Con frecuencia escuchamos que la materia orgánica es uno de los componentes más importantes del suelo. ¿Pero, qué es exactamente? Una definición de libro de texto es: La fracción orgánica del suelo que incluye residuos vegetales, animales y microbianos en diversas etapas de descomposición, biomasa de microorganismos del suelo y sustancias producidas por las raíces de las plantas y otros organismos del suelo.

Simplemente, es el material del suelo que se deriva de los organismos vivos, ya sea un cadáver, un producto de desecho u otra sustancia liberada por los organismos vivos. Aunque las células microbianas están vivas, los microorganismos experimentan una rápida destrucción de la población, muy parecido a los residuos muertos, y con frecuencia se incluyen en la definición de materia orgánica del suelo.

¿Materia orgánica del suelo o carbono orgánico del suelo?

A veces, los términos materia orgánica del suelo y carbono orgánico del suelo se usan indistintamente. Esto se debe a que el Carbono (C) constituye la mayor parte de la masa de la materia orgánica. Los investigadores estiman que el carbono constituye aproximadamente el 58% de la materia orgánica del suelo. Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y otros nutrientes constituyen la masa restante. Si vemos un reporte que contabilice el Carbono orgánico del suelo (los científicos suelen hacer esto), podemos convertirlo a materia orgánica multiplicándolo por 1.7.

Niveles de Materia Orgánica del suelo

El nivel de materia orgánica del suelo en la mayoría de los suelos minerales varía desde cantidades traza hasta un 20 %. Si un suelo tiene 20% o más de material orgánico a una profundidad de 16 pulgadas, entonces ese suelo se considera orgánico y se denomina turba o mantillo dependiendo del grado de descomposición. Estos suelos taxonómicamente se denominan como un Histosol (Figura 1).

Los Histosoles constituyen solo alrededor del 1% de los suelos en todo el mundo y la mayoría de los suelos tienen un contenido mucho más bajo de materia orgánica.

Clasificaciones de la Materia Orgánica

Muchos diferentes materiales en el suelo caen bajo la definición de materia orgánica; sin embargo, no toda la materia orgánica es igual. Por ejemplo, el cadáver de un ratón y un tronco podrido se consideran materia orgánica, pero son muy diferentes en su naturaleza química y en la rapidez con que se descomponen.

Si bien existen diferentes descripciones (o fracciones) de materia orgánica en base a sus propiedades químicas, utilizaremos una forma más simplificada de pensar en la materia orgánica, esto es: Materia Orgánica Activa y Materia Orgánica Estable.

Materia Orgánica Activa

Puedes pensar en la materia orgánica activa como la porción que se está descomponiendo. La materia orgánica activa es una pequeña porción, del 10 al 20%, de la materia orgánica total en el suelo, pero es una porción importante porque alimenta la actividad microbiana y libera nutrientes en el suelo.

La materia orgánica activa contiene nutrientes que son fáciles de digerir para los microorganismos y de utilizarlos para su metabolismo. Estos materiales son bastante jóvenes, generalmente tienen menos de cinco años en el suelo. Los residuos de cultivos frescos son una buena fuente de materia orgánica activa. Los pedacitos de raíces, hojas y cadáveres de insectos que se pueden ver al observar un puñado de tierra son buenos ejemplos de esto, incluso si ya han comenzado a degradarse (Figura 2).

“La biomasa microbiana es el ojo de la aguja por donde debe pasar toda la materia orgánica”

Jenkinson, 1977

Materia Orgánica Estable

Los materiales que conforman la materia orgánica activa son diferentes de los de la materia orgánica estable, la cual constituye una porción mucho mayor de la materia orgánica total del suelo: del 60 al 90 %. A medida que los organismos del suelo digieren y descomponen materiales, ocurren varias cosas:

• Se modifica la química de la materia orgánica

• Los nutrientes se eliminan a medida que los microorganismos descomponen el material

• Se adhiere a las partículas del suelo

La materia orgánica más estable de Lamberton, MN (típica de un Molisol del medio oeste derivado de las praderas) tenía 1510 años en las 8 pulgadas superiores del suelo. Es probable que este antiguo y estable Carbono haya sobrevivido a miles de ingestiones y transformaciones microbianas.

Cuando los microorganismos mueren, los nutrientes y el Carbono de sus cuerpos se liberan para ser consumidos por otros microorganismos, o pueden quedar adheridos a las partículas de arcilla, lo que las hace más resistentes a una mayor descomposición.

Fuente: Soil organic matter in cropping systems. University of Minnesota Extension.https://extension.umn.edu/soil-management-and-health/soil-organic-matter-cropping-systems#stable-organic-matter-1388661

(Ian Scoopes, The Conversation, 2022)

El mundo está perdiendo su biodiversidad. Se estima que 41,000 especies de animales están en peligro de extinción. Los líderes mundiales se reunirán en la conferencia de biodiversidad COP15 de la ONU en Montreal en diciembre del 2022, para discutir sobre formas de revertir este deterioro.

Se espera que los participantes adopten un marco global que establezca medidas para salvaguardar la biodiversidad. Un enfoque es conservar el 30% de la superficie terrestre y marina del mundo a través de áreas protegidas y otras medidas de conservación en áreas de actividad humana limitada. Algunos activistas piden que este objetivo se cumpla para finales de la década.

No obstante, gran parte de la tierra destinada a la protección está ocupada por indígenas que pueden quedar excluidos o desplazados. Los agricultores pastoriles móviles son uno de esos grupos. Millones de pastores apacentan ganado en una variedad de entornos en todo el mundo.

Los estudios de casos de todo el mundo indican que la inclusión de las comunidades de pastores en las iniciativas de conservación puede ayudar a atender las tensiones que surgen en torno a las áreas protegidas, al tiempo que mejora la biodiversidad.

La Importancia del Pastoreo

El pastoreo móvil del ganado puede ser esencial para mantener la biodiversidad de los pastizales. El ganado migratorio dispersa semillas a grandes distancias y fertiliza los suelos con su estiércol y orina, fomentando el crecimiento de las plantas. El pastoreo y pisoteo ligero del suelo y el pasto también pueden permitir que áreas del ecosistema se regeneren después de períodos de uso intensivo.

