Autor: quimcasa

Sabemos que cada cultivo tiene una relación simbiótica con cierto grupo de bacterias y otros organismos. Algunas plantas tienen relaciones simbióticas con grupos de bacterias que tienden a producir un efecto oxidante, mientras que otras tienen una relación simbiótica con grupos de bacterias que ocasionan un efecto reductor. Anteriormente describimos como los ambientes reductores o los ambientes oxidantes pueden cambiar la población bacteriana del perfil de suelo.

Ahora bien, el hecho de que las bacterias puedan ocasionar un efecto reductor o un efecto oxidante, hasta cierto punto está determinado por el ambiente del suelo, pero también está determinado por el tipo de cultivo, ya que dicho efecto es provocado por una bacteria asociada a éste, y esa bacteria tiene un efecto reductor sobre los minerales presentes en el suelo.

Los microelementos y minerales traza de naturaleza metálica como el Manganeso, Fierro, Cobre, Cobalto y demás, asi como también minerales como el Fósforo, Azufre, Nitrógeno, etc., pueden estar en forma oxidada o en forma reducida. Cuando tenemos suelos que en su mayor parte tienen bacterias reductoras en un ambiente reducido, dichas bacterias usarán electrones de todos esos minerales transformándolos a su forma reducida.

Desde una perspectiva bioquímica, las bacterias son el mediador entre lo que sucede en el entorno y lo que les sucede a los minerales en el sistema de suelo. En otras palabras, las bacterias pueden transformar los microelementos, minerales traza y otros nutrientes ya sea a su forma oxidada o a su forma reducida. Lo deseable es tener bacterias que los conviertan a sus formas reducidas, porque esto es muy importante para la absorción de nutrientes, lo cual en si mismo es todo un tema.

Lo más importante que debemos tener presente es que cada cultivo (ya sea cultivo comercial o cultivo de cobertura), tiene relaciones simbióticas con bacterias reductoras ó con bacterias oxidantes, y que estas cambiarán tanto la condicion del suelo como su comunidad microbiana para hacer que se vuelva más supresor de enfermedades o bien más promotor de enfermedades. El problema con muchas de nuestras prácticas de manejo agrícola hoy en día, es que hacemos muchas cosas que tienden a producir un efecto muy oxidante en el suelo. Aplicamos cal, fertilizantes nitrogenados y muchos agricultores todavía realizan labranza en sus suelos.

Muchas de las cosas que hacemos tienen un efecto oxidante, en consecuencia, muchos de nuestros suelos están demasiado oxidados, es decir, ya no hay suficiente efecto reductor en su sistema. De ahí que es necesario hacer algo para compensar este desequilibrio entre oxidación y reducción. Se trata de promover un efecto más reductor produciendo cultivos comerciales y cultivos de cobertura que estimulen a las bacterias reductoras en vez de a las bacterias oxidantes. ¿Cuáles son algunos de esos cultivos que tienen una relación simbiótica con bacterias supresoras de enfermedades?

En este sentido hay unos cuantos quie son excepcionalmente notables, pero hay muchos otros sobre los que tenemos información limitada y acerca de los cuales todavía estamos tratando de aprender más.

Uno de los cultivos que tiene un efecto reductor muy fuerte es el maíz no transgénico. Estoy enfatizando específicamente en la característica de no transgénicó, porque este tipo de maíz tiene un perfil de aminoácidos y un perfil de carbohidratos muy diferente al del maíz transgénico.

Cuando se produce maíz genéticamente modificado, el perfil alterado de aminoácidos y carbohidratos que la planta emite a través del sistema de raíces en forma de exudados, da como resultado un microbioma alterado. Así, el cultivo de maíz transgénico en realidad tendrá un microbioma de bacterias que fomentan las enfermedades (bacterias que tienden a ser oxidantes), en lugar de bacterias supresoras de enfermedades.

Dentro de las leguminosas forrajeras, la alfalfa es particularmente notable por tener un efecto supresor de enfermedades, también los tréboles dulces, el trébol rojo carmesí, el trébol blanco, etc. Todas las leguminosas forrajeras que conozco tienden a producir un fuerte efecto reductor, o sea un fuerte efecto supresor de enfermedades.

De entre los granos, sabemos que el trigo es particularmente oxidante y tiene relaciones simbióticas con bacterias oxidantes, sin embargo, no hay mucha información al respecto. He buscado arduamente información acerca de otros granos como la cebada, el centeno y la espelta, pero no he logrado encontrar mucho.

Hasta donde sabemos, la avena tiene un fuerte efecto reductor. Existe una historia realmente interesante acerca de un trabajo de mejoramiento genético en avena, que llevó a cabo alguien conectado conmigo. Hace muchos años, tengo entendido que a mediados de los 60´s, las avenas también tenían un efecto oxidante, pero hubo un brote, me parece que de mancha gris de la hoja. Esta enfermedad estaba muy extendida y diezmó el cultivo en toda Norteamerica.

Durante dos o tres años consecutivos, los genetistas estuvieron trabajando muy activamente para tratar de desarrollar variedades resistentes a dicha enfermedad, finalmente tuvieron éxito en ello y estas variedades se adoptaron rápidamente en todo el país.

Las nuevas variedades de avena eran resistentes a la mancha gris de la hoja debido a un aumento en las concentraciones de glucosinolatos en la savia de la planta, de tal forma que, cuando mayores concentraciones de estos compuestos eran emitidas a través de los sistemas de raíces en forma de exudados, ocasionaban una alteración del microbioma, cambiándolo de tener un efecto principalmente oxidante a uno principalmente reductor.

Esto me parece realmente interesante porque definitivamente habla de cómo el perfil nutricional y la integridad nutricional de una planta, tal y como se refleja en la expresión epigenética, puede cambiar la proliferación microbiana en el suelo. Un ejemplo de esto sería el caso del maíz transgénico versus el maíz no transgénico.

Otro cultivo de cobertura que se sabe que tiene efectos supresores de enfermedades muy fuertes es el trigo sarraceno.

