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Biodiversidad del Suelo y Agricultura Sostenible

Reciclaje de la Materia orgánica y humificación.

La descomposición y transformación de la materia orgánica en los ecosistemas terrestres depende esencialmente de los organismos del suelo. Este proceso catabólico es complementario a la fotosíntesis y, en términos de servicios ecosistémicos, tiene una importancia comparable. En otras palabras, podemos considerar que la actividad de “reciclaje” de la biota del suelo es tan importante como la producción de nuevos materiales orgánicos.

La descomposición implica la fragmentación física de la materia orgánica, generalmente operada por pequeños invertebrados, pero también la degradación química, la transformación y la translocación de sustratos orgánicos. La descomposición física es la primera fase del proceso, seguida por la acción de enzimas producidas principalmente

por los microorganismos del suelo.

A partir de la transformación de la materia orgánica en el suelo se produce una clase peculiar de sustancias orgánicas, el humus. Esta categoría amplia y heterogénea de compuestos orgánicos no sólo es una reserva de fertilidad del suelo a largo plazo, sino que también juega un papel esencial en la creación y estabilización de la estructura del suelo y en la regulación de las interacciones suelo-agua.

La Macrofauna del suelo, especialmente las lombrices de tierra en las regiones templadas, tiene un impacto importante en la dinámica de la materia orgánica del suelo, y el ciclo de nutrientes está determinado en gran medida por su densidad y comportamiento (Lavelle et al. 1997). Incluso en un solo grupo de organismos del suelo, como las lombrices de tierra, pueden existir hábitos de alimentación y de vida muy diferentes. Por ejemplo: las especies epigeas se alimentan y viven en la superficie del suelo y en la hojarasca; las especies anéicas se alimentan en la superficie, pero viven dentro del suelo, formando grandes redes de galerías; y las especies endogeicas viven y se alimentan dentro del suelo.

Regulación de la fertilidad y absorción de nutrientes.

La fertilidad química se puede definir como la disponibilidad de nutrientes esenciales para las plantas. Los microorganismos del suelo desempeñan un papel fundamental en la regulación de la fertilidad del suelo, aumentando los nutrientes disponibles para las plantas, especialmente Nitrógeno y Fósforo, y se ha demostrado repetidamente que tienen impactos positivos en el rendimiento de los cultivos.

El Nitrógeno, que frecuentemente es el factor limitante de la productividad agrícola, puede ser fijado por diversos grupos de microorganismos del suelo, tanto simbióticos como no simbióticos.

La fijación simbiótica de Nitrógeno, realizada por bacterias y actinomicetos, puede alcanzar hasta 400 kg de Nitrógeno por hectárea por año, mientras que la cantidad de Nitrógeno fijada por bacterias de vida libre es generalmente mucho menor.

Las micorrizas son el resultado de la simbiosis entre hongos del suelo específicos y las raíces de plantas superiores.

Hay dos tipos principales de micorrizas conocidas como endomicorrizas y ectomicorrizas (Smith y Read 1997). Las Endomicorrizas, comúnmente conocidas como hongo micorrízico arbuscular (HMA), penetran físicamente las raíces de las plantas superiores y pueden afectar directamente la adquisición de nutrientes, como Fósforo, Nitrógeno, Calcio y Magnesio. Esta simbiosis generalmente permite a la planta «explorar» un mayor volumen de suelo, aumentando varias veces la absorción de minerales. Por ejemplo, una investigación realizada con sorgo demostró que las plantas pueden aumentar la absorción de Fósforo más de cinco veces cuando los HMA están presentes en las raíces (Marshner 1995).

El manejo adecuado de la biota del suelo es primordial para la agricultura sostenible, donde la limitación de insumos externos es uno de los principios fundamentales.

Las investigaciones realizadas en la India han demostrado que el manejo adecuado de los materiales orgánicos y los organismos del suelo (en este caso, las lombrices de tierra) puede conducir a un aumento espectacular en los rendimientos del té y en la rentabilidad del cultivo (Senapati et al. 1999).

Referencia:

Gardi Ciro and Jeffery Simon. Soil Biodiversity. Joint Research Centre, Scientific and Technical Reports Institute for Environment and Sustainability. Land Management & Natural Hazards Unit.

La Economía de la Biodiversidad del Suelo

La biodiversidad del suelo conlleva una diversidad de valores que dependen de la perspectiva desde la cual se les considera.

Éstos incluyen:

• Valor funcional, relativo a los servicios naturales que proporciona la biota del suelo, la preservación asociada de la estructura e integridad del ecosistema y, en última instancia, el funcionamiento del sistema planetario a través de conexiones con la atmósfera y la hidrosfera.

• Valor utilitario (“uso directo”), que cubre los beneficios comerciales y de subsistencia de los organismos del suelo para la humanidad.

• Valor intrínseco (“no uso”), que comprende beneficios sociales, estéticos, culturales y éticos.

• Valor legado (“serepéndico”), relacionado con el valor futuro (pero aún desconocido) de la biodiversidad para la función planetaria futura o las generaciones de la humanidad.

Pimentel et al., (1997) intentaron calcular el valor económico de la biodiversidad, incluido el de la biodiversidad del suelo.

