La nueva fertilidad

La definición de calidad del suelo abarca propiedades físicas, químicas y biológicas, y está relacionada con la fertilidad y la salud del suelo, la cual a su vez es la base para lograr plantas sanas, de mayor tolerancia al estrés biótico y abiótico. Es posible utilizar muchos indicadores para describir la calidad del suelo, pero es importante tener en cuenta su sensibilidad frente a los cambios en manejo del suelo, el tiempo requerido para su variación y las propiedades relacionadas que pueden ser explicadas con el indicador seleccionado. Propiedades relacionadas con el contenido de materia orgánica, como relación C/N, fracciones de carbono orgánico (C soluble, C-ácidos húmicos, y C-ácidos fúlvicos, entre otros), la actividad enzimática (βglucosidasa, ureasa, arilsulfatasa, fosfatasas, etc.) o la estabilidad de los agregados, pueden usarse como indicadores de la calidad del suelo. Proporcionan información temprana sobre los procesos de mineralización, la disponibilidad de nutrientes y la fertilidad, así como los efectos resultantes de los cambios en el uso del suelo o las prácticas agrícolas (por ejemplo, labranza o aplicación de diferentes tipos de materia orgánica).

En este contexto, las propiedades biológicas se han utilizado como indicadores de la calidad del suelo por su relación con el contenido de materia orgánica, la artropofauna terrestre, los líquenes, la comunidad microbiana (biomasa o grupos funcionales), los productos metabólicos como el ergosterol o la glomalina y las actividades del suelo como la respiración microbiana y la producción de enzimas.

Calidad y salud del suelo

El interés por la calidad del suelo se remonta a la antigua civilización romana. A lo largo del tiempo, el aprovechamiento de residuos agrícolas, la aplicación de materia orgánica en distintas fuentes, la rotación y las prácticas de labranza han sido fundamentales para mantener la fertilidad del suelo. Un descubrimiento importante, a finales del siglo XIX, fueron los microorganismos fijadores de nitrógeno, asociados a las raíces de plantas leguminosas, que abrían la puerta a una mejor comprensión de la rizosfera y el desarrollo de la ecología del suelo en relación con su fertilidad.

El manejo tradicional del suelo en la agricultura de climas templados se basaba en rotaciones de cultivos de grano con cultivos de pastos para la producción ganadera, mejorando la estructura del suelo y aumentando la fertilidad, con un papel importante de los animales y fertilizantes naturales, como la roca fosfórica y el nitrato de sodio. Después de la Segunda Guerra Mundial, el uso de este sistema tradicional se redujo, separándose cada vez más el ganado de los cultivos, lo que llevó a la eliminación de la incorporación de pastos y aplicación de estiércol animal en muchos sistemas de cultivos herbáceos.

Se descuidó la gestión del suelo, lo que generó una creciente preocupación por el estado físico del suelo, erosión y lixiviación de nutrientes, como se puso de manifiesto en el informe “La agricultura moderna y el suelo”. Estas preocupaciones desencadenaron definiciones de políticas nacionales en Canadá, Estados Unidos e Inglaterra orientadas a la conservación del suelo y la recuperación de su capacidad para cumplir con múltiples funciones, conceptos que finalmente convergieron hacia la “calidad del suelo”. Este concepto se remonta a la década de 1970, cuando Warkentin (1977) sugirió el desarrollo de un concepto de calidad del suelo que incluye los recursos de la tierra para diferentes usos y las demandas cambiantes sobre los recursos de la tierra.

El concepto de salud del suelo ha surgido como un marco unificador para describir los diversos mecanismos que controlan el funcionamiento de todos los ecosistemas terrestres. Representa la capacidad de un suelo para sostener o mejorar las funciones y servicios de los ecosistemas a lo largo del tiempo en los sistemas terrestres utilizados para producir alimentos, fibras y combustibles, pero también en ecosistemas silvestres donde la influencia humana, como el cambio climático y la contaminación, perjudican la salud del suelo, lo que motiva un deseo de monitorearlo o mejorarlo.