Estos son los cultivos de los podemos decir que realmente tienen un efecto supresor de enfermedades, dicho de otro modo, de los que sus simbiontes bacterianos tienen un efecto reductor.

Por otro lado, los cultivos que sabemos que son particularmente oxidantes son el maíz, el trigo y la soya transgénicos, del resto, debo decir que no tenemos información.

Suponemos que probablemente las Brassicas y las mostazas (que pertenecen al mismo género), pueden ser reductoras, pero no lo sabemos a con certeza.

Falta mucha información y hay mucha tarea por hacer en ésta área, a fin de aprender a desarrollar suelos supresores de enfermedades.

Fuente: “Using Cover Crops to Develop Disease Supressive Soils”

                A webinar hosted by AEA. Featuring Jhon Kempf

¿Cómo podemos replicar el manejo que se realizó en la region productora de papa en Idaho?, ¿Cómo podemos producir ese efecto de supresión de enfermedades en nuestro suelo? Muchos de nosotros no utilizamos el riego por inundación y no tenemos la opción de inundar nuestros campos de cultivo, entonces, ¿cómo producimos el mismo efecto que ellos fueron capaces de generar? Hay dos formas distintas de hacerlo y cambiar la población microbiana del suelo con base en lo que está sucediendo en el perfil.

Para dar algo de contexto a esto, quiero comentar un poco sobre Redox y Eh, lo que realmente es y cómo funciona. Cuando nos referimos a Redox, tenemos una escala de oxidación-reducción con valores que van de 0 a 42, y un punto neutral de 28.  Quizá ahora estés preguntándote por qué no has escuchado hablar de Redox antes.

El Potencial de Oxidación-reducción (ORP) ó Eh en realidad tiene un impacto mucho mayor en la disponibilidad de nutrientes que el pH, particularmente para todos los microelementos y minerales traza. El Manganeso, Cobre, Fierro, Cobalt, etc. son extremadamente dependientes del valor de Eh. Si es asi, ¿por qué nadie habla de esto?, ¿por qué no hay más investigación y mas información disponible sobre Eh?, es decir, sobre el potencial de oxido reducción del suelo.

La razón por la que esto no está tan estudiado y descrito es porque se trata de un parámetro muy difícil de medir. Numéricamente es muy inestable, se mueve todo el tiempo, debido a que tan solo en el ambiente del suelo hay muchas situaciones que impactan su valor. Cualquier cosa que acentúe el efecto de la meteorización en el suelo, como la labranza o la sequía, por ejemplo, va a afectar el valor de su ORP.

Cada vez que se introduzcan altas concentraciones de oxígeno en el suelo. se va a producir un efecto oxidante. Asi tenemos que, cuando los suelos se secan se oxidan más, y cuando se inundan y se saturan, se vuelven mas reducidos.

En lo que respecta a la medición de la bioquímica, continuamente está fluctuando, digamos que siempre se esta moviendo hacia adelante y hacia atrás, o de un lado a otro. Es un poco como si se estuviera tratando de estabilizar un blanco en movimiento. El valor fluctúa demasiado, tanto, que por eso ha sido difícil de estudiar y de analizar lo que verdaderamente está ocurriendo.

En la parte superior izquierda de las Figuras 1 y 2, se mencionan diferentes practicas de manejo que pueden tener un fuerte efecto oxidante en el perfil del suelo. Podemos ver que las aplicaciones de Nitrato, de cal agrícola y de fertilizantes (la mayoría de los fertilizantes quimicos), tienen un efecto oxidante muy fuerte. En otras palabras, algunas de las prácticas de manejo ágrícola que se llevan a cabo en la actualidad, tienden a provocar un efecto oxidante muy fuerte en el suelo, lo que ha originado suelos que presentan un efecto potenciador de enfermedades, en lugar de un efecto supresor de éstas.

¿Como podemos cambiar esto?, ¿cómo podemos equilibrar la balanza que se ilustra en las Figuras 1 y 2?

No se trata de la necesidad o el deseo de tener suelos completamente reducidos, ya que se presume que el valor de Eh fluctúa constantemente por algúna razón. Los suelos sanos y los ecosistemas saludables tendrán ésta fluctuación de forma natural y mostrarán cambios entre estados ligeramente oxidados y ligeramente reducidos. De hecho, debe ser una cifra fluctuante, no es sano si el número es estático, necesita estar moviéndose

El problema es que muchas de las cosas que hacemos al manejar nuestras explotaciones agrícolas tienden a ocasionar un efecto oxidante muy fuerte. Sin embargo, hay cosas que podemos hacer para ayudar a inclinar la balanza hacia los valores de reducción en la escala, como se indica en la parte superior derecha de las figuras 1 y 2.

Un nutriente que tiene un efecto reductor es el amonio, por supuesto también la biología del suelo y los sistemas de raíces.

Lo mas importante de todo esto es tener presente que la supresión de enfermedades en el perfil del suelo es un efecto de su biología, definitivamente es un efecto biológico. Las practicas agrícolas que llevamos a cabo como parte del manejo de nuestras fincas o ranchos, ya sea la aplicación de fertilizantes, la aplicación de cal agrícola, la labranza, el manejo de la humedad, etc., tienen un efecto supresor de enfermedades o un efecto potenciador de enfermedades debido a su influencia sobre la biología que habita en el suelo, y cómo ésta responde. No se debe a un efecto directo que ocasione cambios químicos en el perfil del suelo en sí mismo, los cambios se dan en sus perfiles biológicos.

Ahora bien, esta modificación en las proporciones de los tres tipos de poblaciones de bacterias: aerobias, anaerobias facultativas y anaeróbicas, puede ocurrir de dos formas diferentes, en realidad hay más de dos formas, pero las dos más importantes en los sistemas agrícolas biológicos son:

1.- pueden ser alterados por los niveles de redox en el perfil del suelo, de ahí que todas las herramientas de manejo mencionadas anteriormente pueden tener una consecuencia y

2.- se puede alterar el perfil biológico manejando los cultivos comerciales asi como los cultivos de cobertura que vayamos a establecer, debido a las diferentes bacterias con las que estos mantienen una relación simbiótica.