Esto se hizo utilizando estimaciones y supuestos relativamente conservadores. Los procesos que dependen de la biota del suelo se enumeran a continuación.

Esta estimación conservadora muestra que el valor anual de los servicios al ecosistema proporcionados por la Biodiversidad del suelo es de 1.5 billones de dólares (Pimentel et al., 1997).  La cantidad aumenta a 13 billones de dólares una vez que se incluyen los bienes del ecosistema como los cultivos y la madera (Constanza 1997). ¡Esto es aproximadamente el 25% del PIB global combinado de 2007! (estimado en 54,3 billones de dólares: Banco Mundial 2007).

Lo anterior demuestra los vastos beneficios económicos de la biodiversidad del suelo y su conservación. Por lo tanto, prevenir la disminución de la biodiversidad del suelo debe ser de suma importancia. La pérdida de ésta equivale a una pérdida de valor del sistema del suelo por cualquiera de las cuatro perspectivas que se utilicen para la evaluación.

Si bien cualquier reducción en la biodiversidad del suelo puede no equivaler inmediatamente a una pérdida de valor debido a los fenómenos de redundancia funcional mencionados anteriormente, esto puede ocurrir, aún si los niveles de redundancia funcional son bajos.

Incluso cuando los niveles de redundancia funcional sean relativamente altos, cualquier pérdida de biodiversidad del suelo reducirá la redundancia funcional del sistema de suelo, reduciendo así su resistencia y, en consecuencia, lo dejará más vulnerable a una mayor pérdida de valor a través de eventos de perturbación.

En algunos de los peores escenarios, como en el caso de que la pérdida de biodiversidad del suelo elimine una especie clave (es decir, una especie que desempeña un papel crítico en un ecosistema determinado), puede ocurrir un colapso de múltiples funciones y una pérdida simultánea de servicios ecosistémicos, reduciendo drásticamente el valor del sistema.

La biodiversidad del sistema del suelo es claramente de inmensa importancia económica. El ecosistema del suelo es increíblemente complejo y aún está lejos de ser completamente comprendido. Se debe tener cuidado de que su explotación para obtener ganancias económicas a corto plazo no se convierta en una pérdida económica (y ecológica) masiva a largo plazo. Esto sólo se puede hacer con confianza si comprendemos completamente la biodiversidad del suelo, su interacción con el sistema del suelo y los procesos que se llevan a cabo, lo cual destaca la necesidad de realizar más investigaciones en esta empobrecida pero muy relevante área de la ciencia.

Referencia:

Gardi Ciro and Jeffery Simon. Soil Biodiversity. Joint Research Centre, Scientific and Technical Reports Institute for Environment and Sustainability. Land Management & Natural Hazards Unit.

Funciones de la Biodiversidad del Suelo (continuación)

Resistencia vs Resiliencia

Otros conceptos importantes cuando se discuten los efectos de la biodiversidad del suelo en el funcionamiento del ecosistema del mismo (o de la biodiversidad en el funcionamiento de los ecosistemas en general), son los conceptos de Resistencia versus Resiliencia.

La resistencia se refiere a la capacidad de una comunidad para «resistir» los efectos de un evento perturbador. En un sistema de suelo esto puede incluir tanto fenómenos naturales, como un evento de erosión, o bien eventos antropogénicos, como la aplicación de pesticidas o las actividades de labranza.

El nivel de Resistencia de la comunidad es una medida de cuánto se reduce el funcionamiento del ecosistema después de un evento perturbador. Una comunidad con altos niveles de Resistencia se verá menos afectada por eventos de este tipo, que una comunidad con bajos niveles de Resistencia.

Por otra parte, la Resiliencia se refiere a la capacidad de una comunidad para recuperarse después de una perturbación, a los niveles de funcionamiento previos a ese evento.

Una comunidad resiliente recuperará con relativa rapidez los niveles de funcionamiento que tenía antes de que ocurriera el evento de perturbación, mientras que una comunidad que tiene niveles bajos de resiliencia requerirá mucho más tiempo, si es que alguna vez se recupera a los niveles previos a la perturbación.

Es importante señalar que los dos fenómenos, Resistencia y Resiliencia, son independientes, lo que significa que una comunidad con niveles altos o bajos de Resistencia puede tener niveles altos o bajos de Resiliencia.

Por ejemplo:

La figura anterior muestra el efecto de un evento de perturbación en tres comunidades de suelo diferentes e hipotéticas:

• La comunidad A muestra niveles relativamente altos de Resistencia, pero bajos niveles de Resiliencia y durante el período de tiempo mostrado no se recupera a los niveles de funcionamiento previos a la perturbación.

• La comunidad B muestra niveles relativamente bajos de Resistencia, pero niveles mucho más altos de Resiliencia y poco después del evento de perturbación vuelve a funcionar a los niveles previos a dicho evento.

• La comunidad C muestra bajos niveles de Resistencia y bajos niveles de Resiliencia y es posible que el funcionamiento de esta comunidad se reduzca dramática y permanentemente.

