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LOS ORGANISMOS DEL
SUELO
José L. Pantoja
Universidad de Las Fuerzas Armadas – ESPE
Depto. Ciencias de la Vida y la Agricultura – IASA
Oficina: 011 (593) 2398-9400 Ext. 4801
Celular: 011 (593) 9-9733-5887
E-mail: [email protected]
Links de interés
Calidad biológica del suelo:
Parte 1:
http://www.youtube.com/watch?v=r77cJe1m36Q
Parte 2:
http://www.youtube.com/watch?v=w7g2_278F7I
Microorganismos importantes para el
suelo:
http://www.youtube.com/watch?v=nSEr
6zkdPXw
Microorganismos y materia orgánica:
http://www.youtube.com/watch?v=WFH
wpHUnaIQ
Ciclo de la material orgánica
Plaster, E.
2013. Soil
science and
management.
6th Ed.
Cengage
Learning. 544
p.
Organismos del suelo
Contribuyen a la formación
de la material orgánica.
Convierten la materia
orgánica en CO2 o en
compuestos orgánicos (i.e.,
ácidos).
Los ácidos disuelven rocas.
Inmobilización y
mineralización.
Cambian la disponibilidad de
nutrientes importantes para
las plantas.
Organismos del suelo
Su actividad es clave en
la productividad de los
suelos, pero pueden
haber limitaciones de:
Humedad.
Temperatura.
pH.
Disponibilidad de nutrientes.
Disponibilidad de O2.
Textura y estructura.
Cantidad y tipo de sustrato.
Manejo del suelo.
Luz.
Perfil del suelo
Variaciones en humedad
y temperatura.
Variaciones en color
(cantidad de material
orgánica).
Variaciones en textura y
estructura.
Variaciones en el grado
de meteorización.
Variaciones en el
potencial osmótico (por
presencia de sales).
Plaster, E. 2013. Soil science and
management. 6th Ed. Cengage
Learning. 544 p. < 2% de los micro-organismos del suelo han
sido identificados
Organismos del suelo
Organismos del suelo
Un gramo de suelo
del horizonte A
puede llegar a tener
(Anrango, 2009):
2500 millones de
bacterias.
500 mil hongos.
50 mil algas.
30 mil protozoos.
Organismos del suelo
Al añadir al suelo materiales frescos (estiércol y residuos vegetales): Aumenta el número de
organismos.
Se reduce la disponibilidad de nutrientes (Inmobilización).
Se liberan nutrientes (mineralización).
La población de organismos se reduce (se estabiliza) a su nivel normal a medida que progresa la
descomposición.
Organismos del suelo y el agroecosistema
Organismos del suelo: Clasificación
Por su tamaño:
Macro-organismos (topos, lombrices de tierra,
gusanos, hormigas, artrópodos).
Micro-organismos (bacterias, hongos, algas,
actinomicetos).
Por su función:
Organismos benéficos.
Organismos parasíticos o destructivos (de plantas o
cosechas).
Macro-organismos
Activos en descomponer los residuos de plantas y
animales superiores. Esto los hace indispensables en la
primera etapa de descomposición de la materia
orgánica.
¿Que macroorganismos prevalecerán?
Dependerá de condiciones especificas de textura del
suelo, cantidad y tipo de sustrato (material orgánica
en descomposición), disponibilidad de O2, pH,
humedad, temperatura.
Las condiciones que favorecen a unos, son
perjudiciales para otros.
Artrópodos
Ácaros
Escamas
Micro-organismos
Microscópicos.
Diferentes
funciones en
el suelo.
Micro-organismos
Hongos
Las células se unen
en hifas, las cuales
unen partículas de
suelo formando
estructura.
Descomponen la
lignina y la celulosa.
Hifa de hongo agregado al suelo
Micro-organismos
Actinomicetos
Heterótrofos, activos
en descomponer la
materia orgánica.
Emiten filamentos
por lo que
estabilizan la
estructura del suelo.
Micro-organismos
Bacterias
En forma de barras
u óvalos, tienen 2
micras de
diámetro. Casi
todas son
heterótrofos, por lo
que toman parte
activa en la
descomposición de
la materia
orgánica.
Bacteria
pseudomona
Micro-organismos
Algas
Buenos colonizadores de suelos
infértiles y anegados, y preparan
el medio para la colonización de
plantas superiores. Hacen
fotosíntesis e incorporan C y
polisacáridos. En suelos áridos
se asocian con un hongo que las
protege (liquen), son activos en
la descomposición de rocas. Las
algas azules-verdes
(cianobacterias) fijan N.
Requerimientos fisiológicos
Heterótrofos: Usan
compuestos
orgánicos como su
fuente de C.
Autótrofos: Usan
CO2 o carbonatos
como fuente de C.
Requerimientos fisiológicos
Fotoautótrofos:
Derivan la energía de
la fotosíntesis.
Quimioautótrofos:
Obtienen energía de
la oxidación de
compuestos.
Requerimientos fisiológicos
Zimógenos: Se
proliferan rápidamente
en la presencia de
sustratos orgánicos.
