Papel de las Lombrices de Tierra en el Mantenimiento de la Fertilidad del Suelo mediante la Producción de Estructuras Biogénicas

Resumen

La biota del suelo beneficia la productividad del suelo y contribuye a la función sostenible de todos los ecosistemas. El ciclo de nutrientes es una función crítica que es esencial para la vida en la tierra. Las lombrices de tierra son un componente importante de las comunidades de fauna del suelo en la mayoría de los ecosistemas y comprenden una gran proporción de biomasa de macrofauna. Su actividad es beneficiosa porque puede mejorar el ciclo de nutrientes del suelo a través de la rápida incorporación de detritos en suelos minerales. Además de este efecto de mezcla, la producción de moco asociada con la excreción de agua en las tripas de lombrices de tierra también mejora la actividad de otros microorganismos beneficiosos del suelo. A esto le sigue la producción de materia orgánica. Por lo tanto, a corto plazo, un efecto más significativo es la concentración de grandes cantidades de nutrientes (N, P, K y Ca) que son fácilmente asimilables por las plantas en depósitos de yeso fresco. Además, las lombrices de tierra parecen acelerar la mineralización, así como la rotación de la materia orgánica del suelo. También se sabe que las lombrices de tierra aumentan la mineralización de nitrógeno, a través de efectos directos e indirectos en la comunidad microbiana. El aumento de la transferencia de C y N orgánicos a los agregados del suelo indica el potencial de las lombrices de tierra para facilitar la estabilización y acumulación de materia orgánica del suelo en los sistemas agrícolas, y que su influencia depende en gran medida de las diferencias en las prácticas de gestión de la tierra. Este artículo resume la información sobre los datos publicados sobre los temas descritos.

1. Introducción

La protección del hábitat del suelo es el primer paso hacia la gestión sostenible de sus propiedades biológicas que determinan la calidad y la productividad a largo plazo. En general se acepta que la biota del suelo beneficia la productividad del suelo, pero se sabe muy poco sobre los organismos que viven en el suelo y el funcionamiento del ecosistema del suelo. El papel de las lombrices de tierra en la fertilidad del suelo se conoce desde 1881, cuando Darwin (1809-1882) publicó su último libro científico titulado «The formation of vegetable mould through the action of worms with observations on their habits.»Desde entonces, se han realizado varios estudios para destacar la contribución de los organismos del suelo a la función sostenible de todos los ecosistemas . La macrofauna del suelo, como las SAT, modifica el ambiente del suelo y de la basura indirectamente por la acumulación de sus estructuras biogénicas (moldes, pellets, galerías, etc.) (Cuadro 1). El ciclo de nutrientes es una función crítica del ecosistema que es esencial para la vida en la tierra. Los estudios realizados en los últimos años han mostrado un interés creciente en el desarrollo de sistemas agrícolas productivos con una alta eficiencia en el uso interno de los recursos y, por lo tanto, menores necesidades y costos de insumos . En la actualidad, cada vez hay más pruebas de que los macroinvertebrados del suelo desempeñan un papel clave en las transformaciones de SOM y la dinámica de nutrientes a diferentes escalas espaciales y temporales mediante perturbaciones y la producción de estructuras biogénicas para mejorar la fertilidad del suelo y la productividad de la tierra . Las SA son un componente importante de las comunidades de fauna del suelo en la mayoría de los ecosistemas naturales de los trópicos húmedos y comprenden una gran proporción de biomasa de macrofauna . En los suelos tropicales cultivados, donde la materia orgánica se relaciona con frecuencia con la fertilidad y la productividad, las comunidades de invertebrados, especialmente las EWs, podrían desempeñar un papel importante en la dinámica (SOM) mediante la regulación de los procesos de mineralización y humificación .

1.1. Importancia funcional de las lombrices de tierra

Los efectos de las SAR en los procesos biológicos del suelo y el nivel de fertilidad difieren en categorías ecológicas . Las especies anécdotas construyen madrigueras permanentes en las capas minerales profundas del suelo; arrastran materia orgánica de la superficie del suelo a sus madrigueras para alimentarse. Las especies endogeicas viven exclusivamente y construyen extensas madrigueras no permanentes en la capa mineral superior del suelo, principalmente materia mineral ingerida, y se conocen como «ingenieros ecológicos» o «ingenieros de ecosistemas».»Producen estructuras físicas a través de las cuales pueden modificar la disponibilidad o accesibilidad de un recurso para otros organismos . Las especies epigeicas viven en la superficie del suelo, no forman madrigueras permanentes, y principalmente ingieren basura y humus, así como en materia orgánica en descomposición, y no mezclan materia orgánica e inorgánica . En la mayoría de los hábitats y ecosistemas (Cuadro 2), suele tratarse de una combinación de estas categorías ecológicas que, juntas o individualmente, son responsables de mantener la fertilidad de los suelos .

