Microbiologia del suelo

Microbiología Microbiología del suelodel suelo

✔El suelo:El suelo:

Un biotopo,

prácticamente

ignorado

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.

✔Los nutrientes inorgánicos que utilizan las plantas provienen de la atmósfera y de la meteorización de las meteorización de las rocas de la corteza terrestrerocas de la corteza terrestre.

Meteorización de la corteza terrestreMeteorización 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).

✔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

Procesos de meteorización

desintegración física y descomposición química de los minerales y las rocas

superficiales

producen los materiales inorgánicos que formarán los suelos

✔ Los suelos tienen diferente origen y composición

✔ Por lo tanto la microfauna asociada a ellos también

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 sustancias descomponen las rocas

Meteorización mecánica

El agua y el viento transportan fragmentos de roca a grandes distancias desgaste que las fracciona en partículas más pequeñas

Meteorización químia (corrosión)

Disuelven materiales menos solublesH2O + NO2 (NO3)

H2O + SO2 Ácidos

Meteorización orgánica-biológica

✔Los ácidos producidos por plantas y las bacterias pueden afectar las rocas.

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.

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

Contribuyen a la formación de materia

orgánica

la convierten en ácido carbónico o ácidos

orgánicos

disuelven rocas.

✔ Controlan la disponibilidad de muchos nutrientes importantes para las plantas

Los microbios en el sueloLos microbios en el suelo

✔ 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.

✔ Los microbios pueden existir varios cientos de metros por debajo de la superficie de la Tierra

✔ Los mecanismos de sobrevivencia aún no se conocen

✔Sección vertical del suelo:

– Variaciones en el color

– Cantidad de materia orgánica viva o muerta (incluye microorganismos)

– Porosidad

– Estructura

– Grado de meteorización.

Horizontes del suelo

✔ Horizonte A

✔ Horizonte B

✔ Horizonte C

Horizonte A:

✔ Capa superior del suelo

✔ La región más superficial y de mayor actividad física química y biológica.

✔ Contiene la mayor 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

Suelo: Horizonte A

Rocas, silicatos

Desechos orgánicos

O2, NH3, CH4, H2S

Lluvia•Inorgánicos granulados

•Residuos orgánicos, humus

•Agua (inundado, mojado)

•Gases (disueltos y difusos)

•Sistemas biológicos (raíces, insectos, microobios)

O2, N2, CO2

Capa de agua

En un gramo de suelo del horizante A pueden haber:

2500 millones de bacterias

+

medio millón de hongos

+

50 000 algas

+

30 000 protozoos

Horizonte B:

Región de acumulación

El horizonte B:

✔ Contiene mucho menos material orgánico y está menos meteorizado que el horizonte superior.

✔ Hay pocos microorganismos

✔ Algunos materiales del horizonte A, llegan al B por filtración del agua a través del suelo:– Óxido de hierro

– Partículas arcillosas– Pequeñas cantidades

de material orgánico

Horizonte C:

✔ Compuesto por rocas y Compuesto por rocas y minerales fragmentados y minerales fragmentados y meteorizados de los cuales se ha meteorizados de los cuales se ha formado el suelo verdadero de formado el suelo verdadero de los horizontes superiores.los horizontes superiores.

✔ Los microorganismos son Los microorganismos son escasos.escasos.

Composición del suelo

✔ Los suelos están formados de materia sólida y espacio poroso

✔ El espacio poroso es ocupado por diferentes proporciones de aire y agua, dependiendo de las condiciones de humedad.

Arcilla

Materia orgánica

Película de Agua

BacteriasHifa

Arena

Poro

CO2,H2S, CH4

O2

✔ 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

✔ 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.

✔ La textura del suelo influye en las comunidades de microorganismos porque de ella depende la aireación y la disponibilidad de agua

Intercambio de catiónico

✔ Los nutrientes inorgánicos para microorganismos y plantas están presentes en la solución del suelo como iones.

Arcilla -Na+

Na+

Na+

H+Ca+ +

Ca+ +

K+

K+Na+

Cl-

Cl-

NO3-

SO4-2

HCO3-

OH-

OH-

OH-

SO4-2

HCO3-

NO3-

HCO3-

Intercambio catiónico:

Los cationes apresados por las partículas de arcilla pueden:– Ser reemplazados por

otros cationes– Ser liberados a la

solución del suelo para ser tomados por plantas y microorganismos.

✔ Partículas de arcilla: componentes esenciales de los suelos productivos.

✔ 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 absorbidoabsorbido o adsorbidoadsorbidoen la superficie de compuestos que contienen hierro, aluminio y calcio.

✔ La acidez o basicidad del suelo está relacionada con la disponibilidad de disponibilidad de nutrientesnutrientes inorgánicos para el crecimiento de plantas y microbios.