Autóctonos:
Consumen
compuestos
resistentes a la
descomposición a una
tasa constante.
Requerimientos fisiológicos
Aeróbicos: Requieren
O2 para oxidar la
materia orgánica y
derivar energía.
Anaeróbicos: Proliferan
en la ausencia de O2,
usando NO3-, Fe2O3, y
Mn2O3 como aceptores
de e- para oxidar la
materia orgánica y
derivar energía.
Requerimientos fisiológicos
Ciclo del nitrógeno
ORGANIC
MATTER
MESQUITE
RHIZOBIUM
ALFALFA
SOYBEAN
BLUE-GREEN ALGAE
AZOTOBACTER
CLOSTRIDIUM
PLANT AND ANIMAL
RESIDUES
R-NH2 + ENERGY + CO2
R-NH2 + H2O
R-OH + ENERGY + 2NH3
MATERIALS WITH N
CONTENT < 1.5%
(WHEAT STRAW)
MATERIALS WITH N
CONTENT > 1.5%
(COW MANURE)
MICROBIAL
DECOMPOSITION
HETEROTROPHIC
AMINIZATION
BACTERIA (pH>6.0)
FUNGI (pH<6.0)
AMMONIFICATION
GLOBAL WARMING
pH>7.0
2NH4+ + 2OH-
FIXED ON
EXCHANGE
SITES+O2
Nitr
osom
onas
2NO2- + H2O + 4H+
IMMOBILIZATION
NH3 AMMONIA -3
NH4+ AMMONIUM -3
N2 DIATOMIC N 0
N2O NITROUS OXIDE 1
NO NITRIC OXIDE 2
NO2- NITRITE 3
NO3- NITRATE 5
OXIDATION STATES
ATMOSPHERE
N2O
NO
N2
N2O2-
NH3
SYMBIOTIC NON-SYMBIOTIC
+ O2Nitrobacter
FERTILIZATION
LIGHTNING,
RAINFALL
N2 FIXATION
PLANT
LOSSAMINO
ACIDS
NO3-
POOL
LEACHING
AMMONIA
VOLATILIZATION
NITRIFICATION
NH2OH
Pseudomonas, Bacillus,
Thiobacillus Denitrificans,
and T. thioparus MINERALIZATION
+ NITRIFICATION
IMMOBILIZATION
NO2-
MICROBIAL/PLANT
SINK
TEMP 50°F
pH 7.0
LEACHING LEACHING
DENITRIFICATION
LEACHING
LEACHING
VOLATILIZATION
NITRIFICATION ADDITIONS
LOSSES
OXIDATION REACTIONS
REDUCTION REACTIONS
HABER BOSCH
3H2 + N2 2NH3
(1200°C, 500 atm)
INDUSTRIAL
FIXATION
DENITRIFICATION
Ciclo del fósforo
Ciclo del azufre
Requerimientos fisiológicos
Facultativos: Se pueden
adaptar en la ausencia o
presencia de O2.
Termófilos: Sobreviven
a altas temperaturas (i.e.,
en la fermentación de
estiércoles).
Protozoarios
Controlan las
poblaciones de hongos
y bacterias.
Algunos son parasíticos
para las plantas.
Protozoo flagelado
Protozoo ciliado
Nematodo
Competencia entre microorganismos
Organismos benéficos: Asociación
Organismos benéficos: Asociación
Porcentaje del volumen total de suelo ocupado por
raices en los primeros 20 cm de suelo.
Cultivo Volumen de raíz (%)
Pasto azul 2.8
Pasto de invierno 0.9
Avena 0.6
Soya / fréjol 0.4 - 0.9
Maíz 0.4
Adaptado de Barber (1984), Soil Nutrient Bioavailability.
Otros organismos benéficos
Organismos parasíticos
Microorganismos y labranza
Microorganismos y labranza
Microorganismos y labranza
Microorganismos y cultivos de cobertura
FIJACIÓN BIOLÓGICA DE
NITRÓGENO E IMPORTANCIA
DE LAS MICORRIZAS
Fijación Biológica de Nitrógeno
Algunos microorganismos del suelo fijan N de la
atmósfera, el cual puede ser utilizado por las plantas.
El N2 es reducido a la forma amoniacal (NH3) por la
enzima nitrogenasa.
La nitrogenasa requiere energía para funcionar y
contiene Fe y Mo, estos son obtenidos de la planta
hospedera, materia orgánica del suelo, o directamente
de la fotosíntesis (algas y líquenes).
La nitrogenasa es muy sensible al O2 por lo que la
planta hospedera lo excluye por varios mecanismos.
La cianobacteria llega a aportar al suelo 50 kg/ha/año,
lo que la hace muy importante en los ecosistemas y en
la agricultura.
Fijación Biológica de Nitrógeno
Requerimiento
Fisiológico
Géneros que contienen
fijadores de N
No simbióticos (libres)
Aeróbicos heterótrofos Azotobacter, Azotococcus,
Beijerinckia
Anaeróbicos heterótrofos Clostridium, Bacillus, Klebsiella,
Enterobacter.