El término “salud del suelo” conlleva una carga, es decir, nociones preconcebidas basadas en la salud humana. Por lo tanto, para que persista y sea útil tanto para los científicos como para las partes interesadas, la salud del suelo requiere: 1) desarrollar perspectivas sobre cómo utilizar apropiadamente el concepto para sintetizar el conocimiento y así guiar la ciencia y el manejo; 2) construir vínculos más sólidos entre las mediciones biológicas y los resultados de la salud del suelo; 3) identificar distintas mediciones biológicas y bioquímicas del suelo que sirvan como indicadores y proporcionen una alerta temprana de que la salud del suelo está siendo deteriorada y para evaluar las prácticas de gestión; y 4) determinarlas condiciones en las que las mediciones biológicas del suelo son más apropiadas para predecir la salud del suelo que los indicadores químicos y físicos.

Selección de indicadores biológicos de calidad de suelo

Existen varios criterios técnicos a considerar al seleccionar indicadores biológicos del suelo:

1 Temas prácticos como la facilidad del muestreo de campo los costos generales o la posibilidad de almacenar muestras.

2 la sensibilidad de un método al manejo y variación espacio temporal.

3 Interpretación de los datos generados por el método (Bünemann et al., 2018).

4 Integración de los resultados de análisis biológicos en el contexto de la evaluación, y es probable que esto cambie la importancia relativa de los diferentes criterios técnicos.

Los programas de evaluación de la calidad del suelo dirigidos a los productores agrícolas deben priorizar métodos de análisis que puedan ser realizados por laboratorios de suelos locales y tener el objetivo final de proporcionar información que respalde las decisiones de manejo del suelo en sus explotaciones. Por otro lado, el monitoreo del suelo a escala nacional o regional puede ayudar a los gobiernos a evaluar las consecuencias sociales de diferentes prácticas de manejo del suelo o de políticas ambientales que pueden no ser fácilmente detectadas a escala agrícola. Los programas de monitoreo nacionales y regionales consideran normalmente más de mil sitios de evaluación durante una temporada de muestreo y, por lo tanto, deben limitar la cantidad de tiempo invertido y la cantidad de muestra recolectada en cada sitio. En conclusión, la selección de métodos biológicos del suelo para la evaluación de la multifuncionalidad del suelo es un proceso de toma de decisiones complejo, que requiere flexibilidad para sopesar ciertos criterios de selección sobre otros dependiendo del objetivo y tipo de evaluación.

Indicadores biológicos asociados al ciclaje de nutrientes del suelo y la calidad del suelo

Está bien establecido que las propiedades biológica responden más rápido a cambios en las prácticas de manejo agrícola o cambios ambientales, en comparación a propiedades fisicoquímicas (Doranet al., 1996; Kumar et al., 2019, Figura 1). Se conoce, además, que junto a las propiedades físicas y químicas, la calidad o salud del suelo también está muy ligada a sus propiedades biológicas, que consisten en diferentes atributos como diversidad microbiana, biomasa microbiana, cantidades y actividades enzimáticas, carbono mineralizable, nitrógeno, fósforo y azufre, respiración del suelo, materia orgánica/carbono del suelo y depósitos de carbono lábil, etc.

En este contexto, los indicadores biológicos podrían ser indicadores importantes y sensibles para evaluar el efecto de diferentes prácticas de manejo en la salud del suelo ya que cambian significativamente con el tiempo, después de cambios en las prácticas de manejo, mientras que algunos de los parámetros físicos y químicos del suelo tardarán mucho más tiempo en mostrar cambios. Por tanto, las propiedades biológicas deberían tratarse como indicadores tempranos de cambios en la salud del suelo, teniendo en cuenta que los organismos del suelo y la actividad microbiana son directamente responsables de los procesos de los ecosistemas del suelo, especialmente en la descomposición de la materia orgánica y los ciclos y transformaciones de nutrientes relacionados, lo que es de gran importancia para satisfacer las necesidades nutricionales de las plantas (Jacoby etal., 2017). Todos estos componentes se consideran componentes importantes en el ciclo global de materiales, energía y nutrientes.