Esto demuestra cómo un evento de perturbación idéntico puede conducir a resultados muy diferentes con respecto a diferentes comunidades de suelo y resalta las dificultades y la importancia de tener la máxima cantidad de información posible sobre una comunidad de suelo al intentar evaluar el posible impacto ambiental de un determinado evento de perturbación. Es posible que algunos sistemas se vean afectados muy poco, mientras que otros sistemas pueden verse afectados dramáticamente por el mismo evento de perturbación.

Referencia:

Gardi Ciro and Jeffery Simon. Soil Biodiversity. Joint Research Centre, Scientific and Technical Reports Institute for Environment and Sustainability. Land Management & Natural Hazards Unit.

Funciones de la Biodiversidad del Suelo (continuación)

Hábitat para otros organismos

Una función muy importante de los suelos es la de servir de hábitat para otros organismos. Aunque la mayoría de la gente conoce los animales más grandes que utilizan el suelo como morada, como es el caso de los topos, los conejos y los zorros, muchos de ellos se consideran plagas.

Pero el suelo también es el hogar de muchos otros organismos que son menos obvios, incluidas las larvas de grupos de insectos de importancia mundial, como los polinizadores. Estos son especies clave para los ecosistemas y su eliminación puede provocar el colapso de algunos de ellos (Bono 2001).

Los eventos de perturbación, tanto antropogénicos (prácticas de labranza), como naturales (eventos de erosión), pueden reducir la disponibilidad del hábitat para estos importantes grupos.

Redundancia Funcional:

El fenómeno de la redundancia funcional se basa en el hecho de que diferentes especies son capaces de desempeñar el mismo papel funcional en un ecosistema determinado. Esto significa que los cambios en la diversidad de especies pueden no afectar el funcionamiento de los ecosistemas, ya que otras especies son capaces de asumir el papel funcional de las especies que se han perdido.

La redundancia funcional es posible porque se produce mediante la superposición de procesos funcionales llevados a cabo por diferentes organismos que habitan en diferentes nichos. Esto es diferente de la competencia, que es cuando 2 organismos diferentes compiten por un recurso que es limitado.

Un ejemplo de un proceso en el que puede ocurrir redundancia funcional dentro de un ecosistema es la fijación de Nitrógeno.

Como el suministro de Nitrógeno de la atmósfera es casi infinito desde el punto de vista de los microorganismos del suelo, no hay competencia por este recurso. Puede haber diversas especies de microorganismos en el entorno del suelo que fijan Nitrógeno, por ejemplo, las cianobacterias, Rhizobium y algunos actinomicetos. La pérdida de una de esas especies o grupos de organismos no significaría que el ciclo del Nitrógeno se detenga dentro de ese ecosistema, ya que otros organismos también están presentes y desempeñan la misma función. Esto quiere decir que hay redundancia funcional.

con respecto a la fijación de Nitrógeno dentro de ese ecosistema.

Para explicar mejor el concepto de redundancia funcional, consideremos el siguiente esquema.

Cada elipse representa la gama de funciones que puede realizar una parte de una determinada comunidad de suelo, ya sea una determinada especie o grupo de organismos.

Si bien algunas funciones sólo pueden ser realizadas por una parte de la comunidad, existe superposición entre las funciones que realiza cada grupo.

Si se elimina una parte de la comunidad, algunas de las funciones realizadas por esa comunidad se pierden. Sin embargo, debido a la superposición de funciones realizadas por diferentes comunidades, no se pierden todas las funciones. Esto es redundancia funcional.

Es importante señalar que algunas funciones realizadas en el suelo, tienen más redundancia funcional que otras. Por ejemplo:

a) Existen altos niveles de redundancia funcional:

Por ejemplo, la descomposición de algunas formas de materia orgánica por parte muchas especies de invertebrados, hongos y bacterias del suelo.

b) Existen ciertos niveles de redundancia funcional:

Por ejemplo: Fijación de Nitrógeno por Rhizobium, Cianobacterias, actinomicetos.

c) No existe redundancia funcional

La pérdida de esta parte de la comunidad significa la pérdida total de esta función. Por ejemplo: la descomposición de algunos compuestos muy recalcitrantes o xenobióticos.

Referencia:

Gardi Ciro and Jeffery Simon. Soil Biodiversity. Joint Research Centre, Scientific and Technical Reports Institute for Environment and Sustainability. Land Management & Natural Hazards Unit.

Cuando intentamos usar el enfoque taxonómico para cuantificar la biodiversidad del suelo, surgen problemas, especialmente cuando nos adentramos en el microscópico mundo de las bacterias.

Actualmente sólo un pequeño porcentaje de bacterias del suelo, probablemente menos del 10%, son cultivables en el laboratorio, y esto limita cuanta investigación se puede realizar en torno a ellas en un laboratorio.

Aunado a esto, como las bacterias pueden intercambiar grandes cantidades de ADN entre sí, la definición misma de lo que constituye una “especie” no está clara para este grupo de microorganismos. De hecho, en taxonomía bacteriana no existe un consenso ampliamente aceptado para definir lo que es «especie».

Más importante aún, estaríamos subestimando drásticamente el valor de la biodiversidad del suelo si utilizáramos únicamente el enfoque taxonómico. Es la diversidad de los procesos, la “diversidad funcional”, llevada a cabo por la biota del suelo lo que confiere un valor tan alto a la biodiversidad del mismo.

