Biología del suelo

La biología del suelo es el estudio de la actividad y ecología microbiana y faunística en el suelo . La vida del suelo , la biota del suelo , la fauna del suelo o edáfono es un término colectivo que abarca todos los organismos que pasan una parte significativa de su ciclo de vida dentro de un perfil de suelo o en la interfaz suelo- hojarasca . Estos organismos incluyen lombrices de tierra , nematodos , protozoos , hongos , bacterias , diferentes artrópodos , así como algunos reptiles (como serpientes ) y especies de mamíferos excavadores como tuzas , topos y perros de las praderas . La biología del suelo juega un papel vital en la determinación de muchas características del suelo. La descomposición de la materia orgánica por los organismos del suelo tiene una inmensa influencia en la fertilidad del suelo , el crecimiento de las plantas , la estructura del suelo y el almacenamiento de carbono . Como ciencia relativamente nueva, aún se desconoce mucho sobre la biología del suelo y su efecto en los ecosistemas del suelo .

El suelo alberga una gran proporción de la biodiversidad del mundo . Los vínculos entre los organismos del suelo y las funciones del suelo son complejos. La interconexión y complejidad de esta "red alimentaria" del suelo significa que cualquier evaluación de la función del suelo debe tener necesariamente en cuenta las interacciones con las comunidades vivas que existen dentro del suelo. Sabemos que los organismos del suelo descomponen la materia orgánica , lo que hace que los nutrientes estén disponibles para su absorción por las plantas y otros organismos. Los nutrientes almacenados en los cuerpos de los organismos del suelo evitan la pérdida de nutrientes por lixiviación . Los exudados microbianos actúan para mantener la estructura del suelo , y las lombrices de tierra son importantes en la bioturbación . Sin embargo, descubrimos que no entendemos aspectos críticos sobre cómo funcionan e interactúan estas poblaciones. El descubrimiento de la glomalina en 1995 indica que carecemos del conocimiento para responder correctamente algunas de las preguntas más básicas sobre el ciclo biogeoquímico en los suelos. Hay mucho trabajo por delante para lograr una mejor comprensión del papel ecológico de los componentes biológicos del suelo en la biosfera .

En un suelo equilibrado, las plantas crecen en un entorno activo y estable. El contenido mineral del suelo y su estructura saludable ^{son importantes para} su bienestar, pero es la vida en la tierra la que impulsa sus ciclos y proporciona su fertilidad. Sin las actividades de los organismos del suelo, los materiales orgánicos se acumularían y ensuciarían la superficie del suelo, y no habría alimento para las plantas. La biota del suelo incluye:

• Megafauna: rango de tamaño: 20 mm hacia arriba, por ejemplo, topos , conejos y roedores .
• Macrofauna: rango de tamaño: 2 a 20 mm, por ejemplo , cochinillas , lombrices de tierra , escarabajos , ciempiés , babosas , caracoles , hormigas y opiliones .
• Mesofauna : rango de tamaño: 100 micrómetros a 2 mm, por ejemplo, tardígrados , ácaros y colémbolos .
• Microfauna y microflora: rango de tamaño: 1 a 100 micrómetros, por ejemplo, levaduras , bacterias (comúnmente actinobacterias ), hongos , protozoos , gusanos redondos y rotíferos .

De estos, las bacterias y los hongos desempeñan papeles clave en el mantenimiento de un suelo saludable. Actúan como descomponedores que descomponen los materiales orgánicos para producir detritos y otros productos de descomposición. Los detritívoros del suelo , como las lombrices de tierra, ingieren los detritos y los descomponen. Los saprótrofos , bien representados por hongos y bacterias, extraen nutrientes solubles del detrito. Las hormigas (macrofaunas) ayudan descomponiendo de la misma manera, pero también proporcionan la parte del movimiento, ya que se mueven en sus ejércitos. También los roedores, los comedores de madera, ayudan a que el suelo sea más absorbente.

La biología del suelo implica trabajar en las siguientes áreas:

• Modelización de procesos biológicos y dinámica de poblaciones
• Biología, física y química del suelo: incidencia de parámetros fisicoquímicos y propiedades superficiales en procesos biológicos y comportamiento poblacional
• Biología de poblaciones y ecología molecular : desarrollo metodológico y contribución al estudio de poblaciones microbianas y faunísticas; diversidad y dinámica de poblaciones ; transferencia genética, influencia de factores ambientales
• Ecología de comunidades y procesos de funcionamiento: interacciones entre organismos y compuestos minerales u orgánicos ; participación de dichas interacciones en la patogenicidad del suelo ; transformación de compuestos minerales y orgánicos, ciclo de elementos ; estructuración del suelo

Se utilizan necesariamente enfoques disciplinares complementarios que involucran la biología molecular , la genética , la ecofisiología , la biogeografía , la ecología, los procesos del suelo, la materia orgánica, la dinámica de nutrientes ^[1] y la ecología del paisaje .

