Biodynamics and Science: soils biology

Biodinámica y Ciencia:
la biología de los suelos en el viñedo

Este es el tercero de una serie de artículos que investigan las bases científicas de la viticultura biodinámica y los efectos nocivos de la agricultura química.

 

Dependiendo de su manejo, los viñedos son sistemas basados ​​en plantas perennes (vid), intercaladas con diferentes estrategias de cobertura del suelo que pueden ir desde suelos desnudos hasta verdeos anuales de legumbres y pastizales perennes de especies mixtas. La biología de los viñedos juega un papel clave en la calidad final del vino. Veamos en profundidad cómo funciona.

Según su investigación de Ingham y Rollins (2006) los suelos normalmente contienen “enormes cantidades de nutrientes, pero no están disponibles para las plantas en su forma corriente”. Según Brady et Weil (2014), entre el 95% y el 99% del nitrógeno del suelo se conserva en forma orgánica. Es una acción microbiana que transfiere carbono orgánico y nutrientes dentro los diferentes sustratos del suelo. Una compleja cadena alimentaria constituida por protozoos, nematodos, micro-artrópodos y lombrices de tierra luego procesa las bacterias y los hongos y libera el exceso de nutrientes en sus heces en formas solubles que lo hacen disponible para las plantas. Cada vez hay más pruebas de que el ciclo de nutrientes, la hidrología del suelo y el almacenamiento de carbono están mediados conjuntamente por las plantas y los organismos del suelo para regular la productividad del ecosistema (Drinkwater y Snapp en Cardon y Whitbeck 2011).

Los hongos están mejor equipados que las bacterias para llevar a cabo la descomposición de material vegetal insoluble en la superficie del suelo, ya que producen una amplia gama de enzimas, pueden penetrar nuevos sustratos y transportar nutrientes, por lo tanto pueden proliferar incluso cuando los nutrientes son limitados, lo que los hace más preparados para colonizar suelos poco porosos. Los hongos también pueden permanecer activos a muy bajo potencial de agua y son más adecuados para existir en espacios inter-porosos (Bardgett 2005). Están hechos de compuestos más recalcitrantes (por ejemplo, quitina), estabilizando aún más la materia orgánica del suelo. Sus efectos de agregación del suelo tienden a unir la materia orgánica, protegiéndola de la descomposición.

Como consecuencia de estas características, los agro-ecosistemas dominados por hongos parecen requerir menos insumos para mantener la descomposición de materia orgánica y el ciclo de nutrientes, y parecen estar asociados a ecosistemas más estables y eficientes, más ricos en carbono orgánico (Six et al., 2006). Sin embargo, por su propia naturaleza, estos sistemas son menos tolerantes a las perturbaciones externas.

Las bacterias están presentes como células individuales y, por lo tanto, pueden tolerar mejor las alteraciones. Como tienen una rotación más rápida (semanas vs. 4 a 5 meses en suelos naturales, como se citó en Strickland y Rousk 2010), pueden colonizar de manera eficiente y aprovechar la materia orgánica recién disponible y componentes orgánicos más lábiles, como en el medioambiente proporcionado por las raíces en la rizosfera.

Hongos, bacterias y calidad del vino
Un resultado de las características de la biología del suelo y su interacción es que, de acuerdo con Ingham (2005), los ecosistemas evolucionan a lo largo de etapas de sucesión desde comunidades microbianas dominadas por bacterias hasta comunidades dominadas por hongos. Basándose en sus observaciones de muchos ecosistemas naturales, los colonizadores tempranos de plantas de los suelos son típicamente plantas anuales o bianuales que tienen altos niveles de requerimientos de nitrógeno inorgánico. Estas plantas favorecen los sistemas dominados por bacterias para un rápido ciclo de nutrientes y fijación de nitrógeno, ya que estos organismos tienen tiempos de generación más cortos, menor tamaño corporal, dispersión rápida y alimentación generalizada (Neher 1999).

Las especies de plantas de las etapas posteriores (plantas perennes) requieren más hongos en la balanza, ya que necesitan explorar áreas de suelo más grandes para nutrición permanente y para resistir los desafíos ambientales y las presiones de enfermedad, para lo cual los hongos podrían ser un mejor aliado (como es evidente en el caso de micorrizas). Además, a medida que disminuye la perturbación y quedan más residuos a base de celulosa y lignina en la superficie del suelo, se requieren vías de descomposición más complejas, iniciadas por hongos, y donde las bacterias solo pueden intervenir posteriormente (Neher 1999). Al mismo tiempo, las características físicas y químicas del suelo (agregación, pH) y la dinámica nutricional se modifican como consecuencia del nuevo funcionamiento del ecosistema.

Como explicado por De Vries et al. (2006) en el caso de los pastizales fertilizados con estiércol en comparación con los fertilizantes inorgánicos, las enmiendas orgánicas dieron como resultado una mayor proporción de hongos/bacterias, menor pH y menos lixiviación de nutrientes, compatible con un sistema más eficiente.
Para expresar la identidad del “terroir” como se describe en el artículo anterior de esta serie, es razonable concluir que los sistemas más sostenibles que pueden maximizar la calidad del vino deberían basarse en esquemas orgánicos perennes que correspondan a relaciones hongos/bacterias más altas.

La relación entre la biología del suelo, su estructura y las plantas
Lavelle (2013) afirma que los suelos pueden considerarse sistemas auto-organizados, ya que las estructuras y los procesos se refuerzan mutuamente para la construcción de un hábitat optimizado para albergar a todos los organismos que ahí viven manteniendo el orden y las distintas funcionalidades.

