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Microbiología del suelo María Cecilia Arango Jaramillo El suelo: Un biotopo, prácticamente ignorado María Cecilia Arango Jaramillo EL SUELO Es el principal medio en el que crecen las plantas. Es el soporte físico que continuamente les proporciona: – Los nutrientes inorgánicos – El agua – El entorno gaseoso adecuado para los sistemas radicales. María Cecilia Arango Jaramillo Los nutrientes inorgánicos que utilizan las plantas provienen de la atmósfera y de la meteorización de las rocas de la corteza terrestre. María Cecilia Arango Jaramillo Meteorización de la corteza terrestre Los minerales son compuestos inorgánicos que normalmente están formados por dos o más elementos en proporciones de peso determinadas Ejemplo: – El cuarzo( SiO2 ) – La calcita (CaCO3). María Cecilia Arango Jaramillo Las rocas se dividen en tres grupos según su origen y formación: – Ígneas • Granito, basalto, cuarzo, feldespato – Sedimentarias • esquistos, areniscas, piedra caliza – Metamórficas • Areniscascuarcita, • Esquisto pizarra • Piedra caliza mármol María Cecilia Arango Jaramillo María Cecilia Arango Jaramillo Procesos de meteorización desintegración física y descomposición química de los minerales y las rocas superficiales producen los materiales inorgánicos que formarán los suelos María Cecilia Arango Jaramillo Los suelos tienen diferente origen y composición Por lo tanto la microfauna asociada a ellos también María Cecilia Arango Jaramillo La meteorización implica procesos: Mecánicos – congelamiento y descongelación – calentamiento y enfriamiento, Químicos – El agua se introduce entre las partículas, y los materiales solubles se disuelven en ella. Biológicos – CO2 de la respiración y otras sustanciasMaría descomponen Cecilia Arango Jaramillo las rocas Meteorización mecánica El agua y el viento transportan fragmentos de roca a grandes distancias desgaste que las fracciona enMaría partículas pequeñas Cecilia Arangomás Jaramillo Meteorización químia (corrosión) H2O + SO2 Disuelven Ácidos materiales H2O + NO2 (NO3) menos solubles María Cecilia Arango Jaramillo Meteorización orgánica-biológica Los ácidos producidos por plantas y las bacterias pueden afectar las rocas. María Cecilia Arango Jaramillo La formación del suelo puede ocurrir en: El mismo sitio donde la roca es meteorizada Pueden ser transportados a otros sitios por : – La gravedad – El viento – El agua – Los glaciares. María Cecilia Arango Jaramillo Materia orgánica del suelo Origen de la materia orgánica del suelo: – Bacterias, hongos, algas, líquenes, musgos y plantas que crecen sobre o entre los minerales y las rocas erosionadas – Plantas y animales muertos María Cecilia Arango Jaramillo Los microbios en el suelo Contribuyen a la Controlan la formación de materia disponibilidad de orgánica muchos nutrientes importantes para la convierten en ácido las plantas carbónico o ácidos orgánicos disuelven rocas. María Cecilia Arango Jaramillo La actividad microbiana es limitada por el agua (sequía,humedad ) y estado de los nutrientes La actividad microbiana es clave en la productividad de los suelos. María Cecilia Arango Jaramillo Los microbios pueden existir varios cientos de metros por debajo de la superficie de la Tierra Los mecanismos de sobrevivencia aún no se conocen María Cecilia Arango Jaramillo Sección vertical del suelo: – Variaciones en el color – Cantidad de materia orgánica viva o muerta (incluye microorganismos) – Porosidad – Estructura – Grado de meteorización. María Cecilia Arango Jaramillo Horizontes del suelo Horizonte A Horizonte B Horizonte C María Cecilia Arango Jaramillo Contiene la mayor Horizonte A: Capa superior del suelo La región más superficial y de mayor actividad física química y biológica. parte del material orgánico del suelo, vivo o muerto: – Grandes cantidades de partes de plantas y hojas muertas – Insectos y otros artrópodos pequeños – Lombrices de tierra – Organismos descomponedores – Nemátodos María Cecilia Arango Jaramillo O2, N2, CO2 Desechos orgánicos Lluvia O2, NH3, CH4, H2S Suelo: Horizonte A Rocas, silicatos •Inorgánicos granulados •Residuos orgánicos, humus •Agua (inundado, mojado) •Gases (disueltos y difusos) Capa de agua •Sistemas biológicos (raíces, insectos, microobios) María Cecilia Arango Jaramillo En un gramo de suelo del horizante A pueden haber: 2500 millones de bacterias + medio millón de hongos + 50 000 algas + 30 000 protozoos María Cecilia Arango Jaramillo Horizonte B: Región de acumulación María Cecilia Arango Jaramillo El horizonte B: Algunos materiales Contiene mucho menos material orgánico y está menos meteorizado que el horizonte superior. Hay pocos microorganismos del horizonte A, llegan al B por filtración del agua a través del suelo: – Óxido de hierro – Partículas arcillosas – Pequeñas cantidades de material orgánico María Cecilia Arango Jaramillo Horizonte C: Compuesto por rocas y minerales fragmentados y meteorizados de los cuales se ha formado el suelo verdadero de los horizontes superiores. Los microorganismos son escasos. María Cecilia Arango Jaramillo Composición del suelo Los suelos están Poro Película de Agua formados de Materia orgánica materia sólida y Arena O2 espacio poroso CO2, H2S, El espacio poroso CH4 es ocupado por Arcilla diferentes proporciones de aire y agua, Hifa dependiendo de Bacterias las condiciones de María Cecilia Arango Jaramillo humedad. Los fragmentos de roca y minerales en el suelo varían en tamaño: Partícula Diámetro en micrómetros Arena gruesa >200 - 2000 Arena fina >20 - 200 Limo 2 - 20 Arcilla <2 María Cecilia Arango Jaramillo Los suelos están divididos según su textura: Arenoso arcillosos: 35% o más de arcilla y 45% o más de arena Limo-arcillosos: 40% de arcilla y 40% o más de limo Margosos o francos: contienen igual proporción de arena, limo y arcilla. Ideales para la agricultura. María Cecilia Arango Jaramillo La textura del suelo influye en las comunidades de microorganismos porque de ella depende la aireación y la disponibilidad de agua María Cecilia Arango Jaramillo Intercambio de catiónico Los nutrientes Cl inorgánicos para Cl HCO3 microorganismos + NO 3 + K + Na Na y plantas están SO4-2 OH presentes en la Ca+ + Arcilla - Na+ solución del OH + + -2 suelo como Ca SO4 Na+ iones. K+ H+ HCO3- NO3- HCO3- María Cecilia Arango Jaramillo OH- Intercambio catiónico: Los cationes apresados por las partículas de arcilla Partículas de pueden: arcilla: – Ser reemplazados por componentes otros cationes esenciales de – Ser liberados a la los suelos solución del suelo para productivos. ser tomados por plantas y microorganismos. María Cecilia Arango Jaramillo Los aniones (NO3-, SO4-2, HCO3-, y OH-) son lixiviados del suelo más rápidamente que los cationes ya que no pueden fijarse a las partículas de arcilla. El fosfato, no puede ser arrastrado, ya que: – Forma precipitados insolubles – Es absorbido o adsorbidoen la superficie de compuestos que contienen hierro, aluminio y calcio. María Cecilia Arango Jaramillo La acidez o Los suelos varían basicidad del suelo está relacionada con la disponibilidad de nutrientes inorgánicos para el crecimiento de plantas y microbios. mucho en su pH, y muchos microorganismos tienen un estrecho margen de tolerancia. María Cecilia Arango Jaramillo La gente desconoce que cuando tiene un gramo de tierra en el hueco de la mano, tiene entre un millón y mil millones de seres vivos en esa mano. María Cecilia Arango Jaramillo Una muestra de suelo contiene: Insectos ápteros Arácnidos Sobretodo filamentos de hongos y de bacterias. María Cecilia Arango Jaramillo La cuenta de La riqueza de gérmenes por suspensióndilución muestra más de un millón de gérmenes por gramo de tierra arable especies y la complejidad de la delgada capa cultivable condicionan la vida sobre la tierra, del mismo modo que la fotosíntesis. María Cecilia Arango Jaramillo Ciclo de la materia orgánica CO2 Restos vegetales desaparecen bajo la acción