El pastoreo también puede apoyar la supervivencia de muchas especies animales importantes.

Los lobos indios dependen de amplios espacios para deambular. Pero en los últimos años su número ha disminuido, quedando poco más de 3,000 en las praderas de la India. Sin embargo, las ovejas y cabras que pastan las comunidades de pastores en estos pastizales son presa del lobo indio.

Los cadáveres de ganado también proporcionan una fuente de alimento para las especies de buitres europeos, en peligro de extinción.

Apoyando la conservación

El programa de investigación de Pastres (Pastoralismo, Incertidumbre y Resiliencia. Lecciones globales de los márgenes), estudia cómo los pastores de ganado pueden producir alimentos en tierras que algunas personas descartan por considerarlas marginales, incluidas sabanas, montañas y desiertos. Cuidar las tierras es una parte esencial de su subsistencia. Dicho programa también destaca el conocimiento preciso que tienen los pastores de los ecosistemas en los que viven.

La investigación muestra cómo los pastores pueden ser colaboradores en los esfuerzos de conservación de la biodiversidad.

Por ejemplo, la caza furtiva de vida silvestre se ha convertido en un gran problema para la conservación en algunas partes del África Subsahariana. La respuesta común ha sido militarizar la conservación, armando a los guardabosques y excluyendo a las personas de las áreas de vida silvestre. Sin embargo, los pastores pueden reducir la incidencia de la caza furtiva de vida silvestre actuando como guardabosques. Se ha propuesto un esquema en Kenia donde los pastores alertan a las autoridades sobre la caza furtiva comercializada y protegen las fuentes de agua para el uso conjunto por parte de la vida silvestre y el ganado.

El pastoreo móvil ha sido durante mucho tiempo un componente importante de la salud ecológica en los pastizales españoles. El movimiento del ganado a lo largo de las rutas rurales llamadas caminos de arrieros permite que las semillas se dispersen a grandes distancias en los vellones y las pezuñas de las ovejas. Esto mejora la biodiversidad y las conexiones entre áreas ecológicamente importantes.

De la misma manera, los parques transfronterizos, que son áreas ecológicamente protegidas que se extienden más allá de los límites del país, permiten el uso flexible de los paisajes de pastoreo a través del movimiento. En el sur de África, la eliminación de cercas permite que el ganado y la vida silvestre, como los elefantes y los ñus, migren a través de grandes áreas y entornos diversos.

Los pastizales mal manejados donde las poblaciones de pastores han estado disminuyendo, también son propensos a incendios forestales peligrosos. Un estudio mostró cómo la agricultura de pastoreo disminuyó en áreas de Grecia que estuvieron sujetas a incendios forestales entre 1961 y 2017. Menos pastoreo de ganado ha resultado en más biomasa seca para alimentar los incendios forestales. En algunas áreas, las plantaciones forestales han reemplazado al pastoreo, aumentando aún más la vulnerabilidad de estas áreas a los incendios.

Conservación excluyente

Durante mucho tiempo se ha malinterpretado la ecología de las tierras de pastoreo. Las evaluaciones globales del impacto de la producción ganadera con frecuencia pintan a todos los sistemas ganaderos como enemigos de la naturaleza. La falta de diferenciación entre estos sistemas ha resultado en que los políticos acusen a los pastores de contribuir a la degradación ambiental.

Las intervenciones de conservación se han utilizado como excusa para desalojar a los pastores de sus tierras. Los pastizales se han reducido para dar paso a otros proyectos como parte de un patrón más amplio de «acaparamiento verde» en los últimos años. Los pastizales de pastoreo se han reutilizado para inversiones ambientales, incluidos proyectos forestales, esquemas de compensación de Carbono, producción de biocombustibles y ecoturismo. Pero con frecuencia, los pastizales no son adecuados para los esquemas de plantación de árboles propuestos por quienes abogan por la reconstrucción de las áreas de pastoreo. Las prácticas pastoriles cuestionan la idea de conservación de que el mejor tipo de ecosistema es silvestre y fuertemente protegido.

Como «ecosistemas abiertos», el estado natural de los pastizales no es el de bosques con un dosel cerrado, sino una mezcla de pastos y árboles mantenidos por el fuego y el pastoreo. Dichos esquemas de conservación también pueden socavar el uso móvil de los pastizales, un enfoque que ha ayudado a los pastores a preservar estos entornos durante siglos.

A través de su flexibilidad, movilidad y adaptabilidad, los pastores pueden operar exitosamente como parte de la Naturaleza. La investigación ha demostrado cómo los pastores pueden manejar los recursos de manera que beneficien la conservación de la biodiversidad. Son estas lecciones las que deben ser centrales para la discusión en la COP15

Referencias:

The Conversation. (5 de Diciembre de 2022). How pastoral farming can help to avoid a biodiversity crisis. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-12-pastoral-farming-biodiversity-crisis.html

Un equipo de investigadores de Uganda y el Reino Unido con experiencia en botánica, agricultura y la industria del café publicaron un artículo en la revista Nature Plants, señalando que es posible que los productores de café en el mundo pronto tengan que encontrar nuevas formas de cultivar la popular planta debido al cambio climático. En su documento, el grupo describe tres opciones que posiblemente enfrenten los caficultores y cuál sería su principal opción.

Los agricultores se encuentran entre quienes probablemente se verán más afectados por el cambio climático. En esta investigación, los científicos observaron el impacto que el cambio climático ya está teniendo en la producción de granos de café. Señalan que en algunos lugares donde este se cultiva, las temperaturas están cambiando y las lluvias se están volviendo menos estables. Y eso, señalan, pone en riesgo la producción de granos de café.

Los investigadores descubrieron que los productores de café seguramente tendrán que hacer ajustes en la forma en que cultivan sus granos. Sugieren que hay tres opciones principales: pueden moverse a zonas más adecuadas, cambiar la forma en que cuidan sus plantas o cambiar a diferentes variedades cultivadas de café. Los investigadores sugieren que la tercera opción es la más viable.