Los organismos del suelo desempeñan muchas funciones importantes, como el papel que realizan en el reciclaje de nutrientes. Esto incluye, el movimiento de Carbono del suelo a la atmósfera a través de la descomposición microbiana de la materia orgánica, y una comprensión completa de esta función es muy conveniente en esta época de creciente preocupación por los niveles de Dióxido de Carbono atmosférico.

Otras funciones de los organismos del suelo incluyen contribuir a su fertilidad mediante la aportación de Nitrógeno y Carbono, y afectar y mantener la estructura del mismo.

La biota del suelo también ayuda a la limpieza de los suministros de agua a medida que ésta se filtra a través del perfil, además de a eliminar contaminantes del suelo mediante su degradación.

Está claro que la biota del suelo desempeña muchas funciones vitales que abarcan una amplia gama de procesos y funcionan en una variedad de escalas diferentes, desde el nivel micro (a escala de sub-agregados), hasta la escala global. Por consiguiente, se sabe que la biodiversidad del suelo desempeña un papel muy importante dentro del sistema mundial, y la investigación en curso continúa destacando este aspecto.

Reciclaje de Nutrientes

En mayor o menor medida, todos los ciclos de nutrientes en el mundo contienen una fase edáfica. Muchos de los ciclos son muy complejos, ya que involucran una diversidad de enzimas y procesos bioquímicos.

Uno de los ciclos de nutrientes más ampliamente discutidos en los últimos tiempos es el ciclo del carbono debido a su relevancia para la teoría del cambio climático.

El ciclo del Carbono se produce cuando el Dióxido de Carbono (CO₂) se fija en forma orgánica mediante el proceso de fotosíntesis. Las plantas son las más famosas por realizar este proceso, pero hay una variedad de microorganismos, incluidas algas, cianobacterias, y algunas otras formas de bacterias, que también son capaces de realizar fotosíntesis.

En el ciclo del Carbono, el Carbono fijado puede ascender a través de niveles tróficos a medida que los organismos fotosintéticos, o “productores primarios” (autótrofos), son devorados por “consumidores primarios”, como los herbívoros, y estos a su vez pueden ser depredados por “consumidores secundarios” y así sucesivamente.

El Carbono que inicialmente fue fijado por los fotoautótrofos, regresa a la materia orgánica del suelo cuando los organismos mueren, o a través de sus excretas. Este Carbono, que forma parte de la materia orgánica del suelo, puede seguir dos caminos:

Puede estar sujeto a descomposición microbiana, mediante la cual los microorganismos utilizan la sustancia orgánica como fuente de energía y el Carbono regresa a la atmósfera en forma de CO₂ producto de la respiración.

Sin embargo, existen varios factores o mecanismos que pueden aumentar, a veces dramáticamente, el tiempo de permanencia del Carbono en los suelos. Uno de ellos es el nivel de persistencia de la forma de Carbono. Por ejemplo, los carbohidratos de cadena corta son muy lábiles y generalmente no permanecen en el suelo por mucho tiempo. Sin embargo, las moléculas más complejas, especialmente las ligninas y los taninos, son mucho más recalcitrantes y pueden permanecer en los suelos durante muchos años.

Referencia:

Gardi Ciro and Jeffery Simon. Soil Biodiversity. Joint Research Centre, Scientific and Technical Reports Institute for Environment and Sustainability. Land Management & Natural Hazards Unit.

Existen otros mecanismos por los cuales el Carbono puede permanecer en el suelo durante largos períodos, posiblemente siglos. Un ejemplo de ello son las turberas, qué debido a su naturaleza anegada, tienen un intercambio gaseoso muy restringido entre la atmósfera y la propia ciénaga.

Esto significa que las zonas subterráneas de las turberas se vuelven anaerobias y acidas y esto restringe severamente la descomposición microbiana de la materia orgánica.

Sin embargo, en los suelos minerales es menos común que se produzca anegamiento y así prevenir la descomposición microbiana. En estos suelos es más común que sea la inaccesibilidad de la materia orgánica al ataque microbiano lo que impide su descomposición.

Esto puede ocurrir debido a que la materia orgánica está atrapada entre los agregados del suelo, lo que significa que está protegida del acceso de los microorganismos, ya que está en microporos que son demasiado pequeños para que estos entren, o simplemente porque, en la micro-escala, no hay microorganismos en las proximidades que sean capaces de descomponer las sustancias. Lo cual quiere decir que el contenido de materia orgánica de un suelo mineral puede ser relativamente estable hasta que ocurre un proceso de perturbación como la labranza, mismo que expone a ataques a la materia orgánica previamente protegida, y por lo tanto causa una oleada de biomasa microbiana a medida que la microbiota del suelo utiliza ésta fuente de energía recién liberada, asimismo, conduce a una reducción en el contenido de la materia orgánica del suelo.

