Con mirada integral

Ante la inseguridad hídrica a la que nos enfrenta el cambio climático, en la cual no es posible asegurar en base a las estadísticas históricas cómo se comportarán las lluvias cada año, se hace patente que la agricultura, tal como se ha hecho hasta hoy, no está preparada para sobrellevar el efecto de la escasez hídrica.

La crítica situación no es sólo por la insuficiencia de lluvias y nieve sino que está además potenciada por la creciente salinidad, la pérdida de carbono en los suelos (como materia orgánica), la compactación y baja permeabilidad de los suelos (pérdida de porosidad) que disminuye la capacidad del suelo de almacenar agua, y la parte menos conocida pero que es sintomática de un manejo agronómico inadecuado, el deterioro de la calidad del microbioma del suelo.

El manejo adecuado del agua es crítico para estabilizar y mantener activos los microorganismos adecuados en el microbioma rizosférico, así como mantener los nutrientes disponibles para las plantas. Una adecuada disponibilidad hídrica en el suelo también permite modificar las propiedades fisico-químicas del suelo, como mantener una apropiada proporción entre O2yCO2, regulando los procesos fisiológicos de las plantas.

Tanto el exceso como la falta de humedad son negativas para las plantas. El exceso de humedad genera condiciones anaeróbicas (falta de oxígeno): al saturarse con agua todos los poros, se expulsa el O2 del suelo, lo que favorece el crecimiento de bacterias anaeróbicas, productoras de metano y arqueas, que fermentan el carbono del suelo, un proceso que deja metabolitos tóxicos para las plantas, como alcoholes y aldehídos.

En una condición aeróbica, entre el 20% y el 50% de la porosidad del suelo, principalmente macroporos, se mantienen con O2, sin agua, en lo que se conoce como humedad a capacidad de campo. La mayor actividad del microbioma del suelo se produce cuando el 60% de la porosidad del suelo está ocupada con agua.

Cuando el suelo se va secando, las raíces se contraen y pierden el contacto directo con el suelo. Este espacio es reemplazado con O2 y se pierde la conductividad hidráulica entre el suelo y la raíz, disminuyendo el aporte de agua y de nutrientes a las raíces, limitando la actividad de la rizosfera y el microbioma. Además, los iones libres en la solución suelo (calcio, carbonatos, sodio, potasio, fósforo, aluminio, hierro, molibdeno) aumentan su concentración, lo que incrementa el potencial osmótico (salinidad) entorno a las raíces y causa su deshidratación, con menor actividad enzimática descomponedora de la materia orgánica del microbioma.

El bajo contenido de agua en el suelo también provoca una disminución de los procesos biogeoquímicos en la rizosfera, que fuerzan al microbioma a cambiar su metabolismo para asimilar carbono, nitrógeno y nutrientes, determinando un destino diferente a la captura y estabilización del carbono en la materia orgánica del suelo.

Efectos sobre NPK

•Nitrógeno: Con un contenido de humedad entre el 35% a 60% de agua en suelo, la nitrificación domina el metabolismo del N. Con una 40% de humedad aprovechable en el suelo, la pérdida de nitrógeno por emisión de N2O es mínima. Ya con más del 70% de humedad aprovechable la desnitrificación se acelera y aumenta la emisión de N2O. Con un 80% a 95% de saturación con agua, la nitrificación es mínima y la desnitrificación es máxima. Cuando el suelo está saturado de agua, sin oxígeno, el nitrógeno se volatiliza en su forma gaseosa como N2O y N2, perdiéndose en la atmósfera.

•Fosforo: Más del 90% del P total es insoluble (fosfatos minerales, P húmico, fosfato de Ca, Fe, Al, y P en hidróxidos y silicatos) y es inmóvil en el suelo, indisponible para las plantas. Con una humedad aprovechable menor al 30%, esta condición se vuelve aún peor. Con una humedad aprovechable mayor al 75%, la mayor parte del fósforo soluble está disponible. La disponibilidad óptima de P soluble es con 50% de la humedad aprovechable, al presentar la condición ideal para la actividad de la enzima fosfatasa producida por los microorganismos del suelo.

•Potasio: La disponibilidad de K es directamente proporcional a la humedad del suelo. Con un 50% de la humedad aprovechable, los humatos y sulfatos de K permiten evitar la lixiviación del K soluble al fijarlo en forma intercambiable, pero disminuye al aumentar la humedad del suelo. El exceso de K en suelo deteriora la estabilidad estructural de las arcillas, satura la CIC y se fija en forma insoluble.

Impacto en el microbioma

Cuando la humedad es escasa, el suelo es rico en O2, pero pobre en nutrientes disponibles, con baja diversidad de microorganismos. Se favorecen microorganismos tenaces, principalmente bacterias Gram +y actinomicetes, capaces de sobrevivir en condiciones difíciles por su gran eficiencia al consumir los nutrientes disponibles con voracidad para luego esporular como mecanismo de sobrevivencia. Hay una mayor población de bacterias nitrificantes (Nitrospira) y consumidoras de carbono, incluyendo arqueas.