Actualmente, la mayor parte del mundo bebe café elaborado con granos de café arábica o robusta. Y en los últimos años, los rendimientos han disminuido para ambos debido a que las sequías han limitado la producción en muchas áreas. Para que el café siga produciéndose, los investigadores sugieren que los caficultores consideren cambiar a plantas de café Liberica.

Señalan que la variedad se ha probado en diversos sitios y se ha encontrado que es más capaz de soportar condiciones climáticas más variables. También señalan que los granos permanecen en las plantas después de madurar, lo que facilita la cosecha.

Los investigadores reconocen que el cambio tiene sus inconvenientes: por ejemplo, los granos de café de Liberica tienen una piel más dura, lo que dificultará su procesamiento. También pueden comenzar a fermentar si no se cosechan tan pronto como maduran, lo que arruina el sabor del café. Pero los investigadores concluyen que el cambio vale la pena, porque en los próximos años, a los agricultores les podría resultar muy difícil cultivar suficientes granos de arábica para satisfacer la demanda.

Referencias:

Yirka, B. (16 de Diciembre de 2022). Possible new ways to continue growing coffee in a changing climate. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-12-ways-coffee-climate.html

(BioDesign Research, 2022)

Facilitar las interacciones entre las raíces de una planta y su ambiente externo es clave para abordar diversos problemas inminentes relacionados con la producción de alimentos, energía y sustentabilidad. Por ejemplo, las plantas con una arquitectura radicular modificada pueden reducir los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera o incluso aumentar el rendimiento de los cultivos para sostener a la creciente población humana.

Una forma de hacer esto es construyendo un «circuito genético» dentro de las células vegetales. Un circuito genético es una colección de componentes biológicos que codifican un ARN o una proteína, que permite que las células individuales realicen funciones específicas. Al interior de las células vegetales, se podría sentir las condiciones ambientales, interpretar señales y exhibir los fenotipos deseados. Sin embargo, el diseño de estos circuitos en las plantas sigue siendo un desafío.

Si bien se requiere investigación adicional para diseñar circuitos basados en plantas, los circuitos bacterianos han experimentado un enorme progreso. Hay varios componentes disponibles para diseñar circuitos bacterianos, que luego son utilizados para facilitar funciones celulares complejas. Este diseño se extiende a las raíces de las plantas, que son el sitio de interacciones críticas entre plantas y bacterias. Las Rizobacterias, bacterias de vida libre que colonizan las raíces de las plantas, tienen un impacto significativo en la sanidad de la planta, la absorción de nutrientes y la química del suelo. Por lo tanto, el diseño de su circuito genético puede usarse para diseñar plantas con cualidades deseables.

Con este fin, un equipo de investigadores, incluido el profesor José R. Dinneny y su estudiante de posdoctorado, el Dr. Christopher M. Dundas, de la Universidad de Stanford, revisaron los componentes genéticos y las mejores estrategias para diseñar circuitos de Rizobacterias. Sus hallazgos, que se publicaron en BioDesign Research, se centraron en los sensores, actuadores y especies de chasis* que se utilizan para regular los procesos del microbioma de la planta.

«Aprender acerca de los enfoques para diseñar circuitos genéticos puede ayudar a los científicos a diseñar interacciones planta-rizosfera de una manera efectiva», dice el Dr. Dundas mientras discute la motivación detrás de esta revisión.

Primero, el equipo exploró herramientas que pueden facilitar la construcción exitosa de circuitos genéticos en Rizobacterias. En particular, las herramientas bioinformáticas, la maquinaria de expresión génica ortogonal y la extracción de genomas están siendo utilizados para predecir secuencias de promotores funcionales y secuencias de sitios de enlace a ribosomas (RBS), para diseñar la transcripción y traducción en Rizobacterias.

También se están empleando herramientas de ingeniería genómica de última generación para reducir la dependencia de las Rizobacterias de la maquinaria de replicación y selección del huésped. Además, se han desarrollado una diversidad de herramientas para la construcción de plásmidos de amplio rango de huéspedes necesarios para la transformación de Rizobacterias.

Posteriormente, el equipo de investigadores debatió el «chasis rizobacteriano», que facilita la colonización efectiva de los tejidos de la raíz, y a su vez permita que el circuito funcione de manera óptima. La creación de un chasis ideal se puede lograr concentrándose en ciertos genes que regulan los rasgos de las Rizobacterias relacionados con la colonización, como la quimiotaxis, la fijación a las raíces, el grado de colonización, la formación de biopelículas y la capacidad de eludir el sistema inmunológico de la planta.

Además, es necesario seleccionar una especie de Rizobacteria competente para evitar los efectos no deseados asociados con el crecimiento bacteriano excesivo en las raíces.

Los exudados de las raíces de las plantas, a los que las Rizobacterias están expuestas de forma rutinaria, son objetivos de detección atractivos para el seguimiento de la salud de las plantas. El artículo arroja luz sobre las ventajas debido a las cuales, los reguladores transcripcionales que responden a moléculas pequeñas, como los azúcares, compuestos de nitrógeno, metabolitos secundarios y fitohormonas, son preferidos para el desarrollo de biosensores de salud vegetal o circuitos sensores. Los circuitos sensores, a su vez, ayudan a impulsar la expresión de múltiples genes y vías posteriores.

Por último, el artículo proporciona una descripción general de los «actuadores rizobacterianos» o circuitos actuadores que impulsan los fenotipos deseados en las plantas colonizadas. El diseño del actuador se puede mejorar ajustando la expresión génica biosintética, que a su vez puede mejorar la absorción de nutrientes, la tolerancia al estrés biótico/abiótico y el crecimiento de la planta.

«Las estrategias que presentamos pueden ayudar a reconfigurar los circuitos genéticos para mejorar la salud y la productividad de las plantas a través del ciclo de diseño-construcción-prueba-aprendizaje. A medida que surjan nuevas tecnologías, será interesante ver cómo las diferentes áreas de investigación bacteriana interactúan con los sensores y actuadores de Rizobacterias», comenta el Dr. Dundas.