El ciclo del Nitrógeno depende en gran medida de la biota del suelo. La mayor reserva de Nitrógeno es la atmósfera, con casi un 80% de este elemento. El Nitrógeno gaseoso no puede ser utilizado por la mayoría de los organismos terrestres, incluidas las plantas. Primero requiere ser “fijado” por los microorganismos, ya sea mediante la actividad de microorganismos de vida libre como las cianobacterias y varios géneros de bacterias y actinomicetos, o bien por microorganismos simbióticos como Rhizobium, que forman nódulos en las raíces de las leguminosas. Este proceso de fijación de Nitrógeno convierte el Nitrógeno gaseoso en amonio, que puede ser utilizado por las plantas. Una gran fracción de este amonio también se convierte en otras formas disponibles para las plantas, primero en Nitrito (NO₂-) y luego en Nitrato (NO₃-)

La conversión de productos nitrogenados, como Nitratos y Nitritos, a gas Nitrógeno se produce mediante un proceso conocido como desnitrificación. Este proceso ocurre en condiciones anaerobias, en las que las bacterias utilizan Nitrógeno para la respiración anaerobia debido a la ausencia de Oxígeno.

El ciclo del Nitrógeno tiene implicaciones agrícolas y ambientales muy importantes ya que afecta la fertilidad del suelo, debido a que el Nitrógeno con frecuencia es el nutriente limitante para el crecimiento de los cultivos, y también puede ser una fuente del gas N₂O, de efecto invernadero.

Por estas razones, entre otras, el ciclo del Nitrógeno se ha convertido en un tema de investigación importante en los últimos años. Esto ha arrojado nueva luz sobre los procesos y organismos involucrados en dicho ciclo. Por ejemplo, las investigaciones han descubierto las diversas funciones que las arqueas desempeñan en el ciclo del Nitrógeno y han demostrado que son capaces de realizar ambos procesos de asimilación, como la fijación de este elemento y la asimilación de Nitratos, así como funciones de disimilación, como la respiración de Nitratos y la desnitrificación (Cabello et al., 2004).

Hay muchos otros nutrientes que son vitales para la vida en este planeta que tienen fases edáficas importantes que dependen de la biota del suelo, generalmente para las etapas de descomposición del ciclo. Por ejemplo, el Fósforo es un elemento importante para la vida en la Tierra y se utiliza para diferentes procesos biológicos, además de ser una parte vital tanto del ADN como del ARN. Si bien las plantas son los organismos más importantes en lo que respecta a la absorción de Fósforo del agua y el suelo, y de su disponibilidad a través de los diferentes niveles tróficos, nuevamente es la microbiota del suelo la que libera Fósforo al medio ambiente a través de la descomposición de plantas y animales muertos.

Referencia:

Gardi Ciro and Jeffery Simon. Soil Biodiversity. Joint Research Centre, Scientific and Technical Reports Institute for Environment and Sustainability. Land Management & Natural Hazards Unit.

¿Qué es la biodiversidad?

La biodiversidad tiene diferentes significados dependiendo de la situación que se esté debatiendo y del público ante el que se realiza el debate. Por ejemplo, el “Diccionario de Inglés de Oxford” define la biodiversidad como “La variedad de vida vegetal y animal en el mundo o en un determinado hábitat». Esta definición claramente es suficiente para quienes no son especialistas, sin embargo, si se analiza más específicamente el término Biodiversidad, se hace evidente que es necesario considerar a otros grupos se seres vivos, como los hongos, las bacterias y las archaeas.

Dado que el suelo es un sistema tan diverso, cuando se le considera biológicamente (así como física o químicamente), es necesario incluir todos los grupos taxonómicos. Por lo tanto, cuando se hace referencia a la “Biodiversidad del Suelo” se está aludiendo a todos los organismos vivos que se encuentran dentro del sistema de suelo.

El sistema del suelo es dinámico, muy heterogéneo y extremadamente complejo. El suelo en sí consta de una porción mineral que contiene principalmente sílice y una mezcla de metales traza, así como una porción de materia orgánica que contiene una gran variedad de compuestos orgánicos diferentes, agua y una amplia gama de organismos distintos.

El suelo puede existir en una variedad de texturas; siendo la textura producto de cambios en las proporciones relativas de arena, limo y arcilla. Puede contener áreas de relativa aridez e incluye microporos que casi siempre están llenos de agua, salvo en épocas de extrema sequía. La proporción y tipo de materia orgánica varia tanto con la profundidad como espacialmente. Este alto nivel de heterogeneidad significa que el suelo contiene una cantidad extremadamente grande de nichos ecológicos que han dado lugar a una asombrosa variedad de Biodiversidad.

Usando un enfoque taxonómico para medir la biodiversidad, comúnmente se dice que más de la mitad de los 10 millones de especies de plantas, animales e insectos que se calcula que existen en el mundo, viven en las selvas tropicales. Sin embargo, cuando este enfoque se aplica al suelo, el nivel de biodiversidad generalmente se ubica en el rango de cientos de miles y posiblemente millones de especies que viven en sólo un puñado de suelo.

MEDICION DE LA BIODIVERSIDAD DEL SUELO

Las mediciones del nivel de Biodiversidad del suelo en un área determinada son importantes, ya que se cree que un alto nivel de diversidad de especies indica un medio ambiente saludable. No existen índices específicos, ni es necesario desarrollarlos para el sistema del suelo, ya que los índices de biodiversidad son aplicables en toda la gama de ecosistemas sin necesidad de modificación. Sin embargo, cada uno tiene sus propias debilidades y fortalezas.