✔ Los suelos varían mucho en su pH, y muchos microorganismos tienen un estrecho margen de tolerancia.

✔ 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.

Una muestra de suelo contiene:

✔ Insectos ápteros✔ Arácnidos✔ Sobretodo

filamentos de hongos y de bacterias.

✔ La cuenta de gérmenes por suspensión- dilución muestra más de un millón de gérmenes por gramo de tierra arable

✔ La riqueza de especies y la complejidad de la delgada capa cultivable condicionan la vida sobre la tierra, del mismo modo que la fotosíntesis.

Ciclo de la materia orgánica CO2

Fotosíntesis

Caída de ramas, hojas, frutos..

Mineralización Humificación

Microorganismos del sueloMicrofauna del suelo

Restos vegetales desaparecen bajo

la acción de la microfauna y la microflora del

suelo

✔ Amontonamiento de acículas de varios centímetros.

CO2

Fotosíntesis

Caída de ramas, hojas, frutos..

Mineralización Humificación

Descomponedores casi ausentes: hongos y bacterias

Microfauna del sueloAcumulación

Acidez frena actividad microbiana

Papel de la microfauna del suelo:

✔ Disgregación de la materia orgánica✔ Diseminación de la microflora

http://www.aecientificos.es/ElSuelo.html

Aumentar las

superficies de ataque para los

microbios.

Diseminación activa con las heces de la

microflora intestinal

Dis

greg

ació

n de

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rgán

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Rein

corp

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lo

Reutilización por otros organimos

Heces

Invasión por los microbios

del suelo

ELECCIÓN TRÓFICA: Régimen

alimentario microfauna

Seleccionan los alimentos

para los microbios

Multiplicación de la

microflora de las heces

Diseminación pasiva Transporte accidental en la superficie del

cuerpo

✔ Plantas y microflora: organismos complementarios, en la mineralización de la materia orgánica

✔ Los residuos 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

Mineralización de la materia orgánicaDescomposición de hojas (Sucesión)

Tiempo (las fases pueden ser simultáneas)

Hongos: glucófilos

utilización de las

sustancias hidrosolubles

Hongos celulolíticos: metabolismo de la celulosa

Hongos lignolíticos : degradación de la lignina

Bacterias: transforman residuos fúngicos y productos no consumidos por las hifas.

✔Plantas y microorganismos son complementarios: unos fabrica materias carbonadas, otros libera minerales

CO2

H2O

Material mineral no utilizado por los microorganismos

CAPA VEGETAL DEL SUELO

Materia inorgánica

Materia orgánica

Raíces de las plantas

Hojas de las plantas

Fotosíntesis

Microorganismos

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 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.

Estructuras de protección delas bacterias

✔ Las (Gram+) forman endosporas.

✔ Susceptibles de sobrevivir muchos años en condiciones desfavorables.

✔ Las Gram- están desprovistas de mecanismos de resistencia

✔ Forman agregados biológicos cuando las condiciones son desfavorables

✔ La actividad celular y las divisiones, se hacen más lentas.

✔ Numerosos procariotas para protegerse exudan en su superficie polisacáridos que se adhieren a láminas de arcilla.

✔ Son estructuras que permiten la supervivencia de las bacterias

• Se forman cuando las condiciones ambientales llegan a ser desfavorables

• Desaparecen cuando las condiciones pedológicas vuelven a ser adecuadas

✔ Estas formaciones tienen un diámetro que varía de 10 a 1000 mm y pueden contener varios miles de gérmenes.

✔ 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.

Los polisacáridos tienen varias funciones:

✔ Para los microorganismos del suelo vivir en el espacio interagregado (poros) y el agregado mismo (granos) tiene implicaciones importantes

En el espacio interagregado las condiciones son drásticas:

La humedad y la aireación varían muy rápidamente.

✔ Este es el 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.

✔ Por el contrario, el agregado mismo es recorrido sólo por finos capilares de alrededor 2 mm de diámetro, que sólo permiten una circulación lenta de aire y de agua.

✔ Aparecerán rápidamente condiciones de anaerobiosis.

✔ En este medio tan estable viven o sobreviven las bacterias Gram-.

✔ Aunque sensibles a las modificaciones ambientales, permanecen vivas en suelos secos durante más de un año gracias a la protección de 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.

✔ Los microorganismos que colonizan estos microhabitats difieren igualmente tanto por su morfología, como por sus requerimientos ecologicos.

✔ Unos agregados pueden formarse alrededor de citina, desarrrollándose en su seno los llamados citinolíticos.

✔ Otros encerrarán residuos de lignina permitiendo el crecimiento de los ligninolíticos.

IInfluencia del ambiente nfluencia del ambiente del suelo en las del suelo en las poblaciones de poblaciones de

microorganismosmicroorganismos

✔ Aunque los microorganismos son ubicuos, en pocas situaciones existen poblaciones iguales.