¿Cómo pueden estos hallazgos beneficiar a las tecnologías emergentes relacionadas? «La intersección de la ciencia de los materiales con la biología sintética está cobrando mucha fuerza. Nuestros hallazgos contienen información útil para el desarrollo de materiales vivos funcionalizados, que pueden usarse para colonizar las raíces de las plantas para una variedad de aplicaciones», dice el Dr. Dundas en respuesta a esta pregunta.

Aunque los circuitos genéticos de las Rizobacterias tienen un enorme potencial para remodelar la sustentabilidad agrícola, es fundamental abordar las limitaciones técnicas, normativas y éticas alrededor de esta tecnología. Además, también debe explorarse su despliegue en condiciones climáticas diversas. No obstante, los investigadores son optimistas sobre la expansión de estos circuitos para abordar los desafíos mundiales de seguridad alimentaria y sustentabilidad.

Referencia:

BioDesign Research. (12 de Diciembre de 2022). Optimizing rhizobacterial genetic circuit designs for agricultural sustainability. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-12-optimizing-rhizobacterial-genetic-circuit-agricultural.html

(Stanford University, 2022)

Por lo general, aumentar la productividad agrícola depende de la adición de insumos, como fertilizante o agua. Un nuevo estudio realizado por la Universidad de Stanford revela que eliminar una cosa en particular, un contaminante común del aire, podría llevar a tener ganancias notables en el rendimiento de los cultivos. El análisis, publicado el 1 de junio en Science Advances, utiliza imágenes de satélite para revelar por primera vez cómo los óxidos de nitrógeno (gases que se encuentran en las emisiones de los automóviles y las emisiones industriales) afectan la productividad de los cultivos. Sus hallazgos tienen implicaciones importantes para aumentar la producción agrícola y analizar los costos y beneficios de la mitigación del cambio climático en todo el mundo.

«Los óxidos de nitrógeno son invisibles para los humanos, pero los nuevos satélites han podido mapearlos con una precisión increíblemente alta. Dado que también podemos medir la producción de cultivos desde el espacio, esto abrió la posibilidad de mejorar rápidamente nuestro conocimiento de cómo estos gases afectan la agricultura en diferentes regiones», dijo el autor principal del estudio, David Lobell, Director del Centro de Seguridad Alimentaria y Medio Ambiente de Stanford.

Los problemas con los Óxidos de Nitrógeno

Los óxidos de Nitrógeno, o NOx se encuentran entre los contaminantes más emitidos en el mundo. Estos gases pueden dañar directamente las células de los cultivos y afectarlos indirectamente a través de su papel como precursores de la formación de ozono, una toxina del aire conocida por reducir el rendimiento de los cultivos, y contaminación por partículas de aerosoles que pueden absorber y dispersar la luz solar lejos de los cultivos.

Si bien los científicos han tenido durante mucho tiempo una comprensión general del daño potencial de los óxidos de Nitrógeno, se sabe poco sobre sus impactos reales en la productividad agrícola. La investigación anterior se ha visto limitada por la falta de superposición entre las estaciones de monitoreo del aire y las áreas agrícolas, y los efectos confusos de diferentes contaminantes, entre otros problemas para el análisis en base al terreno.

Para evitar estas limitaciones, Lobell y sus colegas combinaron mediciones satelitales de verdor de cultivos y niveles de Dióxido de Nitrógeno en 2018-2020. El Dióxido de Nitrógeno es la forma principal de NOxy una buena medida del NOx total. Aunque el NOx es invisible para los humanos, el dióxido de nitrógeno tiene una interacción distinta con la luz ultravioleta que ha permitido mediciones satelitales del gas a una resolución espacial y temporal mucho más alta que para cualquier otro contaminante del aire.

«Además de ser más fácil de medir que otros contaminantes, el Dióxido de Nitrógeno tiene la característica de ser un contaminante primario, lo que significa que se emite directamente en lugar de formarse en la atmósfera», dijo la coautora del estudio, Jennifer Burney, profesora asociada de ciencias ambientales en la Universidad de California, San Diego. «Eso significa que relacionar las emisiones con los impactos es mucho más sencillo que para otros contaminantes».

Calculando el impacto de NO_x en los cultivos

Con base en sus observaciones, los investigadores estimaron que reducir las emisiones de NOx aproximadamente a la mitad en cada región, mejoraría los rendimientos en aproximadamente un 25 % para los cultivos de invierno y un 15 % para los cultivos de verano en China, casi un 10 % para los cultivos de invierno y verano en Europa occidental, y aproximadamente un 8 % para cultivos de verano y un 6 % para cultivos de invierno en India. América del Norte y América del Sur generalmente tuvieron las exposiciones más bajas a NOx. En general, los efectos parecían más negativos en las estaciones y lugares donde el NOx probablemente promueve la formación de ozono.

«Las acciones que se tomen para reducir los NOx, como la electrificación de vehículos, se superponen estrechamente con los tipos de transformaciones energéticas necesarias para frenar el cambio climático y mejorar la calidad del aire local para la salud humana», dijo Burney. «La principal conclusión de este estudio es que los beneficios agrícolas de estas acciones podrían ser realmente sustanciales, suficientes para ayudar a aliviar el desafío de alimentar a una población en crecimiento «.

Investigaciones anteriores de Lobell y Burney estimaron que las reducciones en ozono, contaminación por partículas, dióxido de nitrógeno y dióxido de azufre entre 1999 y 2019 contribuyeron aproximadamente al 20 % del aumento en el rendimiento del maíz y la soya de los Estados Unidos durante ese periodo, lo que representa un incremento de alrededor de 5 mil millones de dólares por año.

