Efecto de las actividades antropogénicas sobre la degradación de los suelos

En el último siglo se ha observado un aumento en la densidad de las poblaciones humanas, lo cual ha generado una enorme demanda alimenticia, y para cubrirla ha sido necesario aumentar la productividad de los suelos reemplazando enormes extensiones de tierras por zonas agrícolas y ganaderas (FAO, 2003; Antama, 2008). Sumado a lo anterior, el uso de insumos químicos externos (pesticidas y fertilizantes) se ha elevado, generando problemas de degradación y contaminación de los suelos y muchas veces de aguas subterráneas (Ongley, 1997).

Los cambios en el uso del suelo afectan con mayor o menor intensidad la cubierta del mismo, entendiéndose como cubierta transformada aquella que ha sido sustituida completamente por otra, como es el caso de los bosques tropicales que a lo largo de grandes extensiones han sido transformados en cubiertas de pasto y una gran variedad de cultivos (Murray et al. 2005).

Según datos estadísticos de la FAO (2003), se ha encontrado que a nivel mundial el área total de tierra degradada es del 26% del cual el 9% se debe a transformaciones

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con un objetivo agrícola. Así mismo, en Colombia se ha encontrado que el 18% del área del país se encuentra degradada, del cual el 2% corresponde a zonas agrícolas (FAO, 2003).

Esta información permite plantear nuevas preguntas de investigación sobre los problemas generados en los ecosistemas debido a las transformaciones de las diferentes coberturas vegetales. Diferentes estudios han determinado la presencia de cambios en los procesos ecológicos asociados a los servicios ecosistémicos (Mailly et al., 1997; Nüsslein y Tiedje, 1999; Webster et al., 2002; Bossio et al., 2005; Bastida et al., 2006). Uno de los servicios más afectados es el ciclaje de nutrientes, debido a

las variaciones en las comunidades de microorganismos responsables del funcionamiento de los diferentes ciclos biogeoquímicos (Stuart et al., 2000); como

consecuencia, habrá una disminución de los bienes asociados a este servicio, por ejemplo, disminución de la fertilidad del suelo para obtención de alimentos, la cual deberá ser mantenida mediante el uso de fertilizantes por un agotamiento de los nutrientes naturales del suelo (Mailly et al., 1997).

Frecuentemente, cualquier cambio en el uso del suelo está asociado al establecimiento de tierras agrícolas o ganaderas para consumo humano, lo cual conlleva al uso de diferentes prácticas con el fin de aumentar la productividad de los suelos. Se ha observado que el tipo de practica agrícola o pecuaria utilizada puede generar diferentes formas de degradación en los suelos: física (erosión y compactación), química (acidificación, disminución de nutrientes, contaminación) y biológica (pérdida de diversidad) (Girvan et al., 2003).

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2.4.1 Degradación física del suelo

Se ha determinado que ciertas prácticas agrícolas tradicionales pueden generar un cambio en la estructura de los suelos (Blanco et al., 2005), la cual es una

característica considerada de gran importancia debido a que se relaciona con el movimiento y la retención de agua, erosión y el ciclaje de nutrientes (Torsvik y Øvreås, 2002). Adicionalmente la estructura puede afectar la penetración de raíces, la producción del cultivo y la agregación de las partículas del suelo (Bronick y Lal, 2005).

2.4.2 Degradación química del suelo

Para el caso de la degradación química del suelo, se ha encontrado que algunas prácticas empleadas en sistemas de cultivo convencional conducen a una pérdida de la fertilidad del suelo por disminución de nutrientes, contaminación de aguas subterráneas debido a procesos de lixiviación de minerales y acidificación del suelo debido al uso de fertilizantes (Ribón et al., 2003; Liu et al., 2007). Bronick y Lal

(2005) encontraron que la aplicación de nutrientes y fertilizantes químicos en zonas cultivadas disminuye las concentraciones de carbono orgánico, alteran el pH y generan cambios en las concentraciones de electrolitos.

2.4.3 Degradación biológica del suelo

La disminución de la diversidad biológica puede ocurrir de una forma directa o indirecta:

Directa: se produce cuando el uso de algún insumo produce un efecto inhibitorio en la actividad y función de determinadas comunidades de bacterias edáficas. Johnsen y col. (2001) determinaron que el uso de algunos plaguicidas genera toxicidad para

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aquellas bacterias asociadas al ciclo del nitrógeno (nitrificantes). Posiblemente, el efecto tóxico es debido a las altas concentraciones de nitrógeno que presentan algunos productos, lo cual posiblemente hace que el suelo llegue a un estado de saturación del elemento inhibiendo la actividad enzimática de las bacterias (Frey et al., 2004). Esto concuerda con otros estudios donde se identificó el efecto de ciertos

compuestos como cloratos, cianatos y plaguicidas organoclorados (insecticidas) (Ahmed et al., 1998) encontrándose que estos inhiben directamente el desarrollo de

bacterias asociadas al ciclo del nitrógeno (p.e. Géneros Nitrobacter y Nitrospira)

(Millennium Ecosystem Assessment, 2005).