Las bacterias son organismos unicelulares y los habitantes más numerosos de la agricultura, con poblaciones que van desde 100 millones a 3 mil millones en un gramo. Son capaces de reproducirse muy rápidamente por fisión binaria (división en dos) en condiciones favorables. Una bacteria es capaz de producir 16 millones más en solo 24 horas. La mayoría de las bacterias del suelo viven cerca de las raíces de las plantas y a menudo se las conoce como rizobacterias. Las bacterias viven en el agua del suelo, incluida la película de humedad que rodea las partículas del suelo, y algunas pueden nadar por medio de flagelos . La mayoría de las bacterias beneficiosas que viven en el suelo necesitan oxígeno (y por lo tanto se denominan bacterias aeróbicas ), mientras que las que no necesitan aire se denominan anaeróbicas y tienden a causar la putrefacción de la materia orgánica muerta. Las bacterias aeróbicas son más activas en un suelo húmedo (pero no saturado, ya que esto privará a las bacterias aeróbicas del aire que necesitan), y un pH del suelo neutro , y donde hay abundante alimento ( hidratos de carbono y micronutrientes de la materia orgánica) disponible. Las condiciones hostiles no matan completamente a las bacterias, sino que éstas dejan de crecer y entran en una etapa latente, y aquellos individuos con mutaciones proadaptativas pueden competir mejor en las nuevas condiciones. Algunas bacterias grampositivas producen esporas para esperar circunstancias más favorables, y las bacterias gramnegativas entran en una etapa "no cultivable". Las bacterias son colonizadas por agentes virales persistentes ( bacteriófagos ) que determinan el orden de las palabras de los genes en el huésped bacteriano.

Desde el punto de vista del jardinero orgánico, los papeles importantes que desempeñan las bacterias son:

La nitrificación es una parte vital del ciclo del nitrógeno , en el que ciertas bacterias (que fabrican su propio suministro de carbohidratos sin utilizar el proceso de fotosíntesis) son capaces de transformar el nitrógeno en forma de amonio , que se produce por la descomposición de proteínas , en nitratos , que están disponibles para las plantas en crecimiento, y una vez más se convierten en proteínas.

En otra parte del ciclo, el proceso de fijación del nitrógeno pone constantemente nitrógeno adicional en la circulación biológica. Esto lo llevan a cabo bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre en el suelo o el agua, como Azotobacter , o aquellas que viven en estrecha simbiosis con plantas leguminosas , como los rizobios . Estas bacterias forman colonias en nódulos que crean en las raíces de los guisantes , frijoles y especies relacionadas. Estos son capaces de convertir el nitrógeno de la atmósfera en sustancias orgánicas que contienen nitrógeno. ^[2]

Mientras que la fijación de nitrógeno convierte el nitrógeno de la atmósfera en compuestos orgánicos, una serie de procesos llamados desnitrificación devuelven una cantidad aproximadamente igual de nitrógeno a la atmósfera. Las bacterias desnitrificantes tienden a ser anaerobias, o anaerobias facultativas (pueden alternar entre los tipos de metabolismo dependientes e independientes del oxígeno), incluidas Achromobacter y Pseudomonas . El proceso de purificación causado por condiciones libres de oxígeno convierte los nitratos y nitritos del suelo en gas nitrógeno o en compuestos gaseosos como óxido nitroso u óxido nítrico . En exceso, la desnitrificación puede conducir a pérdidas generales de nitrógeno disponible en el suelo y la consiguiente pérdida de fertilidad del suelo . Sin embargo, el nitrógeno fijado puede circular muchas veces entre los organismos y el suelo antes de que la desnitrificación lo devuelva a la atmósfera. El diagrama anterior ilustra el ciclo del nitrógeno.