Las medidas más simples de biodiversidad son:

• Riqueza de especies, normalmente representada con la letra “S”, que se refiere al número total de especies que se encuentran en un ecosistema o muestra.

• Equilibrio de especies, generalmente representado con la letra “E”, esta es una medida de que tan similares son las cantidades de las diferentes especies en una comunidad. Los rangos de equilibrio de especies van de cero a uno.

Cuando el valor es cercano a cero, indica que la distribución de los organismos dentro de la comunidad no es uniforme, es decir, la mayoría de los individuos presentes pertenecen a una o a algunas especies o taxones. Cuando el valor es cercano a uno, indica que la distribución de organismos dentro de la comunidad esta equilibrada, esto es que  cada especie o taxón consta de un número similar de individuos.

Claramente, estas 2 medidas de Biodiversidad son mucho más informativas cuando se usan combinadas que cuando se usan solas.

Otros métodos que se usan para medir la biodiversidad en un ecosistema son:

El índice Simpson (D) da la probabilidad de que 2 individuos seleccionados al azar pertenezcan a 2 diferentes especies/categorías. Con frecuencia de usa para cuantificar la biodiversidad de un hábitat determinado y toma en cuenta tanto el número de especies como la abundancia relativa de cada especie que está presente.

Se ha observado que en algunas situaciones el índice Simpson puede proporcionar resultados engañosos en algunas áreas que claramente poseen bajos niveles de biodiversidad teniendo un índice desproporcionadamente más alto. Sin embargo, esta situación es poco común, y generalmente el índice Simpson proporciona una medida realista de la Biodiversidad. Un índice bajo equivale a un nivel relativamente alto de Biodiversidad y un índice alto se relaciona a un nivel relativamente alto de Biodiversidad.

Indice Shannon-Wiener (H1) (también referido como índice Shannon) es una medida del orden o desorden en un sistema en particular que puede usarse y aplicarse a sistemas ecológicos. Cuando se aplica en ecología, para cuantificar los niveles de Biodiversidad, el índice Shannon tiene en cuenta tanto la riqueza de especies como la proporción de cada especie dentro de una zona. Un índice más alto es un indicador de que hay un número relativamente alto de especies únicas o que existe una uniformidad de especies relativamente alta.

Organismos del suelo

Como se dijo anteriormente, el ambiente del suelo alberga una increíble diversidad de organismos. Además de eso, los organismos que se encuentran ahí, también suelen existir en niveles de abundancia sorprendentemente altos. El nivel de abundancia y diversidad varía de un suelo a otro, dependiendo de factores como el contenido de materia orgánica, la textura del suelo, el pH y las prácticas de manejo del suelo.

La razón por la que se puede encontrar una gran cantidad de organismos en solo un puñado de suelo se debe al espacio poroso que se encuentra dentro del suelo, que es donde viven los organismos. Si bien puede parecer sólido, el suelo normalmente contiene una gran cantidad de espacio poroso y, de hecho, en algunos suelos, el espacio poroso puede representar el 50% de su volumen total. El espacio poroso en sí, generalmente se puede dividir entre un espacio lleno de aire y un espacio lleno de agua, con la excepción de épocas de anegamiento o sequía extrema. La superficie de este espacio poroso puede exceder los 24 000 m² en 1.0 g.  de suelo arcilloso, disminuyendo la superficie total al aumentar el contenido de limo y arena.

Esto demuestra que, a escala de microorganismos, hay una gran cantidad de espacio para funcionar como un hábitat para los distintos organismos en el suelo. Esta es la razón por la que una cantidad relativamente pequeña de suelo puede albergar una variedad tan amplia y abundante de vida.

Referencia:

Gardi Ciro and Jeffery Simon. Soil Biodiversity. Joint Research Centre, Scientific and Technical Reports

Institute for Environment and Sustainability. Land Management & Natural Hazards Unit.

(Universidad de Illinois en Urbana-Champaign)

Imagínate esto: estás disfrutando de un tazón de edamame verde, disfrutando su delicioso sabor. Pero, ¿alguna vez te has detenido a preguntarte por qué estas vainas son verdes? Después de todo, con frecuencia asociamos la clorofila, el pigmento responsable de su color, con la fotosíntesis en las hojas. Bueno, agárrate a tu edamame porque la investigación realizada por un equipo de la Universidad de Illinois ha revelado una respuesta sorprendente. Resulta que la clorofila en las vainas de soya juega un papel vital en el proceso fotosintético de la planta y contribuye significativamente al rendimiento de la soya

Muchas personas estudian la fotosíntesis en las hojas de las plantas, pero como las vainas y las semillas inmaduras (edamame) de las plantas de soya también son verdes, entonces están recibiendo clorofila y también deben estudiarse.

«Mi proyecto se centró originalmente en optimizar la eficiencia fotosintética mediante la reducción de los niveles de clorofila de las hojas, los cuales superan la capacidad de producción de las hojas», dijo Young Cho, autor principal e investigador postdoctoral del proyecto Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE). «Noté las vainas verdes de soya y me pregunté cuál sería su papel, pero teníamos dudas sobre el alcance de la contribución de las vainas dada su ubicación debajo del dosel.