1.2. El papel de las lombrices de tierra en la Disponibilidad de Nutrientes para el Suelo

Las SAT influyen en el suministro de nutrientes a través de sus tejidos, pero en gran medida a través de sus actividades de madriguera; producen agregados y poros (es decir, bioestructuras) en el suelo y/o en la superficie del suelo, afectando así sus propiedades físicas, el ciclo de nutrientes y el crecimiento de las plantas . Las estructuras biogénicas constituyen conjuntos de agregados órgano-minerales. Su estabilidad y la concentración de materia orgánica afectan las propiedades físicas y la dinámica del suelo. Además, afectan a algunos procesos ecológicos importantes del suelo dentro de su» dominio funcional » donde concentran nutrientes y recursos que son explotados por las comunidades de microorganismos del suelo . El efecto del SAT en la dinámica de la materia orgánica varía en función de las escalas de tiempo y espacio consideradas . La actividad de los SAt endogeicos en el ambiente tropical húmedo acelera el recambio inicial de SOM a través de efectos indirectos en el suelo C como determinantes de la actividad microbiana. Debido al forrajeo selectivo de partículas orgánicas, los contenidos intestinales a menudo se enriquecen en materia orgánica, nutrientes y agua en comparación con el suelo a granel y pueden fomentar altos niveles de actividad microbiana . Se ha informado que mejoran la mineralización al fragmentar primero el SOM y luego mezclarlo con partículas minerales y microorganismos, creando así nuevas superficies de contacto entre el SOM y los microorganismos . A corto plazo, un efecto más significativo es la concentración de grandes cantidades de nutrientes (N, P, K y Ca) que son fácilmente asimilables por las plantas en depósitos de yeso fresco . La mayoría de estos nutrientes se derivan de la orina y el moco de las lombrices de tierra . En suelos altamente lixiviados de trópicos húmedos, la actividad de las lombrices de tierra es beneficiosa debido a la rápida incorporación de los detritos en los suelos . Además de este efecto de mezcla, se sabe que la producción de moco asociada con la excreción de agua en el intestino de la lombriz de tierra mejora la actividad de los microorganismos . A esto le sigue la producción de materia orgánica. Por lo tanto, los moldes frescos muestran un alto contenido de nutrientes (Tabla 3). Las características químicas de los moldes difieren de las de los suelos no herbáceos y son ricos en nutrientes disponibles para las plantas. Tras la deposición de colada, los productos microbianos, además de los mucílagos de lombrices de tierra, se unen a las partículas del suelo y contribuyen a la formación de agregados altamente estables . Aunque los SAR pueden acelerar la descomposición inicial de los residuos orgánicos , varios estudios han indicado que también pueden estabilizar el SOM mediante su incorporación y protección en sus moldes . Durante períodos de tiempo más largos, esta actividad microbiana mejorada disminuye cuando los moldes se secan, y luego se informa de agregación para proteger físicamente el SOM contra la mineralización. Por lo tanto, la tasa de mineralización C disminuye y la mineralización de SOM de moldes puede bloquearse durante varios meses . Podría volver a ser accesible para la microflora una vez que se degraden en pequeños fragmentos . Además, los EWS parecen acelerar la mineralización, así como la rotación de SOM . Además, los estudios también han indicado que la materia orgánica en los moldes, una vez estabilizada, puede mantener esta estabilización durante muchos años . Sin embargo, los mecanismos químicos también pueden contribuir a la estabilización, ya que la evidencia muestra que los moldes se mantienen unidos por fuertes interacciones entre partículas minerales del suelo y SOM que está enriquecido en polisacáridos bacterianos e hifas fúngicas . Los moldes de lombriz de tierra se enriquecen en C y N orgánicos, superando los contenidos de C y N del suelo no ingerido en un factor de 1,5 y 1,3, respectivamente (Cuadro 4). Este enriquecimiento aparece en todas las fracciones de tamaño de partícula, no restringido a ciertas dinámicas de compuestos orgánicos de un suelo cultivado . Estos resultados indican claramente la participación directa de los SAR en la protección del suelo C en microagregaciones dentro de grandes macroagregaciones, lo que conduce a una posible estabilización a largo plazo del suelo C (Tabla 5). También se ha informado de que los sistemas de alerta temprana aumentan la incorporación de C derivado de cultivos de cobertura en los macroagregados y, lo que es más importante, en los microagregados formados dentro de los macroagregados. El aumento de la transferencia de C y N orgánicos a los agregados del suelo indica el potencial de los SAT para facilitar la estabilización y acumulación de SOM en los sistemas agrícolas .