de la microfauna y la Caída de ramas, microflora del hojas, frutos.. suelo Fotosíntesis Microfauna del suelo Microorganismos del suelo Mineralización Humificación María Cecilia Arango Jaramillo CO2 Fotosíntesis Amontonamiento de acículas de varios centímetros. Caída de ramas, hojas, frutos.. Acidez frena actividad microbiana Acumulación Mineralización Microfauna del suelo Descomponedores casi ausentes: hongos y bacterias Humificación María Cecilia Arango Jaramillo Papel de la microfauna del suelo: Disgregación de la materia orgánica Diseminación de la microflora María Cecilia Arango Jaramillo http://www.aecientificos.es/ElSuelo.html Reutilización por otros organimos microfauna Seleccionan los alimentos para los microbios Aumentar las superficies de ataque para los microbios. Multiplicación de la microflora de las heces Heces Diseminación pasiva Transporte accidental en la superficie del cuerpo María Cecilia Arango Jaramillo Invasión por los microbios del suelo Reincorporación de microorganismos al suelo Disgregación de la materia orgánica Diseminación activa ELECCIÓN con las heces de la TRÓFICA: microflora Régimen intestinal alimentario Los residuos Plantas y microflora: organismos complementarios, en la mineralización de la materia orgánica orgánicos no consumidos van a ser degradados por la microflora. Son los hongos, en primer lugar, los que van a atacar a la materia orgánica fresca, y en el siguiente orden María Cecilia Arango Jaramillo Mineralización de la materia orgánica Descomposición de hojas (Sucesión) Tiempo (las fases pueden ser simultáneas) Hongos: Hongos glucófilos celulolíticos: utilización de metabolismo las de la celulosa sustancias hidrosolubles Hongos lignolíticos : degradación de la lignina Bacterias: transforman residuos fúngicos y productos noMaría consumidos por las hifas. Cecilia Arango Jaramillo Plantas y microorganismos son complementarios: unos fabrica materias carbonadas, otros libera minerales María Cecilia Arango Jaramillo CAPA VEGETAL DEL SUELO Materia inorgánica Materia orgánica Microorganismos CO2 Hojas de las plantas H 2O Material mineral no utilizado por los microorganismos María Cecilia Arango Jaramillo Fotosíntesis Raíces de las plantas Protección de los microorganismos ante desequilibrios ambientales Cuando se añade materia orgánica a los suelos agrícolas, las bacterias consumen todo el carbono disponible. Consecuencia: rarefacción, e incluso desaparición, de los microorganismos. Para estos casos, la naturaleza ha creado sistemas de protección para que los microorganismos María Cecilia Arango Jaramillo sobrevivan Estructuras de protección de los hongos Clamidospora: célula latente, con pared gruesa y cuyo contenido es rico en reservas Esclerote: esfera cuyo envoltorio externo está constituido de hifas muertas de pared gruesa, y el centro de filamentos vivos ricos en reservas, en estado latente. María Cecilia Arango Jaramillo Estructuras de protección delas bacterias Las (Gram+) forman endosporas. Las Gram- están desprovistas de mecanismos de resistencia Susceptibles Forman agregados de sobrevivir biológicos cuando las condiciones son muchos años en condiciones desfavorables desfavorables. La actividad celular y las divisiones, se hacen más lentas. María Cecilia Arango Jaramillo Numerosos Se forman cuando procariotas para las condiciones protegerse exudan ambientales llegan a en su superficie ser desfavorables polisacáridos que se adhieren a láminas de arcilla. Desaparecen cuando las condiciones Son estructuras pedológicas vuelven que permiten la a ser adecuadas supervivencia de las bacterias María Cecilia Arango Jaramillo Estas formaciones tienen un diámetro que varía de 10 a 1000 mm y pueden contener varios miles de gérmenes. María Cecilia Arango Jaramillo Los polisacáridos tienen varias funciones: La superficie de bacterias y arcillas tienen cargas eléctricas negativas, mientras que los azúcares son neutros, tienen por tanto un papel aislante. Los azúcares tienen