A diferencia de las vainas de soya, los granos de cebada y los granos de trigo se encuentran en la parte superior de sus respectivas plantas, por lo que los estudios anteriores que mostraron que tienen un efecto significativo en el rendimiento no fueron sorprendentes. Lo que Cho y el equipo de Ort Lab encontraron, y publicaron recientemente en la revista Plant Physiology, fue que la fotosíntesis de la vaina y la semilla representa un notable 13 % del peso final de la semilla (rendimiento) y el nueve por ciento de la fotosíntesis total que ocurre en el dosel (canopia) de la soya.

«La contribución de las vainas y las semillas al proceso de fotosíntesis, incluso bajo el dosel en las condiciones agrícolas actuales, es un hallazgo sustancial», dijo Cho. «Esta investigación abre nuevas vías para comprender la importancia de las vainas de soya en los procesos fotosintéticos al desafiar las nociones convencionales y ofrecer una nueva perspectiva para optimizar la productividad de las plantas».

Este trabajo es parte de Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), un proyecto de investigación internacional que tiene como objetivo aumentar la producción mundial de alimentos mediante el desarrollo de cultivos alimentarios que conviertan la energía del sol en alimento de manera más eficiente.

El siguiente paso del trabajo del equipo implica examinar hasta qué punto las vainas de soya absorben dióxido de carbono (CO2) y liberan oxígeno, particularmente en comparación con las hojas de la planta.

Referencias:

University of Illinois. (14 de Junio de 2023). Unveiling the secrets of green pods: The role of soybean pods and seeds in photosynthesis. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2023-06-unveiling-secrets-green-pods-role.html

(Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, 2023)

Las raíces de las plantas tienen su propio termómetro para medir la temperatura del suelo que las rodea y ajustan su crecimiento en consecuencia. A través de extensos experimentos, un equipo dirigido por la Universidad Martin Luther Halle-Wittenberg (MLU) pudo demostrar que las raíces tienen su propio sistema de respuesta y detección de temperatura.

En un nuevo estudio publicado en The EMBO Journal, los científicos brindan una nueva explicación acerca de cómo las raíces detectan y reaccionan a temperaturas más altas. Los resultados podrían ayudar a desarrollar nuevos enfoques para el fitomejoramiento.

Los investigadores utilizaron cámaras climáticas para investigar cómo reaccionaban Arabidopsis thaliana (organismo vegetal modelo) y los cultivos de col y tomate, al aumento de la temperatura ambiente. El aumento de la temperatura fue de 20 a 28°C (68 a 82.4° Fahrenheit).

«Hasta ahora, se suponía que el brote controlaba el desarrollo de toda la planta y actuaba como un transmisor de larga distancia que le indicaba a la raíz que debía modificar su crecimiento», dice el profesor Marcel Quint del Instituto de Ciencias Agrícolas y Nutricionales en la MLU. Su equipo ahora ha podido refutar esto a través de extensos experimentos en cooperación con investigadores del Instituto Leibniz de Bioquímica Vegetal (IPB), ETH Zurich y el Instituto Max Planck para la Investigación en Fitomejoramiento en Colonia. En un experimento, los científicos cortaron el brote de las plantas, pero permitieron a las raíces seguir creciendo.

«Descubrimos que las raíces no se vieron afectadas por esto y crecieron a temperaturas elevadas de la misma manera que sucedió en las plantas con los brotes intactos. La mayor temperatura estimuló la división celular y las raíces se hicieron significativamente más largas», dice Quint. El equipo también utilizó plantas mutantes cuyos brotes ya no podían detectar y responder a temperaturas más altas. Estos fueron injertados en raíces sin esta carencia. Aquí, también, las raíces fueron capaces de reaccionar al calor del suelo, aun cuando el brote no tuvo ningún efecto.

En todos sus experimentos, los investigadores encontraron que las células de la raíz aumentaron la producción de Auxina (hormona del crecimiento), que luego era transportada a los ápices de las raíces. Ahí, estimuló la división celular y permitió que las raíces se adentraran a mayor profundidad en el suelo. «Como el calor y la sequía generalmente van de la mano, tiene sentido que las plantas aprovechen las capas más profundas y más frescas del suelo, que contienen agua», explica Quint.

Desde hace algún tiempo los científicos entienden cómo reaccionan los brotes de las plantas a temperaturas más altas. Sus células también producen más auxina, pero la parte aérea de la planta reacciona de manera diferente a las raíces. Las células en el brote se estiran, el tallo crece más alto y las hojas se vuelven más angostas y crecen más alejadas.

El estudio también proporciona nuevos conocimientos para el fitomejoramiento. «En vista del cambio climático, el crecimiento de las raíces se está volviendo cada vez más importante para el mejoramiento. Comprender la base molecular del crecimiento de las raíces dependiente de la temperatura podría ayudar a equipar eficazmente a las plantas contra el estrés por sequía y lograr rendimientos estables a largo plazo», dice Quint.

El equipo de Quint continuará su trabajo en este campo de investigación en los próximos años.