El análisis futuro podría incorporar otras observaciones satelitales, incluida la actividad fotosintética medida a través de la fluorescencia inducida por la luz solar, para comprender mejor los efectos del dióxido de nitrógeno en los diversos grados de sensibilidad de los cultivos al gas durante la temporada de crecimiento, según los investigadores. De manera similar, un examen más detallado de otros contaminantes, como el dióxido de azufre y el amoníaco, así como de variables meteorológicas, como la sequía y el calor, podría ayudar a explicar por qué el dióxido de nitrógeno afecta a los cultivos de manera diferente en diferentes regiones, años y estaciones.

«Es realmente emocionante cuántas cosas diferentes se pueden medir desde los satélites ahora, muchas de ellas provenientes de nuevos satélites europeos», dijo la coautora del estudio Stefania Di Tommaso, analista de datos de investigación en el Centro de Seguridad Alimentaria y Medio Ambiente de Stanford. «A medida que los datos siguen mejorando, esto realmente nos impulsa a ser más ambiciosos y creativos como científicos en el tipo de preguntas que hacemos».

Referencias:

Stanford University. (1 de Junio de 2022). Less air pollution leads to higher crop yields, study shows. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-06-air-pollution-higher-crop-yields.html

(by Leah Burrows, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences, 2022)

No se necesita tener un Doctorado en agricultura para saber que el agua es fundamental para la producción de cultivos. Sin embargo, durante años, personas como Jonathan Proctor, quien tiene un Ph.D. en Agricultura y Economía de Recursos de la Universidad de California Berkeley, han estado tratando de explicar por qué la importancia del agua no se considera en los modelos estadísticos de rendimiento de cultivos.

«Los estudios que analizan cómo responden los rendimientos de los cultivos a la temperatura y a la lluvia tienden a encontrar que la temperatura es mucho más importante que el agua, aunque a partir de la fisiología vegetal entendemos que tanto la temperatura como el suministro de agua son realmente importantes para los cultivos», dijo Proctor, un becario postdoctoral del grupo del profesor Peter Huyber, en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson en Harvard (SEAS). «Resolver este rompecabezas es fundamental para cuantificar cómo el cambio climático afectará los rendimientos globales de los cultivos».

El equipo de investigación tenía una hipótesis: ¿Y si los modelos estuvieran midiendo el tipo de agua incorrecto?

En lugar de medir la precipitación, como lo habían hecho estudios anteriores, el equipo de Harvard utilizó satélites para medir la humedad del suelo alrededor de la zona de las raíces en plantas de maíz, soya, mijo y sorgo producidas alrededor del mundo. Se encontró que los modelos que utilizan la humedad del suelo explican entre un 30 % y un 120 % más de la variación anual en el rendimiento de los cultivos que los modelos basados en la lluvia.

«La lluvia y la humedad del suelo pueden diferir muy notablemente debido a la evaporación, la infiltración y la escorrentía», dijo Proctor. «Lo que cae del cielo no es necesariamente lo que hay en el suelo para que lo absorban los cultivos, y encontramos que lo que está en el suelo para que lo absorban los cultivos es lo que realmente importa para su rendimiento».

Usando observaciones satelitales de la humedad del suelo junto con un enfoque estadístico, el equipo pudo separar y entender mejor las influencias individuales de la temperatura y el suministro de agua en el rendimiento, que a menudo se confunden porque el calor y la sequía están fuertemente correlacionados.

Específicamente, el equipo encontró que el calor extremo es menos perjudicial para el rendimiento de los cultivos de lo que estimaron los modelos anteriores, lo que redujo los daños proyectados por el calentamiento. Pero el equipo también encontró una mayor sensibilidad a la sequía y las inundaciones.

«Cuando se trata de predecir la productividad agrícola en un clima cambiante, debemos considerar cómo evolucionarán conjuntamente la temperatura y la disponibilidad de agua», dijo Huybers, profesor de Ciencia Ambiental e Ingeniería en SEAS y Ciencias Planetarias y de la Tierra.

«En comparación con la temperatura, los cambios en la disponibilidad de agua serán más regionales y estacionales, de modo que las estrategias regionales de planificación y manejo pasarán a primer plano para hacer frente al cambio climático».

El equipo planea usar esta mejor comprensión de cómo la humedad del suelo y la temperatura influyen en la productividad agrícola global para explorar cómo el cambio climático puede afectar otros aspectos del bienestar humano, tales como las decisiones de migración o la estabilidad de los suministros de alimentos.

El artículo fue publicado en Nature Food.

Referencias:

Burrows, L. (19 de Septiembre de 2022). A better understanding of crop yields under climate change. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-09-crop-yields-climate.html

(John Innes Centre, 2022)

Ilustración 1. Características fenotípicas de Magnif (Rht-B13a) y Magnif M (Rht-B13b). (A) Magnif y (B) Magnif M cultivados en condiciones de invernadero en la etapa de crecimiento 69 de la escala de Zadoks. Desarrollo de la longitud del tallo (C) y la longitud del pedúnculo (D) en trigo cultivado en condiciones de campo. Los puntos de datos combinan mediciones de 5 a 10 plantas individuales cultivadas en el campo. Las barras de error representan el error estándar. Crédito: Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2022). DOI: 10.1073/pnas.2209875119

Las variedades de trigo de altura reducida o semi-enanas, con resistencia mejorada a la sequía, pronto podrán cultivarse en campos de todo el mundo, luego de un importante descubrimiento científico.

Investigadores del Centro John Innes, en colaboración con un equipo internacional de investigadores, han descubierto un nuevo gen, Rht13, que reduce la altura; lo que significa que las semillas pueden sembrarse a mayor profundidad en el suelo dando acceso a la humedad y sin el efecto adverso sobre la emergencia de las plántulas que se observa con las variedades de trigo existentes.

Las variedades de trigo con el gen Rht13 podrían convertirse rápidamente en variedades de trigo que permitan a los agricultores producir trigos de altura reducida en condiciones de suelo más secas.

«Hemos encontrado un nuevo mecanismo que puede producir variedades de trigo de altura reducida sin algunas de las desventajas asociadas con los genes convencionales del semi-enanismo. El descubrimiento del gen, sus efectos y su ubicación exacta en el genoma del trigo significa que podemos brindar a los mejoradores un marcador genético perfecto, que les permita obtener trigo más resistente a las condiciones del clima», dijo la Dra. Philippa Borrill, líder del grupo del Centro John Innes, una de las autoras del estudio.