Fuente: “Using Cover Crops to Develop Disease Supressive Soils”

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La técnica que se utilizó para controlar los problemas causados por Phytium, Rhizoctonia y Fusarium (patógenos transmitidos por el suelo) en la región productora de papa en Idaho consistíó en manejar una rotación de cultivos de 5 años, sembrando papa una vez cada 5 años. Los dos años previos a la siembra de papa establecieron un cultivo de alfalfa, el cual cosecharon durante 2 años. En la primavera del tercer año permitíeron que la alfalfa creciera aproximadamente a 2 pies de altura (unos 60 cm) y luego la incorporaron al suelo mediante un arado.

Para dar un poco de contexto, en estas regiones productoras el suelo es relativamente arenoso y predomina el riego por inundación, incluso hoy en día. Por la época en la que se implementó este método, casi en su totalidad se manejo con riego por inundación. Los suelos eran tan arenosos y tenían una infiltración de agua tan buena, que cuando se regaban (inundándolos), se podía entrar a hacer labores de cultivo para control de malezas 18 horas después de la percolación, y asi seguir trabajando en los campos, es decir, el agua se movía muy rápidamente a través del perfil de suelo.

En resumen, se dejaba crecer la alfalfa a una altura que iba de las 18 pulgadas a los 2.0 pies (45 a 60 centímetros), se incorporaba al suelo e inmediatamente después de arar, se regaba por inundación todo el terreno hasta que alcanzara el punto de saturación, lo dejaban saturado por un par de horas y luego cortaban el agua.

Hacer eso cambio toda la comunidad bacteriana del suelo y desarrolló un efecto supresor de enfermedades tal, que no se tuvieron problemas con Fusarium, Pythium y Rhizoctonia durante los cinco años posteriores a este manejo. ¿Puedes imaginar eso? Tuvieron un efecto de cinco años en la generación de un suelo supresor de enfermedades.

 ¿Cómo es que funciono esto?, ¿Cómo tuvieron éxito en el desarrollo de un perfil supresor de enefermedades que duró 5 años?

Entendámoslo de esta manera, se incorpora al suelo una gran cantidad de biomasa, toda esa alfalfa de 20 pulgadas a 2.0 pies de altura (45 a 60 cm.), lo que significa que tenemos una gran fuente de alimento para las bacterias que habitan en el perfil. Estas comienzan a descomponer los residuos del cultivo, y luego se riega el campo por inundación, haciendo que el suelo quede completamente saturado. Esta práctica produce un ambiente anaerobio que impedirá que las bacterias oxidantes (bacterias aerobias), sobrevivan. En otras palabras, se han eliminado las bacterias aerobias que se ubican en la parte superior de la escala de la gráfica de eH que se puede veral final del texto.

Posteriormente, permitimos que la inundación permanezca, y después de cuatro a seis horas, el agua se disipa fluyendo a través del perfil y saliendo del sistema, lo cual permite que el aire fluya hacia el interior del suelo. En consecuencia, el Oxígeno está regreso, es decir, vuelve a entrar al suelo. Recordemos que el terreno está recién arado, por lo cual se tiene un buen intercambio gaseoso.

Ahora bien, cuando el Oxígeno entra nuevamente al suelo, se crea un ambiente en el que las bacterias completamente anaerobias, que se ubican en la parte inferior de la escala (ver gráfica de eH), ya no pueden sobrevivir. Así que, lo único que nos queda, las bacterias que ahora consumirán la alfalfa y la usarán como fuente de alimento son las anaerobias facultativas que están en el centro de la escala de la gráfica de eH.

Mencionamos que se han eliminado las bacterias aerobias y las bacterias anaerobias. Con el fin de ejemplificar lo que sucedió podemos ponerle algunos números a esta situación.

Consideremos que estos suelos eran muy arenosos y en consecuencia tenían un buen intercambio gaseoso, lo que los hacia bastante aerobios. De ahí que, antes de que la alfalfa se incorporara podían haber tenido un 70% de bacterias aerobias, un 20% de bacterias anaerobias facultativas y 10% de anaerobias, obviamente con cambios en los diferentes niveles de profundidad, es decir en los diferentes horizontes del suelo. Sin embargo, después de la incorporación de la alfalfa, despues del riego por inundación y después de un poco de tiempo en el que las bacterias digieren y consumen los residuos del cultivo, es posible que el entorno haya cambiado por completo, pudiendo haber ahora un 5.0% de bacterias aerobias, un 5.0% de anaerobias y un 90% de anaerobias facultativas, y el hecho de que la población bacteriana predominante en el perfil del suelo sea de bacterias anaerobias facultativas, que son supresoras de enfermedades, permitió desarrollar este efecto de supresión en el suelo, que se prolongó cinco años después de realizar un solo tratamiento.

Fuente: “Using Cover Crops to Develop Disease Supressive Soils”

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Es importante entender lo que realmente es la oxidacio-reducción desde una perspectiva biológica y el impacto que esto puede tener en el desarrollo de características supresoras de enfermedades en el suelo.

Dentro del enfoque de la agricultura biologíca inorgánica, ha existido la idea de que los suelos verdaderamente sanos deben ser aerobicos, de ahí que, necesitamos tener suelos aerobicos porque son buenos suelos. Esto también se extiende al compostaje y al té de composta. Asi que, los suelos aeróbicos son buenos y el compost aeróbico es bueno mientras que el compost y los suelos anaeróbicos son malos. Este es claramente un planteamiento en blanco y negro, bueno contra malo, pero en la realidad no es tan simple.