tendencia a retener agua, evitan evaporación en períodos secos. Constituyen reservas. En ausencia de alimentos, las bacterias toman el carbono necesario para el mantenimiento de las funciones vitales esenciales. María Cecilia Arango Jaramillo Para los microorganismos del suelo vivir en el espacio interagregado (poros) y el agregado mismo (granos) tiene implicaciones importantes María Cecilia Arango Jaramillo Este es el En el espacio interagregado las condiciones son drásticas: La humedad y la aireación varían muy rápidamente. microhabitat colonizado por las bacterias Gram+, que poseen la facultad de producir endosporas. Las esporas de los hongos y las de los actinomicetos, son muy resistentes a la desecación. María Cecilia Arango Jaramillo Por el Aparecerán rápidamente condiciones de contrario, el anaerobiosis. agregado En este medio tan mismo es estable viven o recorrido sólo sobreviven las bacterias por finos Gram-. capilares de alrededor 2 Aunque sensibles a las mm de modificaciones diámetro, que ambientales, permanecen sólo permiten vivas en suelos secos una circulación durante más de un año lenta de aire y gracias a la protección de María Cecilia Arango Jaramillo de agua. los agregados La composición química y física de los agregados es variable. El suelo es un medio muy heterogéneo Está constituido de un mosaico de microhabitats cuya composición biológica varía cualitativa y cuantitativamente en función del tiempo, y de la fuente trófica disponible. María Cecilia Arango Jaramillo Unos agregados Los microorganismos pueden formarse que colonizan estos alrededor de citina, microhabitats desarrrollándose en difieren igualmente su seno los llamados tanto por su citinolíticos. morfología, como por Otros encerrarán sus requerimientos residuos de lignina ecologicos. permitiendo el crecimiento de los ligninolíticos. María Cecilia Arango Jaramillo Influencia del ambiente del suelo en las poblaciones de microorganismos María Cecilia Arango Jaramillo Nunca se dan condiciones Aunque los ambientales idénticas: microorganismos Las que favorecen la son ubicuos, en reproducción de un pocas situaciones microorganismo, o existen poblaciones permiten la iguales. sobrevivencia de otro, pueden ser desfavorables para la existencia continuada de un tercero. María Cecilia Arango Jaramillo El suelo de un pinar Los suelos cultivados y de jardín tienen abundancia de oxígeno y agua y son ricos en nutrientes aportados por las fertilizaciones suele ser muy ácido y su contenido en principios nutritivos es bajo Los terrenos pantanosos están inundados, tienen poco oxígeno y contienen abundante materia orgánica en descomposición. María Cecilia Arango Jaramillo Estas diferencias se reflejan en la microflora Para comprender la influencia de los factores que afectan la microflora del suelo es necesario: – Conocer las condiciones normales de crecimiento de los microorganismos – Los efectos que las condiciones extremas ejercen sobre los distintos grupos. María Cecilia Arango Jaramillo Factores que afectan en mayor grado a las poblaciones de microorganismos pH DEL SUELO AcidezAlcalinidad TEMPERATURA POBLACIONES DE MICROORGANISMOS DISPONIBILIDAD DE TÉCNICAS DE OXÍGENO, AGUA Y MANEJO DEL SUSTANCIAS SUELO NUTRITIVAS María Cecilia Arango Jaramillo Consideremos estos factores separadamente, pero deberemos tener en cuenta que de ordinario son interdependientes. María Cecilia Arango Jaramillo Temperatura (Psicrófilos, Mesófilos y Termófilos). TEMPERATURA DE CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS Tipo de micro- Temperatura Temperatura óptima s límite Ejemplo de microorganismo organismo Psicrófilas Alrededor 20o C 5a30o C Mesófilas 25 a 37o C 5 a 45o C Termófilas Superior a 45o C 40 a 80o C Achromobacter Staphylococcus , Mayoría de los hongos. Desulfovibrio, Thermoactinomyce s, Algunas algas María Cecilia Arango Jaramillo verdes azules Fermentación del estiércol: La temperatura puede elevarse hasta 65 o C, destruyendo todos los