• Respiración de suelo: es considerado un indicador clave de los procesos biológicos del suelo, pues indica el equilibrio de carbono en el suelo. En este proceso se determina la proporción de C-CO2 producido en una muestra de suelo y está relacionado con la disponibilidad de C en el suelo. Puede realizarse también utilizando sustratos inductores para simular condiciones bajo diferentes tipos de materia orgánica o compuestos carbonados de distinta labilidad. Ver figura 2, la relación entre la respiración del suelo y su temperatura.

• Actividad deshidrogenasa: esta enzima intracelular se presenta en todas las células vivas, por lo que es un indicador directamente relacionado con la actividad biológica del suelo. En este método, el cloruro de trifeniltetrazolio (TTC) se emplea como indicador de la actividad del sistema de transporte de electrones (ETS). Mediante la reducción del sustrato incoloro soluble en agua (TTC) por las deshidrogenasas presentes en el ambiente del suelo, se forma un producto insoluble de color rojo (trifenilformazán -TPF).El TPF se puede cuantificar fácil por su colorimetría.

La actividad de deshidrogenasa puede aumentar o disminuir con la labranza, mientras que la aplicación de abonos orgánicos, abonos verdes, fertilizantes químicos, efluentes de vertederos y residuos industriales tienden a aumentar la actividad de deshidrogenasa. La ventaja de utilizar la actividad de deshidrogenasa del suelo como indicador es que generalmente no se ve afectada por metales pesados si están presentes en la muestra en dosis más bajas. Tiene el potencial de indicar el grado de recuperación de suelos degradados. Por ejemplo, el suelo contaminado por derrames de petróleo se puede evaluar fácilmente mediante la actividad de deshidrogenasa (Margesin et al., 2000). Asimismo, los cambios inducidos por el manejo del suelo se pueden evaluar a través de la biomasa microbiana.

• Biomasa microbiana: Los microorganismos del suelo desempeñan un papel crucial en el ciclo del carbono y los nutrientes en los ecosistemas. La biomasa microbiana del suelo (parte viva de la materia orgánica del suelo) es la composición microbiana total y se considera un indicador importante del índice de fertilidad del suelo, que depende principalmente de la tasa de transformación de nutrientes y su disponibilidad, así como de la calidad y cantidad de insumos orgánicos. La biomasa microbiana en el suelo en general se representa en términos de carbono (MBC), nitrógeno (MBN) y fósforo (MBP) de labiomasa microbiana.

El carbono de la biomasa microbiana (CBM) es una fracción lábil relativamente pequeña (1-4% del total del COS) que responde rápidamente a la disponibilidad de carbono y también está fuertemente influenciada por las prácticas de manejo de cultivos y las perturbaciones del sistema. Indica la capacidad del suelo para almacenar y reciclar nutrientes y energía, y también sirve como un indicador sensible de cambios y tendencias futuras en los niveles y el equilibrio de materia orgánica. El nitrógeno de labiomasa microbiana constituye una parte importante del N potencialmente mineralizable y sirve como agente de transformación y fuente de sumidero de N. En consecuencia, la MBN puede tener impactos significativos en la disponibilidad de N para las plantas y en el ciclo general del N del suelo.

Asimismo, en relación con el fósforo, la biomasa microbiana es una parte integral del ciclo del fósforo (P) del suelo; se estima que la biomasa microbiana de fósforo (MBP) representa entre el 2% y el 10% del P total del suelo; sin embargo, durante las diferentes etapas del desarrollo del suelo y dentro de la hojarasca esto puede llegar al 50% (Achat etal., 2010). El rápido recambio de P en la biomasa microbiana puede contribuir a una fuente importante del conjunto de P disponible, ya que el P liberado está altamente disponible para la absorción de las plantas; además, la inmovilización microbiana del P inorgánico protege al P de la fijación fisicoquímica.