En una conversación reciente, Gabe Brown* describió muy bien que la condicion de los suelos sanos es la de un medio ambiente subacuático. La biología del suelo vive en las películas de agua que están en los coloides que lo conforman, lo cual es esencialmente un medio ambiente subacuático.  Entonces, los suelos sanos no necesitan ser aeróbicos en el sentido de tener un alto contenido de oxígeno, mas bien, los suelos sanos deben tener un buen intercambio gaseoso ya que esta característica les permite realizar un buen proceso de difusión de gases a través de su superficie, liberando Dióxido de Carbono a la atmósfera (CO₂) y absorbiendo Oxígeno y Nitrógeno hacia el interior del perfil lo cual es muy importante.

*Gabe Brown es un productor y uno de los pioneros del movimiento de sanidad del suelo que se centra en la regeneración de nuestros recursos

Ahora bien, si ponemos atención a los tipos de biología que prosperan en los diferentes ambientes de suelo (aerobico y anaeróbico), encontramos que en realidad hay tres grupos diferentes, no solamente dos.

En este caso nos centraremos específicamente en las bacterias, porque son las poblaciones más abundantes (en términos de biomasa) que habitan en el perfil del suelo. Asi, tenemos bacterias a las que se les refiere como completamente aeróbias. Este tipo de bacterias dependen de un entorno que contenga cierta cantidad de Oxígeno, lo que significa que este elemento debe estar presente para que prosperen y sobrevivan, y cuando hay Oxígeno presente en el suelo, vamos a tener un ambiente ligeramente oxidante que estará un poco arriba del punto neutro de 28 en la grafica de oxidación-reducción ó eH (ver imagen al final del texto).

Tenemos otro grupo de bacterias que son completamente anaeróbias y no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno, sino que dependen de tener un entorno completamente anaeróbio. Estos microorganismos son a los que los agrónomos y científicos de la ciencia del suelo se refieren cuando hablan sobre los aspectos negativos de las comunidades microbianas en el suelo, son los microbios que producen alcoholes, como etanol, metanol, etc., y otros compuestos dañinos para el perfil. Se trata de microorganismos que sobreviven en un ambiente extremadamente anaeróbio.

Finalmente hay un tercer grupo de bacterias a las que se le conoce como anaerobias facultativas. Lo que simplemente significa que pueden prosperar tanto en entornos ligeramente “reductores” como “ligeramente oxidantes”. En otras palabras, pueden cruzar el umbral de la zona neutral señalada en la grafica de eH, para vivir en ambientes que tengan una pequeña cantidad de oxígeno o bien que esten ligeramente reducidos, sin embargo, no pueden prosperar en los extremos de la escala.

La parte más interesante de todo esto es que, en términos generales, las bacterias que tienen un efecto supresor de enfermedades y evitan que los patógenos causen una infección, son estas bacterias anaerobias facultativas. No son las bacterias aeróbias y tampoco las bacterias anaeróbias, sino las bacterias que se ubican en la zona central de la gráfica.

¿Por qué esto es importante?, ¿Cómo podemos manejarlo?, ¿Cómo podemos impactar en nuestras granjas?

Me gustaría compartir una historia de producción de papa en Idaho que originalmente me compartió Don Huber**

Don explicó cómo en los años 50´s, 60´s y 70´s, antes de la introducción y el uso generalizado de los pesticidas y las fumigaciones en la región productora de papa en Idaho, se tenían tres enfermedades principales ocasionadas por patógenos transmitidos por el suelo. Estas eran Rhizoctonia, Pythium y Fusarium y cualquier problema era causado por estos tres. En consecuencia, tuvieron que diseñar un método de control, que fue exitoso, y que consistió en desarrollar un perfil microbiano en el suelo, es decir, un perfil bacteriano que tenía un efecto supresor de enfermedades muy fuerte, sin emplear fumigaciones.

**Don Huber es un científico galardonado, reconocido internacionalmente y profesor de patología vegetal en la Universidad de Purdue

Fuente: “Using Cover Crops to Develop Disease Supressive Soils”

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¿Cómo crear suelos supresores de enfermedades? El desarrollo de este tipo de suelos implica el manejo de su biología, ya que la supresión de enfermedades es una función de ésta. No obstante, la biología que genera este efecto supresor, requiere de un perfil bioquímico específico en el suelo para prosperar.

El término suelo supresor de enfermedades se remonta hacia finales de los años 60, cuando la Sociedad Estadounidense de Lucha contra la Patología publicó por primera vez un pequeño folleto sobre el desarrollo de este tipo de suelos y algunas de las características que poseen. Sin embargo, el concepto fundamental detrás del desarrollo de suelos supresores de enfermedades realmente se relaciona con la historia de Louis Pasteur versus Claude Bernard en Francia. Pasteur planteó la teoría microbiana de la enfermedad o teoría del germen, en la que propone que existe un organismo específico que causa una enfermedad específica, mientras que Bernard fue un defensor de la hipótesis de que el desarrollo de una enfermedad y la expresión de un germen, es decir de un potencial patógeno, depende de las condiciones del “terreno” en que se encuentra, es decir, en realidad depende de las condiciones de su entorno. En otras palabras, la idea que Bernard defendió y expresó es que, aunque se tenga la presencia de un potencial organismo patógeno, este no necesariamente va a expresarse como una enfermedad si se cuenta con un entorno supresor de enfermedades

Gracias a qué desde entonces, y particularmente durante las últimas décadas y siglos, la investigación se ha intensificado, ahora sabemos que ciertamente existen organismos específicos que causan enfermedades específicas, y también que esos organismos en muchas ocasiones pueden ser y de hecho son numerosos y prevalecientes en el entorno, pero aún así, no causan una infección cuando el ambiente en el huésped no es propicio para producirla. De ahí que, la idea de desarrollar un suelo supresor de enfermedades significa que podemos propiciar un ambiente en el perfil del suelo que no proporcione el entorno nutricional o bioquímico que los patógenos necesitan para expresarse.