microorganismos, excepto a los termófilos, como el Bacillus calfactor , Thermoactinomyces spp y los hongos termófilos. María Cecilia Arango Jaramillo En suelos del piso térmico tropical y premontano son más frecuentes: Fusarium, Aspergillus y Rhizopus Penicillium crece mejor en suelos más fríos. María Cecilia Arango Jaramillo REQUERIMIENTOS NUTRITIVOS Utilización de energía lumínica Oxidación quimioautotrófica de materias inorgánicas Respiración heterótrofa de materia orgánica Fermentación de materia orgánica María Cecilia Arango Jaramillo Existe competencia entre los microorganismos por utilización de los nutrientes orgánicos e inorgánicos. María Cecilia Arango Jaramillo En el suelo la materia orgánica fácilmente utilizable por los microorganismos es ordinariamente reducida, lo que limita su velocidad de multiplicación. María Cecilia Arango Jaramillo Al añadir al suelo materiales frescos, estiércol o desechos vegetales el número de microorganismos aumenta rápidamente los nutrientes se agotan población de microorganismos vuelva nivel anterior. María Cecilia Arango Jaramillo Como un microorganismo determinado no puede utilizar igualmente todos los substratos su incidencia y proporción varían de acuerdo con las situaciones María Cecilia Arango Jaramillo Opionibacterium actúa como barrendero de medios nutritivos parcialmente degradados por microorganismos. En el rumen utiliza ácido láctico y glucosa producidos por las bacterias celulíticas y las del ácido láctico. María Cecilia Arango Jaramillo Lactobacillus compite eficazmente cuando existen Crece bien en la carbohidratos leche y en el rumen simples pero es pero no en el suelo. incapaz de metabolizar sustancias como lignina. María Cecilia Arango Jaramillo Otros microorganismos degradan lignina y Pero no en leche, celulosa donde compiten con microorganismos sobrevivien en el suelo como Bacillus y y en el manto en Lactobacillus descomposición de los bosques María Cecilia Arango Jaramillo En una población mixta solo unos pocos microorganismos son capaces de metabolizar una sustancia determinada, como insecticidas y herbicidas, estos microbios se ven libres de competencia. María Cecilia Arango Jaramillo Los autótrofos no compiten por nutrientes orgánicos con otros microorganismos. Sólo compiten por luz. Desarrollo de Nitrosomonas y Nitrosobacter es limitado por compuestos nitrogenados apropiados. María Cecilia Arango Jaramillo OXÍGENO Los requerimientos de oxígeno de los microorganismos varían: Aerobios Anaerobios Microanaerobios Anaerobios facultativos María Cecilia Arango Jaramillo El oxígeno determina el desarrollo de poblaciones de microorganismos en detrimento de otras. María Cecilia Arango Jaramillo En el ensilado, los forrajes son comprimidos y recubiertos para: – Establecer condiciones de anaerobiosis con el fin de promover el crecimiento de microorganismos anaerobios útiles o microaerófilos como Lactobacillus – Mientras se impide el desarrollo de los que tienden a descomponer el forraje (pudrición). María Cecilia Arango Jaramillo En suelos poco aireados hay competencia por el uso del oxígeno El oxígeno es disponible y ello puede esencial para llevar a un descenso en la muchos microorganismos proporción de microorganismos aerobios fijadores de En consecuencia nitrógeno. disminuye la fijación de nitrógeno y también de la velocidad de degradación de la materia orgánica. María Cecilia Arango Jaramillo El nivel de aporte de oxígeno también determina la forma de metabolización de los nutrientes. Los anaerobios facultativos metabolizan los polisacáridos aerobicamente en presencia de oxígeno, descomponiendolos hasta dióxido de carbono y agua con alta liberación de energía. Cuando no hay oxígeno lo hacen anaerobicamente, mediante el proceso de fermentación, en el cual la degradación sólo es parcial y con poca liberación de energía. María Cecilia Arango Jaramillo pH El pH óptimo para la mayoría de las bacterias, algas y protozoos está alrededor de 7. Con pocas excepciones