Los actinomicetos son fundamentales en la descomposición de la materia orgánica y en la formación de humus . Se especializan en descomponer la celulosa y la lignina, junto con la quitina resistente que se encuentra en los exoesqueletos de los insectos. Su presencia es responsable del dulce aroma "terroso" asociado con un suelo sano. Requieren mucho aire y un pH entre 6,0 y 7,5, pero son más tolerantes a las condiciones secas que la mayoría de las demás bacterias y hongos. ^[3]

Un gramo de tierra de jardín puede contener alrededor de un millón de hongos , como levaduras y mohos . Los hongos no tienen clorofila y no son capaces de realizar la fotosíntesis . No pueden utilizar el dióxido de carbono atmosférico como fuente de carbono, por lo que son quimioheterótrofos , es decir, al igual que los animales , requieren una fuente química de energía en lugar de poder utilizar la luz como fuente de energía, así como sustratos orgánicos para obtener carbono para su crecimiento y desarrollo.

Muchos hongos son parásitos y suelen causar enfermedades a las plantas que los hospedan, aunque algunos tienen relaciones beneficiosas con ellas, como se ilustra a continuación. En términos de creación de suelo y humus, los hongos más importantes tienden a ser saprotróficos , es decir, viven sobre materia orgánica muerta o en descomposición, descomponiéndola y convirtiéndola en formas que están disponibles para las plantas superiores. Una sucesión de especies de hongos colonizará la materia muerta, comenzando por aquellas que utilizan azúcares y almidones, a las que siguen aquellas que pueden descomponer celulosa y ligninas .

Los hongos se propagan bajo tierra enviando filamentos largos y delgados, conocidos como micelio , a lo largo del suelo; estos filamentos se pueden observar en muchos suelos y montones de compost . A partir del micelio, el hongo puede arrojar sus cuerpos fructíferos, la parte visible sobre el suelo (por ejemplo, hongos , setas venenosas y setas de hongo ), que pueden contener millones de esporas . Cuando el cuerpo fructífero estalla, estas esporas se dispersan por el aire para asentarse en ambientes frescos y pueden permanecer latentes hasta años hasta que surjan las condiciones adecuadas para su activación o se disponga del alimento adecuado.

Los hongos que son capaces de vivir simbióticamente con plantas vivas, creando una relación que es beneficiosa para ambas, se conocen como micorrizas (de myco que significa hongo y rhiza que significa raíz). Los pelos radicales de las plantas son invadidos por el micelio de la micorriza, que vive en parte en el suelo y en parte en la raíz, y puede cubrir la longitud del pelo radical como una vaina o estar concentrado alrededor de su punta. La micorriza obtiene los carbohidratos que necesita de la raíz, proporcionando a cambio a la planta nutrientes como nitrógeno y humedad. Más tarde, las raíces de la planta también absorberán el micelio en sus propios tejidos.

En muchos de nuestros cultivos comestibles y florales se encuentran asociaciones micorrízicas beneficiosas. Shewell Cooper sugiere que estas incluyen al menos el 80% de las familias Brassica y Solanum (incluidos los tomates y las patatas ), así como la mayoría de las especies de árboles , especialmente en bosques y zonas boscosas. Aquí las micorrizas crean una fina malla subterránea que se extiende mucho más allá de los límites de las raíces del árbol, aumentando enormemente su rango de alimentación y haciendo que los árboles vecinos se interconecten físicamente. Los beneficios de las relaciones micorrízicas para sus socios vegetales no se limitan a los nutrientes, sino que pueden ser esenciales para la reproducción de las plantas. En situaciones en las que poca luz puede llegar al suelo del bosque, como los bosques de pinos de América del Norte , una plántula joven no puede obtener suficiente luz para realizar la fotosíntesis por sí misma y no crecerá adecuadamente en un suelo estéril. Pero, si el suelo está cubierto por una estera micorrízica, entonces la plántula en desarrollo echará raíces que pueden unirse con los hilos de los hongos y a través de ellos obtener los nutrientes que necesita, a menudo obtenidos indirectamente de sus padres o de árboles vecinos.