Aun cuando hay otras circunstancias uie permiten el desarrollo de un suelo supresor de enfermedades, quiero enfatizar un poco sobre algunos de los perfiles bioquímicos y otras cosas que he aprendido a través del tiempo. En este sentido, encontré realmente interesante una conversación que sostuve con Don Huber hace un par de años, en la que me mencionó que la población de Fusarium presente en el suelo, no influye en si habrá o no una infección en el sistema de raices. De hecho, cuando tenemos dos terrenos contiguos (uno al lado del otro), y uno de ellos presenta una infección por Fusarium, y el terreno de al lado no la presenta, la población de Fusarium en cada gramo de suelo puede ser idéntica. Es decir, no necesariamente hay una diferencia en la población de Fusarium en el suelo, simplemente hay una diferencia en la tasa de infección basada en otras características que están presentes en el perfil de dicho suelo. Cuando Don describió esto, también comentó una historia realmente interesante acerca de cómo usaron suelos supresores de enfermedades para disminuir los problemas con patógenos en la producción de papa en Idaho.

Ahora bien, la idea central en relación al manejo del ambiente bioquímico del suelo para desarrollar suelos supresores de enfermedades se basa en tener ambientes reducidos versus ambientes oxidados. En un suelo, los ambientes reducidos generalmente tienden a ser supresores de enfermedades, mientras que los ambientes oxidados generalmente tienden a ser inductores de enfermedades.

Hablar de reducción versus oxidación, generalmente es un lenguaje desconocido para muchos productores y agrónomos

Es posible que usted haya oído mencionar esto con otra terminología, por ejemplo, Redox. A veces escuchamos a algunas personas hablar sobre Redox y ocasionalmente sobre reducción-oxidación. Ciertas personas pueden estar familiarizadas con los medidores ORP que son medidores de Potencial de Oxido-Reduccion o de Potencial Redox. Como podemos ver se emplea diferente terminología para describir esta característica.

Los términos pH y eH se desarrollaron para representar la presión de protones o el potencial de transferencia de protones, en el caso del pH y la presión de electrones o potencial de transferencia de electrones, en el caso de eH.

Muchos de nosotros estamos familiarizados con el pH que se determina en una escala de 0 a 14 con un punto neutro de 7.0 y es una medida de acidez versus alcalinidad.

En el caso de eH tenemos una escala de cero a 42 con un punto neutro de 28 con la cual se mide la reducción en la parte inferior (un ambiente reducido) y la oxidación hacia el extremo superior de la misma (un ambiente oxidado)

Fuente: “Using Cover Crops to Develop Disease Supressive Soils”

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En los últimos años, hemos visto algunas razones comunes entre los agricultores que optan por realizar la transición de sus cultivos o tierras de pastoreo a la producción orgánica. Tanto si usted ha considerado hacer esta transición, o no, este es un buen momento para al menos reconocer la importancia de tener opciones.

Si tiene la capacidad de absorber algún nivel de riesgo y desea mejorar a largo plazo la viabilidad de su negocio agrícola, además de aprovechar un mercado orgánico en rápida expansión, esta puede ser una buena oportunidad para usted.

En primer lugar, varios de los agricultores que optan por la transición a sistemas orgánicos es debido a que todavía existe un sobreprecio atractivo para la mayoría de los productos orgánicos certificados. A menudo encontramos que el precio de contrato de los productos orgánicos es dos o tres veces más alto que el de sus contrapartes convencionales. Sin embargo, es importante ser realista a la hora de realizar cambios importantes en su actividad agrícola. Para ayudar a mitigar el nivel de riesgo, se recomienda que los agricultores nuevos en la producción orgánica, comiencen siempre con un pequeño sector de su superficie, a fin de que puedan desarrollar un sistema que funcione correctamente antes de realizar la transición en toda la granja. Así, una vez que desarrolle su sistema, habrá adquirido habilidades que pagarán dividendos en los años venideros.

Una forma de ver la transición es como una inversión. Las ventas orgánicas han aumentado en Estados Unidos entre un 4.0 % y un 12.0 % cada año desde 2009, según la Asociación de Comercio Orgánico.

En segundo lugar, algunos agricultores nos han dicho que están cansados de aplicar agroquímicos, o bien que han visto disminuir la eficacia de las aplicaciones de estos productos en los últimos años. Estas son situaciones concretas, por lo que vale la pena explorar la transición, si comparte dichas preocupaciones.

Existen diversas malezas que, por su mal manejo, se han vuelto resistentes a los herbicidas, incluso ha ocurrido que las malezas han infestado los campos a tal grado que finalmente estos han sido abandonados.

Hay muchas otras preocupaciones potenciales en torno a los herbicidas sintéticos, por ello es importante que enfoquemos la ciencia en esos temas. Cualquier sistema agrícola puede ser dañino cuando se maneja sin preocuparse por las personas, animales o el medio ambiente, de ahí que es responsabilidad de todos los agricultores tratar de minimizar sus efectos desfavorables.

En tercer lugar, algunos agricultores han expresado que la agricultura orgánica ofrece una forma de trabajar con la naturaleza en lugar de contra ella y que este método de agricultura se presta para el cuidado de la Tierra. Si bien cualquier razón para la transición es válida, esta es una motivación particularmente importante. Si usted es un agricultor, es el encargado de cuidar las rocas erosionadas a través de millones de años, que son irreemplazables y que conforman el suelo, así como los miles de millones de microorganismos benéficos que lo habitan.  

Usted es el beneficiario de miles de años de trabajo, innovación y domesticación de animales y plantas. Considerar el mejor uso de esos recursos, no sólo puede favorecer su actividad agrícola a corto plazo, sino que también asegurará que permanezca intacta durante el mayor tiempo posible. Aunque sería contraproducente decir que la transición a lo orgánico es la única forma de ser un buen administrador, ciertamente es un paso decisivo en la dirección correcta.

Cualquiera que sea su motivo para realizar la transición a la producción orgánica, sepa que la agricultura orgánica certificada es un intento genuino de elevar el nivel de producción agrícola.