El estudio, que aparece en “Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS)”, sugiere que los beneficios agronómicos adicionales del nuevo gen del semi-enanismo pueden incluir tallos más rígidos, más capaces de soportar un clima adverso.

Desde la década de los 60´s y la «Revolución Verde», los genes de altura reducida han aumentado los rendimientos de trigo a nivel mundial, porque el trigo de tallo corto que se produce invierte más su energía en la producción de granos que en el crecimiento de tallos y también ha mejorado la resistencia al acame. Sin embargo, los genes de la Revolución Verde introducidos en el trigo también tienen una desventaja importante: cuando estas variedades se siembran a mayor profundidad para accesar a la humedad en ambientes con escasez de agua, es posible que no alcancen la superficie del suelo.

El gen enano Rht13 recientemente descubierto supera este problema de la emergencia de las plántulas porque actúa en tejidos que se encuentran a mayor altura en el tallo del trigo. Por lo tanto, el mecanismo de enanismo solo tiene efecto una vez que la plántula ha emergido por completo. Esto les da a los agricultores una ventaja significativa cuando siembran a mayor profundidad en condiciones de menor humedad o bien en condiciones secas.

El descubrimiento del gen Rht13 fue posible gracias a los recientes avances en la investigación genómica del trigo, principalmente la publicación en 2020 de el Pan Genome, un atlas de 15 genomas de trigo recopilados alrededor del mundo. Estudios previos habían identificado el locus Rht13 (la región del ADN) ubicado en el cromosoma 7B en el genoma del trigo, pero no se había identificado el gen subyacente.

En colaboración con el grupo de Wolfgang Spielmeyer en CSIRO Australia, los investigadores usaron ARN y secuenciación de cromosomas para rastrear este nuevo gen de semi-enanismo.

Encontraron un cambio de mutación de un punto, un cambio de una sola letra en una secuencia de ADN, y esta variación en el locus Rht13 codifica un gen NB-LRR auto-activo, un gen relacionado con la defensa, que está encendido todo el tiempo.

Los experimentos que probaron los efectos del gen en una diversidad de plantas de trigo transgénicas, confirmaron que la variación Rht13 representa una nueva clase de gen de altura reducida más comúnmente asociado con la resistencia a enfermedades, a diferencia de los genes de la Revolución Verde ampliamente utilizados (Rht-B1b y Rht-D1b), que están asociados con las fitohormonas y, por lo tanto, afectan el crecimiento general.

«Este es un descubrimiento notable porque abre una nueva forma de usar estos genes NB-LRR auto-activos en el mejoramiento genético agrícola». explica el Dr. Borrill.

“En ambientes secos, este gen alternativo de altura reducida, permitirá a los agricultores sembrar semillas a profundidad, sin tener que arriesgar la emergencia de las plántulas. Creemos que los tallos más rígidos podrían resultar en menos acame (donde éste se presenta), y la regulación positiva de un gen de enanismo relacionado con patógenos puede ayudar a mejorar la respuesta de resistencia a ciertos patógenos”

El siguiente paso de esta investigación será probar cómo funciona este gen en diversos entornos agronómicos que van desde el Reino Unido hasta Australia. El equipo de investigación también está indagando cómo funciona el mecanismo y está estudiando la hipótesis de que este semi-enanismo puede deberse a restricciones moleculares en la pared celular que impiden el alargamiento.

Referencias:

John Innes Centre. (25 de Noviembre de 2022). New ‘Green Revolution’ gene discovery sows hope of drought resilient wheat. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-11-green-revolution-gene-discovery-drought.html

Muchos productores que practican la labranza cero, son reacios a realizar cualquier perturbación del suelo debido a las preocupaciones sobre los impactos negativos en la sanidad del mismo. Sin embargo, un nuevo estudio realizado por un equipo de investigadores de “Penn State University” sugiere que arar los campos una vez después de cinco años en una rotación de cultivos que incluya el establecimiento de cultivos de cobertura y plantas perennes, puede mantener la sanidad del suelo y brindar otros beneficios.

«Aunque la labranza cero ha demostrado ser muy buena para la sanidad del suelo, y su amplia adopción en Pensilvania y el Noreste de EE. UU., ha resultado en una reducción en la erosión y la sedimentación, también  ha llevado  a la aparición de malezas resistentes a los herbicidas, debido a que los agricultores que no realizan labranza, dependen de estos productos para controlar las malas hierbas y terminar con los cultivos de cobertura», dijo la líder del equipo, Heather Karsten, profesora asociada de producción/ecología de cultivos. «Y eso ha creado un gran problema de control de malezas (plantas arvenses)».

Karsten, cuyo grupo de investigación en la “Facultad de Ciencias Agrícolas” durante casi dos décadas ha estudiado cómo las granjas lecheras pueden producir cultivos de manera más sustentable, señaló que la dependencia de herbicidas como el glifosato puede tener impactos ambientales negativos y preocupaciones respecto a la salud humana. En lugar de esto, los científicos de Penn State abogan por el manejo integrado de malezas, que emplea múltiples prácticas para su control.

La agricultura sin labranza tiene muchos beneficios, señaló Karsten, pero una de sus desventajas es que los productores usan herbicidas repetidamente para matar los cultivos de cobertura y las plantas perennes en sus rotaciones. Es una carga ambiental que puede y debe reducirse, argumenta, porque la labranza cero ha sido ampliamente adoptada. Por ejemplo, una encuesta realizada en 2017 por el Departamento de Agricultura de EE. UU. reveló que el 67 % de la superficie cultivada en Pensilvania se manejaba con labranza cero y el 24 % con cultivos de cobertura.