También se sabe que los SAR aumentan la mineralización de nitrógeno, a través de efectos directos e indirectos en la comunidad microbiana (Tabla 6). Nuestros estudios sobre el papel de las SAR en el ciclo del nitrógeno durante la fase de cultivo de la agricultura itinerante en el Noreste de la India mostraron (Tabla 7) que el nitrógeno total del suelo disponible para las plantas a través de la actividad de las SAr fue mayor que el aporte total de nitrógeno al suelo a través de la adición de vegetación cortada, estiércol orgánico e inorgánico, residuos de cultivos reciclados y malas hierbas . Un papel importante del sistema de alerta temprana es el aumento dramático del pH del suelo observado a través de nuestros estudios en agroecosistemas cambiantes en el Noreste de la India, en un agroecosistema de terrazas sedentarias en el Himalaya central y en agroecosistemas intensivos en llanuras Indo-gangéticas. Esto aumenta la actividad microbiana y la fijación de N en el suelo, de modo que el nitrógeno en el molde de gusano puede deberse al menos en parte a esto en lugar de a la concentración de gusanos de ganancia. La mineralización de nitrógeno por microflora también es bastante intensa en el intestino de la lombriz de tierra y continúa durante varias horas en moldes frescos , respectivamente, mediante la incorporación de materia orgánica en el suelo o el pastoreo de la comunidad bacteriana. Se ha encontrado que los SAR mejoran o disminuyen la biomasa bacteriana y estimulan la actividad bacteriana . Sin embargo, la influencia del SAt en el ciclo de N también parece estar determinada en gran medida por el tipo de sistema de cultivo y el fertilizante aplicado (mineral versus orgánico). Varios estudios experimentales sugieren que los SAT tienen consecuencias potencialmente negativas en los estudios de retención de N de fertilizantes . Las especies de lombrices de tierra y las interacciones de especies presentes en el sistema también afectan la mineralización de nitrógeno y la producción de cultivos . Esto puede resultar en una mayor inmovilización o mineralización del nitrógeno, dependiendo de las características de la especie y la calidad del sustrato. Por lo tanto, la revisión destaca los importantes efectos que tienen los SAR en los procesos de ciclo C y N en los agroecosistemas y que su influencia depende en gran medida de las diferencias en las prácticas de gestión . Además, el SAR también puede aumentar la disponibilidad de nutrientes en sistemas con influencia humana reducida y bajo estado de nutrientes, es decir, sin labranza, uso reducido de fertilizantes minerales y bajo contenido de materia orgánica . El papel de los SAT en la mejora de la fertilidad del suelo es un conocimiento antiguo que ahora se explica mejor por los resultados científicos que surgen de diferentes estudios. Se trata de un campo de estudio importante en el que la investigación está directamente relacionada con el bienestar social . Cada paso involucrado requiere protocolos apropiados y resultados reproducibles. Se trata de un mecanismo de retroalimentación en el que la tecnología adoptada en los campos se mejora aún más en los laboratorios sobre la base de la retroalimentación recibida de los adoptantes de tecnología a fin de proporcionar información más convincente a los adoptantes de tecnología.

2. Necesidades de investigación futuras

La mayoría de los estudios realizados para evaluar el papel de la fundición de lombrices de tierra en el ciclo de nutrientes y la estructura del suelo están relacionados con especies de fundición en superficie, y solo unos pocos han tratado con moldes depositados en condiciones de campo . Para comprender mejor el impacto ecológico de los moldes en el suelo, sería de gran ayuda evaluar la dinámica de los nutrientes en madrigueras de lombrices de tierra y el efecto de los moldes en el suelo en el crecimiento de las plantas. Para las especies de lombrices de tierra de fundición subterránea, es probable que el impacto ecológico de sus moldes subterráneos sea tan importante como sus moldes de superficie en relación con la disponibilidad de nutrientes, especialmente para la gestión biológica de ecosistemas degradados y perturbados. Por lo tanto, es necesario realizar más investigación en esta área para completar nuestro conocimiento del papel de los SAT en la dinámica de nutrientes, a fin de desarrollar estrategias para mejores técnicas de manejo del suelo.

3. Conclusiones

Considerando la contribución potencial de los SAT al manejo de la fertilidad del suelo, es necesario considerarlos en las decisiones de manejo de agroecosistemas. El SAT puede afectar específicamente a la fertilidad del suelo, lo que puede ser de gran importancia para aumentar el uso sostenible de la tierra en ecosistemas degradados naturalmente, así como en agroecosistemas. El manejo adecuado de las lombrices de tierra puede mantener el rendimiento de los cultivos, mientras que los insumos de fertilizantes podrían reducirse. Dado que la agricultura puede implicar muchas actividades que perturban el suelo, la comprensión de la biología y la ecología del SAR ayudará a diseñar estrategias de manejo que pueden afectar la biota del suelo y el rendimiento de los cultivos.

Abreviaturas

Agradecimientos

Los autores agradecen a la Srta. Rajani por su asistencia en el laboratorio y al Sr. Navin por su apoyo logístico.