Fuente:

Malriat, S. (11 de mayo de 2021). Rodale Institute. Obtenido de CONSULTANT’S CORNER: WHY TRANSITION TO ORGANIC?  https://rodaleinstitute.org/blog/consultants-corner-why-transition-to-organic/

El funcionamiento de la Materia Orgánica del Suelo (MOS) es clave para su papel en el aprovisionamiento de ciertos servicios ecosistémicos, la Materia Orgánica Particulada (MOP) y la Materia Orgánica Asociada a Minerales (MOAM tienden a funcionar de manera muy diferente.

Si bien la MOS realiza muchas funciones en el mismo (Smith et al., 2015), nos enfocamos en dos funciones clave que requieren que la MOS se transforme, en lugar de acumularse y persistir:

1) Impulsar el crecimiento microbiano y, por lo tanto, toda la red alimentaria del suelo.

2) Aportar nutrientes a la microbiota y a las plantas.

En comparación con la MOP, los compuestos en la MOAM tienden a ser más densos en nutrientes (Tipping, Somerville y Lustre, 2016), tienen energías de activación de descomposición más bajas (Williams et al., 2018) y requieren menos despolimerización antes de que ocurra la asimilación microbiana o vegetal. (Kleber et al., 2011, 2015). Como resultado, la MOAM que se disocia de los minerales y se vuelve disponible, probablemente será asimilada o descompuesta rápidamente, y el recambio de la MOAM puede ser una fuente importante de Nitrógeno para las plantas y la microbiota (Jilling et al., 2018).

Por el contrario, la MOP está más disponible, pero su calidad para los descomponedores es menos consistente que la de MOAM. En promedio, la MOP contiene moléculas insolubles más grandes, que requieren despolimerización antes de su asimilación (Kleber et al., 2015) y tienen energías de activación más altas (Williams et al., 2018). Muchos compuestos en la MOP son pobres en Nitrógeno (von Lützow et al., 2007) y pueden requerir mayor cantidad de N de la que producen  (en forma de exoenzimas) para descomponerse (Mooshammer, Wanek, Zechmeister-Boltenstern y Richter, 2014).

La calidad de la MOP para la microbiota depende de su contenido químico y de nutrientes y, en general, esto depende del origen de la MOS. En general, la MOAM es útil para la microbiota y las plantas como fuente de Carbono lábil y nutrientes, pero solo una vez que se desestabiliza. La MOP está más disponible, pero su utilidad o calidad para los descomponedores varía. Estas diferencias básicas en el funcionamiento de ambos tipos de Materia orgánica resaltan la necesidad de cuantificarlas y caracterizarlas por separado.

En el siguiente cuadro se mencionan las propiedades generales de la Materia Orgánica Particulada (MOP) y la Materia Orgánica Asociada a Minerales (MOAM) con referencias de estudios relevantes.

	MOP	MOAM	Referencias
Mecanismos de protección	Ninguno, u oclusión en agregados de tamaño grande	Asociaciones minerales (oclusión en agregados finos, grupos organo-minerales, y microporos; adsorción en superficies minerales)	Von Lützow et al. (2007)
Vida media	< 10 años – décadas	Décadas – siglos	Kleber et al. (2015), Kögel-Knabner et al. (2008), von Lützow et al. (2007)
Ruta principal de formación	fragmentación despolimerización	Transformación in vivo, o modificación ex vivo en compuestos de bajo peso molecular	Cotrufo et al. (2015), Liang et al. (2017)
¿Tiende a saturarse?	No	Sí	Castellano et al. (2015), Cotrufo, Ranalli, Haddix, Six, and Lugato (in press), Stewart et al. (2008)
Componentes químicos dominantes	Derivados de plantas (fenoles, celulosas, hemicelulosas), derivados de hongos (e.g., quitina, xilanasa)	Compuestos de bajo peso molecular originarios de plantas y microbios (polisacáridos de origen microbiano, amino azúcares, ácido murámico)	Baldock and Skjemstad (2000), Christensen (2001), Kögel-Knabner et al. (2008), Sanderman et al. (2014), Six et al. (2001)
Proporción C/N	10–40	8–13	Cotrufo et al. (in press), Von Lützow et al. (2007)
Rol nutrimental	<>Compuestos más complejos con altas energías de activación <>No asimilable para las plantas. Poco o no asimilable para los microbios	<>Compuestos más simples con baja energía de activación <>Compuestos más asimilables para las plantas y microbios	Jilling et al. (2018), Kleber et al. (2015), Williams et al. (2018)

Conceptualizar la Materia Orgánica del Suelo en MOP versus MOAM es factible, está bien respaldado y permitirá a los científicos avanzar en los estudios de ésta, al mismo tiempo permite utilizar un esquema de clasificación consistente entre los estudios.

Se propone utilizar el marco de trabajo de MOP versus MOAM como la mejor forma de comprender y predecir la dinámica de la Materia Orgánica del Suelo a gran escala, en el contexto de los desafíos del cambio climático global, y brindar las recomendaciones necesarias a los profesionistas y a los responsables políticos.

Referencias:

Lavallee, J., Soong, J., & Cotrufo, M. (2020). Conceptualizing soil organic matter into particulate and mineral‐associated forms to address global change in the 21st century. Global Change Biology, 261-273.

Los suelos son cada vez más reconocidos como un espacio clave en la lucha contra el cambio climático, la contaminación por fertilizantes y otros desafíos urgentes del cambio global. Los suelos tienen la capacidad de almacenar grandes cantidades de Materia Orgánica (MO), lo que ayuda a proporcionar múltiples servicios ecosistémicos (Smith et al., 2015) y es ampliamente reconocido como un componente viable de una estrategia diversificada para abordar los objetivos de sostenibilidad de la ONU. (Keesstra et al., 2016).

La gestión de la Materia Orgánica del suelo (MOS) para abordar eficazmente los desafíos del cambio global requiere un conocimiento profundo acerca de su formación, persistencia y función. Décadas de investigación han demostrado que no podemos comprender estos aspectos de la MOS al estudiarla y modelarla como una entidad única y uniforme (Jenkinson, 1990; Parton, Stewart y Cole, 1988; Trumbore, 2009) por lo que existe un acuerdo generalizado sobre la necesidad de separar la Materia orgánica total del suelo en componentes de acuerdo a su comportamiento contrastante.