«Cuando se usan herbicidas una y otra vez para “quemar” los cultivos de cobertura y matar las plantas perennes, se produce una selección de las malezas resistentes a los herbicidas y se contamina el medio ambiente», dijo. «Cada vez hay más evidencias de que los herbicidas como el glifosato y el 2,4D, que se usan comúnmente para eliminar cultivos de cobertura y controlar las malas hierbas, plantean algunos problemas para la salud humana, como el linfoma no Hodgkin y alteraciones endócrinas. Estos y otros herbicidas que se usan para controlar las malas hierbas resistentes a los herbicidas también son tóxicas para los organismos del suelo y la vida silvestre».

En un experimento de seis años realizado en el Centro de Investigación Agrícola Russell E. Larson de Penn State, los investigadores compararon dos sistemas de cultivo: un sistema continuo sin labranza que usa herbicidas y un sistema integrado de manejo de malezas que usa labranza estratégica y utiliza menos herbicidas. Midieron los indicadores de sanidad del suelo, como son los niveles deseables de Carbono y los agregados estables al agua, esto se refiere a una calidad deseable de agregación del suelo que promueve su porosidad, facilita la infiltración de agua y aire, reduce la erosión y mejora las condiciones de crecimiento para las raíces de las plantas y los organismos del suelo.

El experimento se llevó a cabo en una rotación de cultivos en granjas lecheras que consiste en:  canola de invierno, o canola más avena, seguida de un cultivo de cobertura de centeno; soya seguida de un cultivo de cobertura de centeno; y maíz para grano o ensilado, seguido de tres años de forraje perenne de alfalfa y pastos de huerto acompañado de un grano pequeño.

En los hallazgos recientemente publicados en Frontiers in Sustainable Food Systems, los investigadores informaron que tomaron muestras del suelo a dos profundidades (2 y 6 pulgadas) para determinar el Carbono total y la densidad aparente. Descubrieron que, a pesar de los menores valores iniciales de sanidad del suelo en el sistema de labranza estratégica, que siguió a la labranza de volteo (labranza tradicional), todas las propiedades del suelo, excepto el carbono lábil, eran similares en ambos sistemas después de dos años de forrajes perennes en el sexto año de la rotación.

El Carbono lábil es la fracción de carbono orgánico del suelo principalmente constituido por compuestos orgánicos simples, aminoácidos, y carbohidratos entre otros compuestos, lo cual facilita el acceso y transformación por parte de los microorganismos. Tiene tiempos de renovación más rápidos por lo que está más disponible para los microorganismos del suelo.

Los hallazgos sugieren que los productores pueden evitar el gasto de aplicar tantos herbicidas y evitar la contaminación de sus ecosistemas al implementar una labranza estratégica muy limitada, explicó Karsten. Y a la larga, la sanidad de sus suelos permanecerá prácticamente sin cambios y protegida.

Hay beneficios adicionales de la labranza estratégica que no se abordaron en esta investigación pero que son importantes, según Karsten. En la labranza cero a largo plazo, las enmiendas del suelo, como el fósforo, pueden acumularse en la superficie del suelo, lo que puede provocar la escorrentía de fósforo y la contaminación del agua. La labranza estratégica involucra estas enmiendas de suelo, incluida la cal, que puede mejorar el pH en la mayor parte del perfil.

Además, la labranza estratégica tiene un efecto disruptivo en las poblaciones de plagas de babosas que prosperan en sistemas de labranza cero y que son particularmente problemáticas en campos sin labranza que tienen grandes cantidades de residuos de cultivos anteriores y cultivos de cobertura (hábitat ideal para las babosas).

«Encontramos, pero no lo reportamos en este documento, que en los años en que las babosas eran problemáticas, sus poblaciones y el daño que ocasionaban al cultivo que se estableció después de la labranza fue significativamente menor, porque la labranza merma sus poblaciones y probablemente destruye sus huevecillos”, dijo Karsten. «Esa es otra razón por la que los agricultores deberían considerar la labranza estratégica. Después de que las granjas se convierten al sistema de labranza cero, recibimos llamadas de los productores preguntando qué pueden hacer para controlar las babosas. La labranza puede reducir las poblaciones de babosas».

Referencias: Pennsylvania State University. (22 de Diciembre de 2022). Some no-till crop rotations on dairy farms could benefit from strategic tillage. Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-12-no-till-crop-rotations-dairy-farms.html

Los injertos en tomate han sido investigados principalmente en experimentos a pequeña escala, en los que se han demostrado cambios morfológicos, fisiológicos y metabólicos en el injerto mediados por el portainjerto.

Al realizar un injerto en diferentes portainjertos, se puede modificar y mejorar su tolerancia a la salinidad, lo que conduce a un mejor crecimiento de la planta, así como a un mejor rendimiento y calidad de la fruta.

Este incremento en la tolerancia a la salinidad, que se manifiesta como un mejor crecimiento o desempeño fisiológico de los tomates injertados, se debe a las interacciones entre el portainjerto y el injerto. Sin embargo, no se ha realizado una investigación exhaustiva para determinar cómo la respuesta metabólica del follaje de las plantas en condiciones subóptimas está mediada por la biodiversidad del portainjerto, o cómo el metabolismo del follaje del injerto, mediado por el portainjerto, se asocia con las características de rendimiento de la planta.

Recientemente, científicos de la Escuela Internacional Albert Katz para Estudios de zonas desérticas, reportaron los efectos de 254 portainjertos de tomate en las características morfológicas y metabólicas de los injertos del híbrido identificado como M82, cultivados en condiciones de suelo salino. Se demostró que hay una diversidad fenotípica en el injerto y alteraciones metabólicas en las hojas, ambos modulados por los diferentes portainjertos en respuesta a la salinidad. También encontraron un rasgo altamente sensible (contenido de malondialdehído, indicativo de peroxidación lipídica), así como rasgos intrínsecos de M82 en toda la población de injertos.

También se demostró que los metabolitos de la hoja:  malato, citrato y aspartato son fundamentales para la respuesta a la salinidad y la movilización de fotosintatos, mediada por el portainjerto, entre el crecimiento de la planta y su respuesta de defensa ante el estrés. Las conexiones indirectas entre las características morfológicas y el contenido de metabolitos se complementaron y ampliaron con un modelo predictivo LASSO que enfatizó el papel de los metabolitos en la modulación del fenotipo.