estos microorganismos no crecen por debajo de un pH de 4 o por encima de un pH 9. María Cecilia Arango Jaramillo Los Thiobacillus, actinomicetos y las algas son sensibles a los ácidos y su pH óptimo está entre 7.5 y 8. Acetobacter y la bacteria fijadora de nitrógeno Beijerinckia, son capaces de crecer y multiplicarse a pH entre 2.5 y 3.5. María Cecilia Arango Jaramillo El pH óptimo para las levaduras y los hongos varía entre 3.1 y 6.0, mientras sus pH extremos de crecimiento son 1.6 y 9.5. Ños hongos son resistentes a los ácidos Algunas especies de hongos crecen a pH entre 1.6 y 2.0 María Cecilia Arango Jaramillo En suelos con pH mayores a 7 predominan las bacterias, en especial los actinomicetos, y en menor proporción los hongos. micorrizas. María Cecilia Arango Jaramillo El efecto del pH afecta el desarrollo de los microorganismos: Cuando el pH baja: Declina el número de bacterias Mientras sube el de levaduras, hongos y bacterias resistentes a la acidez. A pH extremadamente bajos la proporción de bacterias puede disminuir hasta el 60%. María Cecilia Arango Jaramillo La acidez del suelo influencia las bacterias de los nódulos de la raíz de las leguminosas En suelos ácidos suele envolverse la semilla en una capa de cal, que neutraliza la acidez circundante, promueve la multiplicación de Rhizobium y permite buena nodulación de la leguminosa huésped. María Cecilia Arango Jaramillo AGUA Todos los microorganismos necesitan agua, aunque sus requerimientos varían. María Cecilia Arango Jaramillo Las endosporas Las formas vegetativas de las bacterias son menos resistentes a la desecación que los hongos o los actinomicetos. termoestables producidas por las bacterias, como Bacillus y Clostridium, son resistentes a la desecación. María Cecilia Arango Jaramillo Las bacterias esporuladas, los actinomicetos y los hongos son los contaminantes más frecuentes del aire porque son resistentes a la desecación. María Cecilia Arango Jaramillo En los materiales de potencial osmótico alto el agua es poco asequible a los microorganismos. Los suelos salinizados suelen tener presiones osmóticas altas que inhiben el crecimiento de la mayoría de los microorganismos y raíces, exceptuando los halófilos. María Cecilia Arango Jaramillo El exceso de agua en el suelo suele causar encharcamiento y pérdida de oxígeno en los capilares del suelo lo cual hace que disminuyan los microorganismos aerobios y aumenten los anaerobios. María Cecilia Arango Jaramillo Técnicas de manejo del suelo Las poblaciones de microorganismos del suelo, se pueden: Disminuir o erradicar por perturbaciones importantes del suelo Favorecer con prácticas adecuadas. María Cecilia Arango Jaramillo FACTORES LIMITANTES DE LA MICROBIOTA DEL SUELO Erosión y baja disponibilidad de nutrientes Fertilización mineral y correctivos Presencia de antagonistas, parásitos y depredadores Temperatura y pH extremos Extremos en los contenidos de aire y humedad María Cecilia Arango Jaramillo Textura del suelo y concentraciones tóxicas de metales pesados Uso de plaguicidas, especialmente los de amplio espectro. Desinfección, fumigación y esterilización del suelo Inundaciones y malos drenajes María Cecilia Arango Jaramillo Aradas profundas, volteo del suelo y solarización. Sistemas de producción y explotación del suelo (monocultivo, cultivos intesivos sin manejo adecuado, minería a cielo abierto). María Cecilia Arango Jaramillo PRÁCTICAS QUE FAVORECEN LA DENSIDAD Y LA ACTIVIDAD DE LOS MICROORGANISMOS Mantenimiento de la biodiversidad dentro de los cultivos y en las fincas. Coberturas vegetales, abonos verdes y alcolchados Inoculación de suelos y semillas con microorganismos y eliminación de competidores. María Cecilia Arango Jaramillo Incorporación de compost, fracciones líquidas y sólidas de biodigestores, humos, excretas, restos de cosechas y otros residuos vegetales Agentes naturales de control: control biológico, plaguicidas botánicos, control cultural. María Cecilia Arango Jaramillo