Indirecta: en estos casos las comunidades de bacterias se ven afectadas debido a cambios de una o varias propiedades físico-químicas necesarias para su permanencia (p.e. nutrientes, pH, humedad, entre otros). Un estudio realizado por Liu y col (2007), afirma que el uso de fertilizantes conduce a una acidificación del suelo limitando el crecimiento y actividad de las bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrobacter). Los resultados obtenidos por estos investigadores son respaldados por

Millennium Ecosystem Assessment (2005), quienes afirman que estas bacterias requieren un pH alcalino para que exista un equilibrio entre las formas NH4+ y NH3+, y así poder lleva a cabo el proceso de nitrificación; cuando se altera el equilibrio de estos dos iones se observa un efecto inhibitorio de los dos géneros de bacterias debido a que son sensibles a su propio sustrato.

En otro estudio realizado por Bronick y Lal, (2005), se determinó un cambio de las comunidades de bacterias al variar el tipo de fertilizante utilizado (fertilización con estiércol vs. otro fertilizante). Esto es debido a que la fertilización con estiércol promueve una mejor estructura del suelo, un aumento de las concentraciones de materia orgánica, aumento de la heterogeneidad física del sitio y por último un aumento de sustratos disponibles para metabolizar (Øvreås y Torsvik, 1998).

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En la investigación realizada por Nannipieri y col (2003) y Bais y col. (2006) se observa cómo los cambios de la cobertura vegetal afectan de manera indirecta las comunidades de bacterias edáficas. La anterior afirmación se sustenta en que la estructura de las comunidades vegetales se asocia fuertemente a la estructura de las comunidades de bacterias debido a procesos relacionados con la oferta y disponibilidad de nutrientes (p.e. rizodeposición y descomposición de hojarasca y raíces), lo cual genera la existencia de relaciones interespecíficas. Así, los exudados de raíces vegetales ejercen presiones selectivas sobre el crecimiento de determinadas bacterias al alterar la composición química de la rizósfera (Bais et al., 2006). A su

vez, las bacterias seleccionadas afectan la composición y cantidad de los componentes del exudado al participar en procesos como el rompimiento celular de las raíces, metabolismo celular y la nutrición de las plantas (Yang y Crowley, 2000). Debido a los efectos negativos generados por el uso y manejo indiscriminado de fertilizantes y plaguicidas sobre las propiedades físico-químicas del suelo y consecuentemente en las comunidades de bacterias edáficas, este tipo de prácticas ha sido muy criticado. No obstante, Sturz y col. (2004) llevaron a cabo un estudio en donde se observó un efecto positivo por parte de estos insumos sobre las comunidades bacterianas del suelo. Encontraron que al utilizar fertilizantes sulfatados se observa un aumento de la riqueza de especies y abundancia de las poblaciones. Como una alternativa menos invasiva se han propuesto prácticas como la rotación de cultivos teniendo en cuenta la cobertura vegetal usada, debido a que se han observado efectos positivos sobre las propiedades del suelo al aumentar los contenidos de carbono, la infiltración de agua, el ciclaje de nutrientes, las tasas de respiración, la mineralización de nitrógeno y la biomasa bacteriana. Consecuentemente, estas prácticas conllevan a un cambio positivo en la estructura de las comunidades de bacterias edáficas (Bronick y Lal, 2005).

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No obstante, aún poniendo en práctica determinadas técnicas agrícolas amigables con el ambiente, el problema de fondo generado a partir del uso de insumos orgánicos o inorgánicos, es que el nivel de nutrientes, los procesos microbianos y las fracciones de materia orgánica que se ciclan activamente es diferente en comparación con aquellos sitios poco o nada intervenidos (Compton y Boone, 2000) y muchos de estos cambios generan una pérdida de la diversidad de bacterias edáficas, la cual cumple funciones importantes como proveer, regular (Millennium Ecosystem Assessment, 2005) y soportar diferentes servicios ecosistémicos ofrecidos por la naturaleza (Stuart

et al., 2000).

2.5 Métodos para evaluar la densidad y riqueza de las comunidades de bacterias