• Laβ-glucosidasa es la enzima más importante implicada en el ciclo del carbono. Por lo tanto, generalmente se utiliza para evaluar la salud del suelo. La actividad de la enzima disminuye significativamente en los suelos intensamente cultivados en comparación con los suelos de bosques o praderas no perturbados, aunque algunas prácticas agrícolas, como la aplicación de abonos orgánicos maduros, pueden aumentar su actividad.

• Los invertebrados se han utilizado como indicadores de la salud del suelo, sin embargo, hasta la fecha, no se han encontrado criterios universalmente aceptados para su uso. Las lombrices de tierra son los invertebrados más utilizados como indicadores del suelo y para algunos investigadores la presencia puede ser relevante pero no crucial. Se sugiere que las lombrices de tierra desempeñan funciones vitales en procesos como la infiltración de agua y la aireación y el desarrollo de las raíces de los cultivos, pero no son obligatorias para estos procesos y pueden existir suelos de alta calidad incluso en ausencia de lombrices de tierra.

• Bacterias asociadas a la nitrificación: La nitrificación es un proceso central en el ciclo global del nitrógeno, llevado a cabo por una compleja red de arqueas oxidantes de amoníaco (AOA), bacterias oxidantes de amoníaco (AOB), bacterias oxidantes completas de amoníaco (comammox) y bacterias oxidantes de nitritos (NOB). La nitrificación es responsable de una importante lixiviación de nitrógeno y emisiones de N2O y está asociada a la pérdida de eficiencia en el uso del nitrógeno por parte de los cultivos.

Las evaluaciones de la comunidad de oxidantes de amoníaco han revelado que los AOA y AOB no solo responden de manera diferente a las características abióticas y bióticas del suelo (especialización de nichos), sino que también poseen diferentes patrones de utilización de nutrientes (diferenciación de nichos). Los estudios metagenómicos han permitido conocer que estos dos grupos de organismos tienen diferentes afinidades de sustrato y que el pH ácido del suelo favorece la presencia de AOA en comparación con las comunidades AOB, con diferencias espaciales y geográficas. En términos metabólicos, siempre se ha considerado que los oxidadores de amonio son principalmente autótrofos, sin embargo, la evidencia reciente de suelos agrícolas respalda el hecho de que el potencial de asimilar compuestos orgánicos (es decir, metabolismo heterótrofo o mixotrófico) puede ser más frecuente en AOA que en AOB.

Experimentos a largo plazo (20 años) bajo manejo orgánico resultaron en el aumento de la diversidad microbiana, lo que implicó un mayor potencial de mineralización de N (Berthrong et al.,2013). Asimismo, en suelos ácidos en China, la composición comunitaria de AOA, y no de AOB, se vio afectada debido a la fertilización (He etal., 2007). En un experimento de fertilización de pastizales de 44 años de duración, el aporte orgánico (purín de ganado) aumentó significativamente el gen amoA de las arqueas oxidantes de amoníaco (AOA), mientras que la fertilización química con N aumentó la población de bacterias oxidantes de amoníaco (AOB) (Zhou et al., 2015).

Uso de indicadores biológicos de calidad de suelo en Chile

A nivel productivo, el uso de indicadores biológicos de calidad de suelo tiene aproximadamente diez años en Chile. A partir del trabajo de laboratorios pioneros en el área de microbiología, como Agriservice, las metodologías para la mayoría de los indicadores biológicos se han hecho disponibles para su utilización a nivel productivo. Las empresas privadas que proveen insumos biológicos y materia orgánica para aplicación al suelo han sido claves en la diseminación del uso de estas herramientas.

Normalmente, previo a la aplicación de algún producto al suelo, se levanta una línea base de actividad enzimática para después evaluar el efecto de dicho producto sobre la actividad enzimática y luego a nivel productivo. El indicador más utilizado en la actualidades la βglucosidasa que responde muy rápidamente a la aplicación de bioestimulantes microbianos y materia orgánica al suelo (Figura 3).