Referencias:

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. (10 de Julio de 2023). PHYS ORG. Obtenido de Roots are capable of measuring heat on their own, new study shows: https://phys.org/news/2023-07-roots-capable.html

UN NUEVO SENSOR DE SUELO PUEDE MEJORAR LA EFICIENCIA DE LA FERTILIZACIÓN

Medir la temperatura y los niveles de nitrógeno en el suelo es importante para la producción agrícola, sin embargo, determinarlos por separado es difícil. Huanyu “Larry” Cheng, profesor asociado de la Escuela James L. Henderson, Jr. Memorial de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica en Penn State, lideró a un grupo de investigadores en el desarrollo de un sensor multiparamétrico que puede desacoplar eficazmente las señales de temperatura y nitrógeno para que cada una pueda medirse de manera precisa. Los resultados fueron publicados recientemente por la revista “Advanced Materials”.

«Para una fertilización eficiente, existe la necesidad de un monitoreo continuo y en tiempo real de las condiciones del suelo, específicamente la utilización de nitrógeno y la temperatura del suelo «, dijo Cheng. “Esto es esencial para evaluar la sanidad de los cultivos, reducir la contaminación ambiental y promover una agricultura sostenible y de precisión”.

El uso de nitrógeno como fertilizante es una práctica común en la agricultura y el objetivo es utilizar la cantidad ideal para obtener el mejor rendimiento de los cultivos. Cuando se usa muy poco nitrógeno, el rendimiento del cultivo puede ser inferior al óptimo. Cuando se usa demasiado, se desperdicia fertilizante, las plantas pueden dañarse (“quemarse”) y se liberan gases dañinos de Nitrógeno al medio ambiente. La detección precisa de los niveles de nitrógeno, específicamente, la pérdida de nitrógeno en forma de gas, puede ayudar a los agricultores a lograr niveles óptimos de fertilización para el crecimiento de las plantas.

Medir la temperatura y los niveles de nitrógeno en el suelo es importante para la producción agrícola, sin embargo, determinarlos por separado es difícil. Huanyu “Larry” Cheng, profesor asociado de la Escuela James L. Henderson, Jr. Memorial de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica en Penn State, lideró a un grupo de investigadores en el desarrollo de un sensor multiparamétrico que puede desacoplar eficazmente las señales de temperatura y nitrógeno para que cada una pueda medirse de manera precisa. Los resultados fueron publicados recientemente por la revista “Advanced Materials”.

«Para una fertilización eficiente, existe la necesidad de un monitoreo continuo y en tiempo real de las condiciones del suelo, específicamente la utilización de nitrógeno y la temperatura del suelo «, dijo Cheng. “Esto es esencial para evaluar la sanidad de los cultivos, reducir la contaminación ambiental y promover una agricultura sostenible y de precisión”.

El uso de nitrógeno como fertilizante es una práctica común en la agricultura y el objetivo es utilizar la cantidad ideal para obtener el mejor rendimiento de los cultivos. Cuando se usa muy poco nitrógeno, el rendimiento del cultivo puede ser inferior al óptimo. Cuando se usa demasiado, se desperdicia fertilizante, las plantas pueden dañarse (“quemarse”) y se liberan gases dañinos de Nitrógeno al medio ambiente. La detección precisa de los niveles de nitrógeno, específicamente, la pérdida de nitrógeno en forma de gas, puede ayudar a los agricultores a lograr niveles óptimos de fertilización para el crecimiento de las plantas.

El equipo de Cheng diseñó y fabricó un sensor de alto rendimiento para desacoplar por completo la detección de la pérdida de nitrógeno y la temperatura del suelo. El sensor multiparamétrico se basa en espuma de grafeno inducida por láser y dopado** con óxido de vanadio. El óxido de vanadio puede adsorber e interactuar con los gases de nitrógeno, y también se ha descubierto que los complejos metálicos dopantes en el grafeno mejoran la adsorción de gases y la sensibilidad de detección.

**Dopaje en semiconductores significa agregar impurezas a un material semiconductor con el fin de modificar sus propiedades electrónicas.

El sensor está encapsulado por una membrana suave que bloquea la permeación del gas nitrógeno para que el sensor responda solo a las variaciones de temperatura. Además, se puede quitar el encapsulado y operar el sensor a una temperatura elevada. Al hacerlo, se elimina la influencia de la humedad relativa y la temperatura en el suelo para permitir una medición precisa del gas nitrógeno. La combinación del sensor encapsulado y el sensor no encapsulado puede desacoplar completamente la temperatura y el gas nitrógeno sin interferencias.  

La desvinculación de las variaciones de temperatura y las emisiones de gas nitrógeno se puede aprovechar para diseñar y aplicar dispositivos multimodales con mecanismos de detección desacoplados para la agricultura de precisión en todas las condiciones climáticas, según Cheng.

«La capacidad de detectar simultáneamente concentraciones muy bajas de óxido de nitrógeno y pequeños cambios de temperatura allana el camino para el desarrollo de futuros dispositivos electrónicos multimodales con mecanismos de detección desacoplados para agricultura de precisión, monitoreo de la salud y otras aplicaciones», dijo Cheng.

Referencias:

Fetzer, M. (23 de Marzo de 2023). New soil sensor may improve efficiency of crop fertilization. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2023-03-soil-sensor-efficiency-crop-fertilization.html