Como consecuencia de esta perspectiva, la estructura del suelo no se puede considerar por separado de la biología del suelo, ya que son interdependientes. Como Bronick y Lal (2005)estudian, hay muchos mecanismos biológicos y químicos de agregación que crean la estructura y la estabilidad del suelo. Las bacterias operan principalmente a escala de microagregados (por debajo de 250 micras) al unir partículas de arcilla con sus polisacáridos exudados. Pero los macroagregados (más de 250 micras) son en su mayoría el resultado de raíces e hifas fúngicas (en su mayoría hongos micorrízicos). Como son los macroagregados de menor tamaño (1-0.105 mm) los que parecen mejorar las propiedades hidrológicas del suelo, como la capacidad de retención de agua, la infiltración y la aireación (Boix-Fayos et al., 2001), facilitando así el establecimiento y crecimiento de la planta, es posible inferir que el camino de sucesión desde los sistemas dominados por bacterias a los dominados por hongos, también implica el desarrollo de mejores condiciones estructurales del suelo que pueden soportar un ecosistema más complejo. Como se indica en Seiter et al. (2004) la mejora en la calidad del suelo también facilita la disponibilidad y absorción de nutrientes, lo que contribuye a la eficiencia del sistema.

Por el contrario, una estructura del suelo pobre o perturbada puede afectar tanto la función biológica del suelo como el crecimiento de la planta. Whalley et al. (1995) revisan el efecto de la compactación del suelo en su biología. Llegan a la conclusión de que la compactación reduce la actividad biológica en el caso de las raíces y las lombrices de tierra y tiende a crear condiciones anaeróbicas para los microbios, lo que limita la actividad de hongos y bacterias beneficiosas y promueve el desarrollo de patógenos. Esto explica cómo en los suelos de baja calidad la compactación conduce a un círculo vicioso de deterioro de la biología del suelo que deriva en una mayor pérdida de estructura y un rendimiento de la planta restringido.

Passioura (2002) revisa los efectos de la compactación en el crecimiento de las plantas. A medida que aumenta la densidad aparente, las plantas activan mecanismos protectores que disminuyen el crecimiento de la raíz y la velocidad de producción y tamaño de la hoja como un mecanismo de avance anticipando condiciones de disminución de la humedad o restricción mecánica del crecimiento radicular.

El potencial de Mendoza
Curiosamente, un caso especial podría ocurrir en climas áridos como Mendoza, donde en ausencia de materia orgánica, los carbonatos podrían jugar un papel importante en la agregación del suelo. En condiciones de disminución de la humedad, el CO2 disuelto precipita carbonatos y bicarbonatos originados de material de roca con cationes de calcio (o magnesio) para formar recubrimientos de carbonato de calcio en las partículas del suelo, que luego conduce a la agregación (Bronick y Lal, 2005). Este podría ser un proceso relevante en algunos de los suelos de Mendoza. Es importante señalar que la Vitis vinifera es calcifila (vive bien en ambientes llenos de calcio), a diferencia de otros miembros de los géneros Vitis que se utilizan normalmente como portainjertos, como Vitis riparia o Vitis labrusca, que se originó en América del Norte (Bourgignon, 1991). Esta preferencia podría reflejar sus adaptaciones a los suelos mediterráneos que, si bien son pobres en materia orgánica, podrían ofrecer condiciones estructurales suficientes debido a la abundancia de carbonatos de calcio.

 

 

Referecias:
  • Bardgett, R. D., 2005. The biology of soil. A community and ecosystem approach.
  • Boix-Fayos, C., Calvo-Cases, A. & Imeson, A.C., 2001. Influence of soil properties on the aggregation of some Mediterranean soils and the use of aggregate size and stability as land degradation indicators. Catena, 44(1), pp.47–67.
  • Bourguignon, C., 1991. Le sol, la terre et les champs. Sang de la terre.
  • Brady, N. and Weil, R. R., 2014. The nature and properties of soils. Fourteenth Edition. Pearson Education Limited.
  • Bronick, C.J. & Lal, R., 2005. Soil structure and management: a review. Geoderma, 124(1-2), pp.3–22.
  • Drinkwater, L.E. & Snapp, S.S., 2007. Nutrients in agroecosystems: Rethinking the management paradigm. Advances in Agronomy, 92, pp.163–186
  • Ingham, E. R., & Rollins, C. A., 2006. Adding Biology-For Soil and Hydroponic Systems. Nature Technologies, LLC, Sonoma, 68.

    Ingham, E. R., 2005. The field guide II for actively aerated compost tea (AACT). July 2003 – June 2004. Soil Foodweb
  • Lavelle, P., 2013. Soil as a habitat. Soil Ecology and Ecosystem Services, 7.
  • Neher, D.A., 1999. Soil community composition and ecosystem processes: Comparing agricultural ecosystems with natural ecosystems. Agroforestry Systems, 45(1-3), pp.159–185.
  • Passioura, J.B., 2002. Soil conditions and plant growth. Plant
  • Seiter, S., Ingham, E.R. & William, R.D., 1999. Dynamics of soil fungal and bacterial biomass in a temperate climate alley cropping system. Applied Soil Ecology, 12(2), pp.139–147.
  • Six, J. et al., 2006. Bacterial and Fungal Contributions to Carbon Sequestration in Agroecosystems. Soil Science Society of America Journal, 70(2), pp.555–569
  • Strickland, M.S. & Rousk, J., 2010. Considering fungal:bacterial dominance in soils – Methods, controls, and ecosystem implications. Soil Biology and Biochemistry, 42(9), pp.1385–1395.
  • Whalley, W.R., Dumitru, E. & Dexter, A.R., 1995. Biological effects of soil compaction. Soil and Tillage Research, 35(1-2), pp.53–68.