Autótrofos Nostoc, Anabaena y Calothrix
Simbióticos Rhizobium, Bradyrhizobium,
Frankia, Nostoc, Anabaena
Aportes de N por los Organismos
Fijadores
Organismo Aporte kg/N/ha/año
Cyanobacteria 50
Azotobacter (heterotrofos libres) 1
Leguminosas herbaceas 50-100
Leguminosas de grano 100-200
Nódulo de Rizobium infectando una raíz de Trébol Nódulo de Rizobium infectando una raíz de Trébol
Nódulos de
Rizobium en
Soya y Trébol
Aminización, amonificación, y
Nitrificación
N orgánico descompuesto por los micro-organismos
del suelo para generar NH4+ (amonio).
El amonio es transformado por la bacteria Nitrosomona
a NO2-.
El NO2- es transformado por la bacteria Nitrobacter a
NO3-.
NH4+ y NO3
- pueden ser absorbidos por la planta.
En suelos bien drenados predomina el NO3- sobre el
NH4+.
Aminización, amonificación, y
Nitrificación
Denitrification
La reducción de NO3- o NO2
- a N2 y óxidos de nitrógeno
por la actividad microbiana.
El proceso resulta en pérdida de N a la atmósfera.
Especies de bacterias del géneros Pseudomonas y
Alcaligenes son conocidos como denitrificadoras.
Estos organismos son facultativos anaeróbicos.
N2 N2
R-NH2 R-NH2
NH4+ NH4+
NO3- NO3- Plants Plants
N fixation N fixation
Ammonification Ammonification
Nitrification Nitrification
Denitrification Denitrification
immobilization immobilization
Micorrizas
Hongos de especies específicas asociados por
simbiosis a la raíz de la planta.
Endo y ecto-micorrizas, dependiendo si infectan o no
el interior de la célula de la hospedera.
Las hifas del hongo incrementan el volumen de suelo
explorado, dándole a la raíz más extensión para
acceder a agua y nutrientes.
El hongo aporta agua y P a la planta.
La planta proporciona material nutritivo al hongo.
Requerimiento de N para Descomponer
la Materia Orgánica
El rango promedio de C:N en la biomasa de los micro-
organismos es 8:1.
Los micro-organismos son 30 - 35% eficientes en la
incorporación de C a su biomasa. El resto del C es
eliminado a la atmósfera como CO2.
Mayor contenido de C en el rastrojo de cultivos (lignina,
celulosa, hemicelusosa, etc.) resulta en mayores
requerimientos de N para su descomposición.
En residuos donde la relación C:N es > 30 hay fijación
de N, cuando la relación es de 20 - 30 hay balance en la
fijación y liberación de N, si la relación es < 20 hay
liberación de N.
Requerimiento de N para Descomponer
la Materia Orgánica
Ejemplo 1 (cereales):
10000 kg/ha de materia seca de rastrojo de maíz.
El rastrojo tiene 45% de C y 1% de N.
La eficiencia de los micro-organismos en conversión de
C es del 30%.
La relación C:N en la biomasa de los microorganismos
es 8:1.
Cuanto N adicional hay que aplicar al suelo para
descomponer el rastrojo de maíz.
Respuesta ≈ 70 kg N/ha.
Requerimiento de N para Descomponer
la Materia Orgánica
Ejemplo 2 (leguminosas):
3000 kg/ha de materia seca de rastrojo de soya o frejol.
El rastrojo tiene 40% de C y 3% de N.
La eficiencia de los micro-organismos en conversión de
C es del 30%.
La relación C:N en la biomasa de los microorganismos
es 8:1.
Cuanto N adicional hay que aplicar al suelo para
descomponer el rastrojo de maíz.
Respuesta = No hay que añadir N, pues hay un
excedente de 45 kg N/ha en el rastrojo.
Inmovilización y Mineralización
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10 12 14
Semanas
C:N
Inmovilización
Equilibrio
Mineralización
Efecto de la Inmobilización de N en la
Producción
Co
rn Y
ield
(to
n/h
a)
Corn / Corn
Corn / Hay
Corn / Alfalfa
Ejercicio grupal por 1 punto
Un agricultor sembró maíz y frejol juntos con una dosis de
fertilización de 150 kg N/ha. El siguiente año desea sembrar lo
mismo, pero no sabe si debe aplicar o no la misma cantidad de N
debido al rastrojo que tienen en su finca. Los datos con los que
cuenta son:
El rastrojo de maíz aporta 8000 kg/ha de materia seca, y el de
frejol 2000 kg/ha.
Las concentraciones de C y de N son: 45 y 1%, y 40 y 3%, para
maíz y frejol, respectivamente.
La eficiencia de los micro-organismos en conversión de C es
del 35%.
La relación C:N en la biomasa de los microorganismos es 8:1.
¿Cuánto N “en total” (incluidos los 150 kg N/ha para el cultivo)
debe aplicar el agricultor?