El manejo de la MOS es importante para abordar los desafíos del cambio climático. Para ello se requiere de un conocimiento bien fundamentado de su comportamiento, y que este se pueda comunicar claramente entre los científicos, los profesionales y los responsables de la formulación de políticas. La Materia Orgánica es increíblemente compleja y requiere de su separación en múltiples componentes, de acuerdo con su comportamiento en el suelo; esto con el objetivo de estudiar y predecir su dinámica. Actualmente se utilizan numerosos esquemas de separación de la MOS, lo que dificulta las comparaciones entre estudios, así como las generalizaciones a gran escala. De acuerdo con Lavallee et al, se recomienda separar la Materia orgánica del suelo en formas particuladas (Materia Orgánica Particulada = MOP) y en formas asociadas con minerales (Materia Orgánica Asociada a Minerales = MOAM). Estos dos componentes de la materia orgánica son fundamentalmente diferentes en términos de su formación, persistencia y funcionamiento. El estudio presenta evidencia de las diferencias en sus propiedades físicas y químicas, tiempo de permanencia en el suelo, respuestas al cambio de uso del suelo, calentamiento del suelo, enriquecimiento con CO₂, y fertilización nitrogenada.

En términos generales, la MOP está constituida en gran parte de pequeños fragmentos que están relativamente sin descomponer, mientras que la MOAM consta de moléculas individuales o fragmentos microscópicos de material orgánico que se han lixiviado directamente del material vegetal o han sido transformados químicamente por la biota del suelo. La diferencia es que la MOAM está protegida de la descomposición a través de la asociación con partículas minerales del suelo, mientras que la MOP no lo está. Las asociaciones minerales incluyen enlaces químicos entre la MOS y superficies minerales, además de la oclusión dentro de microporos o pequeños agregados (<50-63 µm), que hacen que la MOS sea menos accesible para los organismos descomponedores y sus enzimas (Kleber et al., 2015; Kögel ‐ Knabner et al., 2008; Totsche et al., 2018). Debido a esta diferencia fundamental en sus niveles de protección contra la descomposición, la MOAM tiende a persistir por mucho más tiempo que la MOP (Kögel ‐ Knabner et al., 2008; Poeplau et al., 2018; Trumbore & Zheng, 1996).

Químicamente, la MOP y la MOAM son bastante distintas, y se plantea la hipótesis de que esto se debe a que se forman a través de diferentes vías (Cotrufo et al., 2015).

La MOP ingresa a la fracción mineral del suelo a partir de la hojarasca/capa orgánica y la rizosfera, principalmente a través de la fragmentación, y generalmente solo ha experimentado un procesamiento parcial por parte de los organismos del suelo. La MOAM puede hacerlo mediante la adsorción mineral de compuestos de peso molecular relativamente bajo (Lehmann & Kleber, 2015), que se cree que son el componente principal de la porción más persistente de la MOAM.

Los compuestos de bajo peso molecular pueden convertirse en MOAM de dos maneras:

Pueden lixiviarse de la hojarasca vegetal o ser producidos por la despolimerización de exoenzimas en la hojarasca vegetal y asociarse directamente con la fase mineral, esta es la “vía de modificación ex vivo” (sensu Liang, Schimel y Jastrow, 2017, y Sanderman, Maddern y Baldock, 2014).

O bien pueden ser producidos por la “vía de recambio microbiano in vivo” sensu Liang et al (2017) mediante la cual, la microbiota descompone y transforma la materia orgánica, dando lugar a necro-masas o exudados que luego se incorporan a la MOAM. En comparación con la MOP, la MOAM tiene una relación C / N más baja, menos compuestos derivados de plantas, más compuestos derivados de microbios y presentan una mayor abundancia natural (Baldock & Skjemstad, 2000; Christensen, 2001; Poirier et al., 2005; von Lützow et al., 2007; Williams, Fogel, Berhe y Plante, 2018).

Referencias:

Lavallee, J., Soong, J., & Cotrufo, M. (2020). Conceptualizing soil organic matter into particulate and mineral‐associated forms to address global change in the 21st century. Global Change Biology, 261-273

Ya que las plantas y los microorganismos solamente pueden adquirir el P como HPO4, necesitan de enzimas para romper las moléculas orgánicas y así liberar al P en esta forma. Estas enzimas son secretadas al ambiente por plantas y organismos para que realicen su función, ya sea en el suelo o en un ambiente acuático, y se conocen como exoenzimas o ecoenzimas; generalmente son específicas para cada tipo de molécula orgánica.

En el caso de las moléculas orgánicas que contienen P, las enzimas que rompen los ésteres de fosfato y los fosfonatos se llaman fosfatasas y fosfonatasas, respectivamente. Las fosfatasas las pueden producir la gran mayoría de los microorganismos y plantas, mientras que las fosfonatasas solamente las pueden producir algunos grupos específicos de bacterias y hongos. Una vez que el fósforo se ha liberado de la molécula orgánica, cualquier microorganismo o planta lo puede adquirir, y si esto no ocurre, al ser el ortofosfato tan reactivo, este será ocluido nuevamente.

Ilustración 1. Esquema simplificado de la dinámica del fósforo (P) en el suelo. Del lado izquierdo se observa la parte geoquímica y del derecho la parte biológica. En los suelos donde existe poco P en la roca (parte geoquímica), el almacén orgánico es muy importante (parte biológica) y ahí los microorganismos adquieren mayor importancia para que el P esté disponible (P en la solución del suelo). Se explican los procesos que ocurren (sobre las flechas). Modificado de Paul y Clark 1989.

La alternativa para enfrentar la crisis de Fósforo

Una alternativa para enfrentar la crisis futura del fósforo es reciclar el P que se encuentra en el suelo. Como se explicó anteriormente, una manera de reciclarlo es liberándolo, tanto de moléculas inorgánicas estables, como de moléculas orgánicas. Y para liberar al fósforo los microorganismos son la clave.