David Attenborough señala la relación entre plantas, hongos y animales que crea un "trío armonioso de tres vías" que se encuentra en los ecosistemas forestales , donde la simbiosis entre plantas y hongos se ve reforzada por animales como el jabalí, el ciervo, los ratones o la ardilla voladora, que se alimentan de los cuerpos fructíferos de los hongos, incluidas las trufas, y provocan su propagación ( Private Life Of Plants , 1995). Una mayor comprensión de las relaciones complejas que impregnan los sistemas naturales es una de las principales justificaciones del jardinero orgánico , para abstenerse del uso de productos químicos artificiales y el daño que estos podrían causar. ^{[ cita requerida ]}

Investigaciones recientes han demostrado que los hongos micorrízicos arbusculares producen glomalina , una proteína que une las partículas del suelo y almacena tanto carbono como nitrógeno. Estas proteínas del suelo relacionadas con la glomalina son una parte importante de la materia orgánica del suelo . ^[4]

La fauna del suelo afecta la formación del suelo y la materia orgánica del mismo de manera dinámica en muchas escalas espaciotemporales. ^[5] Las lombrices de tierra , las hormigas y las termitas mezclan el suelo a medida que excavan, lo que afecta significativamente la formación del suelo. Las lombrices de tierra ingieren partículas de suelo y residuos orgánicos, lo que mejora la disponibilidad de nutrientes vegetales en el material que pasa a través y fuera de sus cuerpos. Al airear y remover el suelo, y al aumentar la estabilidad de los agregados del suelo, estos organismos ayudan a asegurar la fácil infiltración de agua. Estos organismos en el suelo también ayudan a mejorar los niveles de pH.

A las hormigas y termitas se las suele llamar "ingenieros del suelo" porque, cuando crean sus nidos, se producen varios cambios químicos y físicos en el suelo. Entre estos cambios se encuentra el aumento de la presencia de los elementos más esenciales, como el carbono, el nitrógeno y el fósforo, elementos necesarios para el crecimiento de las plantas. ^[6] También pueden recoger partículas de suelo de distintas profundidades y depositarlas en otros lugares, lo que provoca la mezcla del suelo para que sea más rico en nutrientes y otros elementos.

El suelo también es importante para muchos mamíferos. Las tuzas , los topos, los perros de las praderas y otros animales que excavan dependen de este suelo para protegerse y alimentarse. Los animales incluso le devuelven algo al suelo, ya que sus madrigueras permiten que entre más lluvia, nieve y agua del hielo en lugar de crear erosión. ^[7]

Esta tabla incluye algunos tipos conocidos de vida del suelo, ^[8] coherentes con la taxonomía predominante utilizada en los artículos de Wikipedia vinculados.

• Alexander, 1977, Introducción a la microbiología del suelo, 2.ª edición, John Wiley
• Alexander, 1994, Biodegradación y biorremediación, Academic Press
• Bardgett, RD, 2005, La biología del suelo: un enfoque comunitario y ecosistémico, Oxford University Press
• Burges, A., y Raw, F., 1967, Biología del suelo: Academic Press
• Coleman DC et al., 2004, Fundamentos de la ecología del suelo, 2.ª edición, Academic Press
• Coyne, 1999, Microbiología del suelo: un enfoque exploratorio, Delmar
• Doran, JW, DC Coleman, DF Bezdicek y BA Stewart. 1994. Definición de la calidad del suelo para un entorno sostenible. Publicación especial número 35 de la Soil Science Society of America, ASA, Madison Wis.
• Paul, PA y FE Clark. 1996, Microbiología y bioquímica del suelo, 2.ª edición, Academic Press
• Richards, 1987, La microbiología de los ecosistemas terrestres, Longman Scientific & Technical
• Sylvia et al., 1998, Principios y aplicaciones de la microbiología del suelo, Prentice Hall
• Sociedad para la Conservación del Suelo y el Agua, 2000, Manual de biología del suelo.
• Tate, 2000, Microbiología del suelo, 2.ª edición, John Wiley
• van Elsas et al., 1997, Microbiología moderna del suelo, Marcel Dekker
• Wood, 1995, Biología ambiental del suelo, 2.ª edición, Blackie A & P
• Vats, Rajeev y Sanjeev, Aggarwal (2019). Impacto de la actividad de las termitas y su efecto en la composición del suelo.

• Universidad Estatal de Michigan – Ecología y gestión del suelo: Biología del suelo
• Nueva Gales del Sur – Biología del suelo
• Universidad de Minnesota – Biología del suelo y gestión del suelo
• Soil-Net.com Un sitio educativo gratuito para escuelas, que ofrece mucha información sobre la biología del suelo y enseña sobre el suelo y su importancia.
• Por qué los fertilizantes orgánicos son una buena opción para un suelo saludable
• Efectos de las patatas transgénicas con zeaxantina sobre la calidad del suelo Proyecto de investigación sobre bioseguridad financiado por el BMBF
• Protocolo de análisis de ácidos grasos fosfolípidos Un método para analizar la comunidad microbiana del suelo (archivo pdf)
• USDA-NRCS – Introducción a la biología del suelo