Nunca se dan condiciones ambientales idénticas:

✔ Las que favorecen la reproducción de un microorganismo, o permiten la sobrevivencia de otro, pueden ser desfavorables para la existencia continuada de un tercero.

Estas diferencias se reflejan en la microflora

✔ Los suelos cultivados y de jardín tienen abundancia de oxígeno y agua y son ricos en nutrientes aportados por las fertilizaciones

✔ El suelo de un pinar 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.

✔ 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.

Factores que afectan en mayor grado a las

poblaciones de microorganismos

DISPONIBILIDAD DE OXÍGENO, AGUA Y

SUSTANCIAS NUTRITIVAS

TÉCNICAS DE MANEJO DEL

SUELO

pH DEL SUELOAcidez-

Alcalinidad

TEMPERATURA

POBLACIONES DE MICROORGANISMOS

Consideremos estos factores

separadamente,

pero deberemos tener en cuenta que de

ordinario son interdependientes.

TemperaturaTemperatura (Psicrófilos, Mesófilos y

Termófilos).

TEMPERATURA DE CRECIMIENTO DE LOSMICROORGANISMOS

Tipo demicro-

organismo

Temperaturaóptima

Temperaturas límite

Ejemplo demicroorganismo

Psicrófilas Alrededor20o C

5a30o C Achromobacter

Mesófilas 25 a 37o C 5 a 45o C Staphylococcus ,Mayoría de loshongos.

Termófilas Superior a45o C

40 a 80o C Desulfovibrio,Thermoactinomyces, Algunas algasverdes 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.

✔ En suelos del piso térmico tropical y premontano son más frecuentes: Fusarium, Aspergillus y Rhizopus

✔ Penicillium crece mejor en suelos más fríos.

REQUERIMIENTOS REQUERIMIENTOS NUTRITIVOSNUTRITIVOS

✔ Utilización de energía lumínica✔ Oxidación quimioautotrófica de

materias inorgánicas✔ Respiración heterótrofa de materia

orgánica✔ Fermentación de materia orgánica

✔ Existe competencia entre los microorganismos por utilización de los nutrientes orgánicos e inorgánicos.

✔ En el suelo la materia orgánica fácilmente utilizable por los microorganismos es ordinariamente reducida, lo que limita su velocidad de multiplicación.

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.

Como un microorganismo determinado no puede

utilizar igualmente todos los substratos

su incidencia y proporción varían de acuerdo con las

situaciones

✔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.

✔ Lactobacillus compite eficazmente cuando existen carbohidratos simples pero es incapaz de metabolizar sustancias como lignina.

✔ Crece bien en la leche y en el rumen pero no en el suelo.

Otros microorganismos degradan lignina y

celulosa

sobrevivien en el suelo y en el manto en

descomposición de los bosques

✔ Pero no en leche, donde compiten con microorganismos como Bacillus y Lactobacillus

✔ 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.

✔ 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.

OXÍGENOOXÍGENO

Los requerimientos de oxígeno de los microorganismos varían:

✔ Aerobios✔ Anaerobios✔ Microanaerobios✔ Anaerobios

facultativos

✔ El oxígeno determina el desarrollo de poblaciones de microorganismos en detrimento de otras.

✔ 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).

✔ El oxígeno es esencial para muchos microorganismos fijadores de nitrógeno.

✔ En suelos poco aireados hay competencia por el uso del oxígeno disponible y ello puede llevar a un descenso en la proporción de microorganismos aerobios

✔ En consecuencia disminuye la fijación de nitrógeno y también de la velocidad de degradación de la materia orgánica.

✔ 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.

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.

✔ Los actinomicetos y las algas son sensibles a los ácidos y su pH óptimo está entre 7.5 y 8.

Thiobacillus, Acetobacter y la bacteria fijadora de nitrógeno Beijerinckia, son capaces de crecer y multiplicarse a pH entre 2.5 y 3.5.

✔ 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

✔ En suelos con pH mayores a 7 predominan las bacterias, en especial los actinomicetos, y en menor proporción los hongos. micorrizas.

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%.

✔ 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.

AGUA

✔ Todos los microorganismos necesitan agua, aunque sus requerimientos varían.

✔ Las formas vegetativas de las bacterias son menos resistentes a la desecación que los hongos o los actinomicetos.

• Las endosporas termoestables producidas por las bacterias, como Bacillus y Clostridium, son resistentes a la desecación.

✔ Las bacterias esporuladas, los actinomicetos y los hongos son los contaminantes más frecuentes del aire porque son resistentes a la desecación.

✔ 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.

• 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.

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.

✔ 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

✔ 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

✔ Aradas profundas, volteo del suelo y solarización.

✔ Sistemas de producción y explotación del suelo (monocultivo, cultivos intesivos sin manejo adecuado, minería a cielo abierto).

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.

✔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.