No cualquier microorganismo tiene la capacidad de producir todas las ecoenzimas y ácidos solubilizadores que se requieren para liberar el P de moléculas orgánicas o inorgánicas que lo retienen. Esta capacidad dependerá de los genes que los microbios tengan, lo cual les permitirá producir estos compuestos, y también dependerá de las condiciones adecuadas para la liberación del P. Por ejemplo, cuando los microorganismos están limitados por energía o por otros nutrientes, no pueden sintetizar estas sustancias debido a que su metabolismo tiene un déficit energético, así pues, las condiciones no serán adecuadas.

Afortunadamente, durante la larga evolución de los microorganismos en la historia de este planeta, éstos han desarrollado diferentes genes que les permiten acceder al P, ya que siempre ha sido un elemento escaso. Esta diversidad de genes microbianos se puede convertir en una herramienta muy útil para enfrentar a la carencia de fósforo que podría enfrentar la agricultura en el futuro.

Para ello, es necesario analizar la capacidad que tiene una comunidad microbiana dada para producir estas sustancias, lo que representaría su capacidad para liberar el P no disponible en el suelo. Así mismo es necesario identificar los genes que realizan estas funciones y cómo se expresan.

 Con la selección de las especies microbianas que tengan las mejores capacidades, se podría implementar la producción de biofertilizantes que promuevan la liberación del P. Sin embargo, este tipo de investigación apenas se está desarrollando. En México se están estudiando estos microorganismos, una de las investigaciones más importantes es la de Cuatrociénegas, Coahuila.  Es muy importante que la sociedad conozca la problemática del P.  También es importante que se amplíe la investigación en esta área, para contar con herramientas que nos permitan asegurar la disponibilidad y accesibilidad de P a largo plazo, que sean distintas a la fertilización. La disponibilidad del fósforo de manera sostenible es indispensable para mantener la seguridad alimentaria en nuestro planeta.

Ilustración 2. Bacillus subtilis creciendo en medio lpdm (siglas en inglés de Low phosphorus defined medium) con diferentes fuentes de fósforo: a) fosfato de potasio (éster de fosfato), b) 2-aminoetil fosfonato, c) glifosato (fosfonato). Se aprecian las diferencias en el desarrollo de las colonias, dependiendo de la fuente de fósforo.

Referencias:

Tapia-Torres, Y., & Viladomat-Jasso, M. (2016). Fósforo: la nueva arista de la crisis global ambiental . Oikos, 22-24

El fósforo (P) es un elemento químico indispensable para la vida por muchas razones. Su principal función es la formación de biomoléculas claves que todos los organismos necesitamos, pero también el fósforo se requiere en grandes cantidades para que las plantas puedan crecer rápidamente. Existen muchos otros ejemplos que resaltan su importancia: el P permite a las células contar con energía mediante el adenosin trifosfato (ATP), también es necesario para mantener un balance hídrico adecuado por acción de los fosfolípidos y por último, permite guardar y transmitir de generación a generación, la información genética en la molécula de ADN (ácido desoxirribonucleico). Por lo que todos los organismos necesitamos adquirir P de nuestro entorno para poder realizar estas funciones básicas.

Las plantas y los microorganismos tienen que tomar el Fósforo de la solución del suelo en su forma disponible (ortofosfato) y el resto de los organismos lo adquirimos por medio de nuestros alimentos, por lo que el P que usamos la mayoría de los organismos vivos, es el absorbido primeramente por las plantas. A diferencia de otros elementos, el fósforo no se encuentra libre en la naturaleza, dependemos de él para abastecer la producción agrícola mundial. Este elemento se obtiene de minerales y de desechos animales, particularmente del guano de aves. Por lo tanto, es una limitante para la producción agrícola, y en los ecosistemas el suministro natural de este elemento tampoco es abundante. En la actualidad existe una gran demanda de P para producir fertilizantes fosfatados, que se utilizan tanto en la agricultura como en procesos industriales. Sin embargo, la disponibilidad futura del P está fuertemente comprometida a nivel mundial, porque las reservas de las minas de este elemento se han reducido alarmantemente.  Si se mantiene la extracción de fósforo con su tasa actual de aproximadamente 24 millones de toneladas por año, se tendrán problemas de abastecimiento a partir del 2030.

Aunado a este problema, las principales minas existentes en el mundo se encuentran en pocos países. Por ejemplo, el 80% de las reservas de fósforo se encuentran solamente en: Marruecos, China, Jordania y Sudáfrica.

En el futuro cercano, una vez agotadas las reservas de fósforo, la única alternativa que nos quedará para que los seres vivos continúen abasteciéndose de este elemento, sería a través de su reciclaje natural, es decir el que esté disponible en los ecosistemas, ya que no existe a la fecha ningún método que permita fabricar fertilizantes fosfatados de manera artificial. Toda esta situación representa un gran reto para la sustentabilidad, sin embargo, rara vez se menciona este asunto en los medios noticiosos o en la literatura científica. Hay que tener muy claro que se requiere de una búsqueda urgente de soluciones, las cuales permitan que los seres vivos (especialmente los cultivos de los que depende la humanidad), en el futuro puedan tener acceso al Fósforo, indispensable para sus funciones vitales.

En la mayoría de los ecosistemas, el “presupuesto” de P depende de que éste sea reciclado de las diversas moléculas orgánicas que lo contienen.

En el suelo existen principalmente dos grupos de moléculas orgánicas que contienen fósforo: los ésteres de fosfato y los fosfonatos (ilustración 2). Los ésteres de fosfato son moléculas en donde el P está unido directamente al oxígeno (RO-P) y en los fosfonatos el P está unido directamente al Carbono (C-P). Los fosfonatos son moléculas más estables, debido a que el C y el P están unidos directamente, por lo que se requiere de mayor energía para romper esta molécula.

Referencias:

Tapia-Torres, Y., & Viladomat-Jasso, M. (2016). Fósforo: la nueva arista de la crisis global ambiental . Oikos, 22-24