«Demostramos que injertar la misma variedad en diferentes portainjertos dio como resultado una heterogeneidad fenotípica del injerto y enfatizó la eficiencia de productividad de M82 independientemente del portainjerto», dijo el profesor Aaron Fait.

Estos resultados pueden proporcionar nuevos conocimientos para futuras investigaciones en el estudio de la relación de los injertos con el estrés abiótico y proporcionar una base para la selección metabólica asistida por marcadores de tolerancia a la salinidad mediada por los portainjertos.

La investigación fue publicada en “Horticulture Research”.

Fuente:

Nanjing Agricultural University The Academy of Science. (15 de Agosto de 2022). “How do rootstocks mediate scion salinity tolerance under salt stress? Obtenido de PHYS ORG: https://phys.org/news/2022-08-rootstocks-scion-salinity-tolerance-salt.html

Reducción de las necesidades de agroquímicos

El glifosato es parte integral de la agricultura sin labranza, pero es posible que ese no sea el caso en el futuro cercano, debido a nuestra mayor comprensión de la toxicidad de este insumo. Mientras tanto, una estrategia productiva es reducir los requerimientos de glifosato y acelerar su descomposición en el suelo. Esto se puede hacer de la siguiente manera:

El ácido fúlvico tiene un CIC de 1400, lo que significa que puede incorporar sustancias químicas como el glifosato. Esta unión puede ser benéfica. El ácido fúlvico también genera sensibilización celular, en la cual, el aumento en la permeabilidad de la membrana favorece al menos un 30 % más de absorción por parte de la planta. En este contexto, la inclusión de ácido fúlvico con glifosato significa que es posible reducir de forma efectiva las aportaciones de glifosato en un 30 % y aun así lograr el mismo efecto de destrucción de malezas. Este es un buen resultado, pero hay una ventaja más importante en relación con la descomposición del glifosato.

Las bacterias son los microorganismos responsables de la descomposición del glifosato, y su alimento favorito es el ácido fúlvico. Son atraídas como abejas a un tarro de miel al glifosato incorporado en el ácido fúlvico lo que acelera significativamente la descomposición del químico. El ácido fúlvico se emplea comúnmente en forma de polvo de ácido fúlvico soluble y en dosis de 120 gramos por hectárea.

Hay una segunda estrategia que puede ayudar a reducir las necesidades de glifosato. Todos los productos químicos tienen un valor de pH en el que funcionan de manera más eficiente. Desafortunadamente, esta información no se proporciona en la etiqueta.

La mayoría de la gente sabe que hay que bajar el pH por debajo de 5 para el glifosato y, con frecuencia el sulfato de amonio se usa como un acidificante. Sin embargo, ahora se sabe que el punto de pH ideal para el glifosato es en realidad 2.9.

En reconocimiento de este vínculo entre el pH y la eficiencia química, cada almacén de una granja o rancho, debe tener algunas bolsas de ácido cítrico. Este ácido natural es muy efectivo para bajar el pH. Como regla general, 100 gramos de ácido cítrico reducirán el pH en un punto completo.

Si el pH inicial en el glifosato diluido fuera 6, por ejemplo, entonces se necesitarían un poco más de 300 gramos de ácido cítrico por cien litros, para llegar al valor “ideal” de 2,9.

Tenemos muchos productores en todo el mundo que han combinado ácido fúlvico y ácido cítrico con glifosato para librar los requerimientos de herbicidas en un 50%.

La diferencia de rendimiento relacionada con el pH puede ser muy considerable. Si ponemos atención en el Dithane, el fungicida más popular del mundo, por ejemplo, descubrimos que Dithane a pH 7 tiene una vida media de solo 18 horas. Sin embargo, si se ajusta el pH al punto óptimo que es de pH 5.2, este agroquímico de pronto tiene una vida media de 18 días. (10)

En conclusión

El lado positivo de ésta crisis debida al aumento de los costos en la agricultura, puede ser lo que motive a muchos productores a explorar opciones regenerativas. En el proceso, los agricultores pueden descubrir herramientas que nunca supieron que existían. Mejorarán la eficiencia, reducirán los costos por concepto de insumos y serán más sustentables, al mismo tiempo que aumentan la fertilidad del suelo y la rentabilidad de sus cultivos.

Todavía puede resultar ser el comienzo de una era dorada en la agricultura.

Referencias:
1) “Factors That Influence Nitrous Oxide Emissions from Agricultural Soils” – Cong Wang et al – MDPI – Agronomy

2) “Bioactive carbon improves nitrogen fertiliser efficiency and ecological sustainability” – Peter Espie and Haley Ridgeway nature.com

3) “Co-addition of Humate substances and humic acids with urea enhances foliar nitrogen use efficiency in sugarcane – José M.Leite et al – ScienceDirect – 2020

4) “Molybdenum and Sulphur in Symbiotic Nitrogen Fixation” – A J Anderson – nature.com

5) “Interactions of bacteria, protozoa and plants leading to mineralization of soil nitrogen” – Marianne Clarholm – ScienceDirect–1985

6) “The effect of humic acids on the availability of phosphorus fertilizers in alkaline soils” – X.J. Wang – ResearchGate

7) “Contribution of Arbuscular Mycorrhizal Fungi, Phosphate–Solubilizing Bacteria, and Silicon to P Uptake by Plant”. – Hassan Etesami et al – Frontiers in Plant Sciences – 2021

8) “Effect of foliar application of potassium fertilizers on soybean plants under salinity stress”. – Bishnu Adhikari et al –ScienceDirect – 2020

9) “Sulfate of Potash Foliar Spray Effects on Yield, Quality, and Post-Harvest Life of Banana” – A. Ramesh Kumar and N. Kumar–Dept Fruit Crops Research Institute, India

10) “pH and Water Modifications to Improve Pesticide Performance” – Delbert G Voight Jnr – PennState Extension – 2017