Bajo condiciones de escasez hídrica, los microorganismos producen más enzimas hidrolasas (degradación de quitina, celulosa, lignina, pectina, hemicelulosa, etc.), acumulan solutos compatibles que reducen el potencial osmótico interno para evitar la deshidratación y muerte. En bacterias, los principales solutos producidos son prolina, glutamina y betaina. En hongos se producen polioles como el glicerol, eritritol y manitol, que les permiten mantener el turgor y proteger la estructura celular. La producción de estos osmolitos compatibles requiere una gran cantidad de carbono proveniente de la materia orgánica del suelo.

Las variaciones en el contenido de humedad del suelo afectan la composición del microbioma y el tipo de metabolismo para obtener la energía necesaria para su crecimiento, que está directamente relacionado con el carbono presente en el suelo, la regulación osmótica mediante la producción de osmolitos compatibles y la actividad de las enzimas hidrolíticas. Es así que la saturación de la porosidad del suelo con agua favorece los microorganismos anaeróbicos facultativo que, a su vez, propician la oxidación del carbono y la degradación enzimática.

Cuando la humedad aumenta, la diversidad microbiana mejora con dominancia de proteobacteria, acidobacteria, actinobacterias, bacteroidetes, verrumicrobia, firmicutes, planctomycetes. Estos microorganismos favorecen una mejor condición de la rizósfera para enfrentar condiciones de estrés hídrico y permiten a la planta continuar su desarrollo productivo.

Para mantener activas las plantas en condiciones de estrés hídrico es necesario conservar en el suelo comunidades microbianas activas y beneficiosas para las plantas, así como la materia orgánica fresca y degradable que provea la energía necesaria para que esos microorganismos produzcan enzimas extracelulares que liberen los nutrientes. La relación C:N óptima del medio para la liberación de nutrientes es de 20:1. Este equilibrio entre carbono y nitrógeno debe mantenerse a medida que crece el sistema y se consume la materia orgánica del suelo, para evitar variaciones bruscas del pH, el potencial Redox y la humedad del suelo que modifiquen la composición de microorganismos en el tiempo, alterando la relación hongos-bacterias-actinomicetes.

Los microorganismos del suelo tienen una función clave en la resistencia de las plantas al estrés hídrico. Entre muchos otros mecanismos, los microorganismos tienen la capacidad de secretar exopolisacáridos como barrera protectora, compuesta de polisacáridos y proteínas extracelulares, que encapsula las partículas y estructura el suelo, protegiéndolo contra la pérdida de la humedad. Se forma una red protectora contra la deshidratación que retiene la humedad en torno a la raíz, al mismo tiempo que favorece la permeabilidad del suelo y mejora la absorción de nutrientes en condiciones de sequía.

En nuestro modelo de gestión regenerativo se busca modular el microbioma para propiciar la colonización y aumento de las comunidades de bacterias y hongos beneficiosos en la rizosfera. Así se induce a una mayor eficiencia en la absorción de agua, mejor actividad antioxidante protectora, mayor tolerancia al estrés hídrico, mayor crecimiento radicular, mayor biomasa y mayor productividad. Esto se logra regulando las condiciones fisicoquímicas del suelo de manera de aumentar su porosidad (60%) para que permita una mayor actividad aeróbica que incremente la humificación del carbono en la materia orgánica, capaz de retener 20 veces su peso en agua, y la liberación de nutrientes de fácil absorción por las plantas. Sin embargo, esto se logra mejor y más rápido en suelos con humedad que fluctúa dentro de determinados rangos específicos que en aquellos suelos que están con una permanente humedad aprovechable del 75%.

En resúmen, bajo las condiciones agroclimáticas actuales, la ciencia agronómica ya ha desarrollado estrategias eficaces para mitigar el efecto de la escasez hídrica y el cambio de los patrones de lluvia. Fundamentalmente, consiste en gestionar el suelo como un todo integrado físico, químico y biológico. Al mantener suficiente carbono capturado, mejora la retención y acumulación de agua, además de modular y regular el microbioma funcional para la planta. Esto permite un balance gaseoso positivo para el oxígeno al aumentar la porosidad del suelo, que a su vez facilita el desarrollo radicular de la planta al permitirle explorar un mayor volumen. Una herramienta imprescindible es el uso de cultivos de cobertura formulados de acuerdo a las características de cada predio, manteniendo el suelo cubierto la mayor parte del año para fijar carbono a través de exudados radiculares, promover el crecimiento de microorganismos que ayudan a flocular el suelo en partículas agregadas evitando la rápida deshidratación del suelo y disminuyendo la temperatura de la superficie y la evaporación del agua en el suelo por capilaridad.

Con una gestión del manejo agronómico así se ha constatado que las necesidades de riego pueden disminuir entre un 30% a 40%, lo que implica un menor gasto en energía de riego y suplir las necesidades de los cultivos en la época más crítica del año. Los beneficios no sólo son hídricos sino que también se ha logrado disminuir la necesidad de fertilización debido a que los microorganismos funcionales suplementan todos los nutrientes que las plantas requieren con un menor gasto energético y mejor condición fitosanitaria