Además, observaron que algunos ácaros se alimentan de hojarasca en distintos grados de descomposición y algunas hojas ya pueden tener bacterias y hongos que consumen al mismo tiempo. Al principio se pensaba que, en este último caso, la presencia de bacterias y hongos hacían que la hojarasca fuera más fácil de digerir puesto que había un avance en el estado de descomposición. Sin embargo, los mismos investigadores demostraron que los ácaros prefieren esta hojarasca ya que los microorganismos pasan a formar parte de su comunidad endosimbiótica.

     Por otra parte, se ha observado que el tipo y abundancia de endosimbiontes no son los mismos entre los individuos ni entre las diferentes etapas de su ciclo de vida. Por ejemplo, entre 1971 y 1976 los polacos O. Stefaniak y Stanisław Seniczak encontraron que durante los estadios juveniles los ácaros poseen una mayor abundancia y variedad de endosimbiontes con respecto al estadio adulto y que, dependiendo de la estación del año, también cambia el tipo de endosimbiontes. Su investigación, publicada en la revista Pedobiologia nos podría indicar, primero, que durante los estadios juveniles los ácaros serían capaces de explotar una diversidad mayor de recursos alimenticios, y segundo, que la estacionalidad juega un papel muy importante como modulador en las redes alimenticias tanto de los microorganismos como de los ácaros en función de la disponibilidad y aprovechamiento de los recursos.

¿Cómo adquiere el ácaro a un endosimbionte?

Se sabe que en los ácaros y en muchos otros organismos, existen dos tipos de endosimbiontes: intracelulares y extracelulares. Los primeros mantienen una relación tan íntima con el ácaro y llevan a cabo funciones tan importantes que, si no están juntos, ambos mueren. En contraste, se ha observado que los endosimbiontes extracelulares, aunque también realizan funciones de importancia en el hospedero son capaces de sobrevivir en ocasiones fuera del mismo. Para responder a la pregunta necesitamos pensar en términos de coevolución ya que como muchos factores están en juego, el mecanismo de endosimbiosis puede ser muy lento y puede abarcar muchas generaciones tanto del hospedero como del endosimbionte.

     Diversos estudios han demostrado que cuando un ácaro se alimenta, también puede ingerir de forma fortuita, al microorganismo que consume el mismo recurso, de modo que la endosimbiosis puede ser un “accidente”.

Es necesario señalar que para que la endosimbiosis sea exitosa, es decir, para que el proceso se lleve a cabo, se requiere cumplir con ciertas condiciones, por ejemplo, que los mecanismos de defensa de ambos organismos no les causen un daño recíproco. En este tipo de asociación el ácaro no busca intencionalmente al microorganismo para que le ayude a asimilar su alimento, simplemente se presenta la situación propicia para que esto ocurra. Una vez que éstas condiciones se dan, es posible que se establezca una relación permanente donde, por ejemplo, el endosimbionte llegue a ser transmitido de padres a los hijos, o mejor dicho de madres a hijos, ya que cuando la hembra deposita los huevecillos también deposita a los microorganismos en su superficie. Así, cuando la larva eclosiona, adquiere a los endosimbiontes que se encuentran en la superficie.

Conocer los mecanismos que permiten a las diferentes especies de ácaros explotar los distintos recursos, incluyendo la gran diversidad de endosimbiontes que pueden albergar a lo largo de su ciclo de vida, permite:

1. Reconocer su papel e impacto en el suelo como iniciadores del proceso de la descomposición de la hojarasca, y

2. Determinar cómo la presencia de un endosimbionte en particular puede afectar la explotación de un recurso, el ciclo de vida y la supervivencia de los ácaros en el suelo.

Aunque en México el estudio de endosimbiontes en ácaros no está tan difundido, algunos laboratorios realizan investigación para entender el efecto de moléculas tóxicas sobre los endosimbiontes de ácaros plaga en cultivos agrícolas. (debido a la resistencia de los ácaros a algunas moléculas tóxicas). De ahí que, la manera de controlar a los ácaros es optando por matar al endosimbionte, para que el hospedero, en este caso el ácaro, también muera a causa de una pobre asimilación de nutrientes.

Referencias:

Sánchez Chávez, D. I. (2020). ÁCAROS DEL SUELO Y BACTERIAS: AMIGOS INSEPARABLES. Obtenido de Oikos. Ecología UNAM: http://web.ecologia.unam.mx/oikos3.0/index.php/articulos/acaros-del-suelo