Agricultura sustentable: dinámica de suelos

 

 

 

 

El rápido aumento de la población humana mundial ha provocado un cambio intensivo en el uso del suelo y la sobreexplotación de los recursos del mismo; lo que ha provocado una disminución de la salud del suelo, los servicios de los ecosistemas y el bienestar humano. La privación de nutrientes de los sistemas del suelo debido a prácticas insostenibles ha llevado además a una baja productividad y calidad de los rendimientos de los cultivos. Como resultado, condujo a la escasez de alimentos con nutrientes limitantes que reflejan diversas deficiencias de nutrientes y trastornos de la salud humana. Por lo tanto, es la necesidad del momento restaurar la salud de nuestros recursos del suelo para mejorar la seguridad alimentaria y nutricional de las generaciones presentes y futuras. En este contexto, el presente curso abierto tiene como objetivo discutir los impulsores de la degradación del suelo, resaltar el impacto de la degradación del suelo en la salud humana y sugiere varias prácticas de adaptación para mantener la salud del suelo mientras se mejora la calidad del rendimiento de los cultivos para la sostenibilidad ambiental y la salud humana.

La administración de carbono orgánico del suelo (COS) ahora se ha reconocido como el aspecto más esencial para gestionar el cambio climático, la fertilidad del suelo y la productividad. Varios grupos y procesos de COS gobiernan la dinámica de COS en diversos agroecosistemas. La dinámica del COS en el suelo es manipulada por las prácticas de manejo, el tipo de suelo y el clima. Las percepciones de los diferentes procesos y depósitos de C del suelo son de importancia fundamental antes de la ejecución y el éxito de la gestión del COS. Se han propuesto diversos enfoques agroecológicos, como el sistema de nutrición vegetal orgánico e integrado, en diferentes agroecologías para lograr una dinámica de COS equilibrada a través de una gestión agrícola adecuada, aunque aceptada con un entusiasmo limitado.

Mantener la salud del suelo es fundamental para satisfacer las demandas de producción agrícola. La salud del suelo es la capacidad del suelo para funcionar como un sistema vivo dentro de un ecosistema, para apoyar la producción, para mantener o mejorar la calidad del agua y el aire y para promover la salud de las plantas y los animales. El carbono orgánico del suelo (COS) es la columna vertebral de la salud del suelo. El manejo agrícola intensivo ha llevado a una reducción del COS a nivel mundial. Las comunidades científicas, junto con los formuladores de políticas y diferentes partes interesadas, han realizado enormes esfuerzos para mejorar y mantener las existencias de COS en la búsqueda de lograr la sostenibilidad agrícola para satisfacer la demanda de una población en constante aumento. Además, el potencial del suelo para secuestrar carbono como estrategia de mitigación del cambio climático ha llevado a los científicos del clima y el suelo a realizar investigaciones pioneras centradas en el COS.

Este manuscrito explora la importancia y las perspectivas del secuestro de carbono orgánico del suelo (COS) para abordar el desafío actual de la seguridad y mitigación alimentaria y nutricional, así como la adaptación al escenario del cambio climático global. La materia orgánica del suelo (MOS) es dinámica y vital para la fertilidad del suelo. El almacenamiento a largo plazo de COS mediante el secuestro en el suelo tiene una importancia estratégica para mitigar el cambio climático y mejorar la calidad del suelo. Por lo tanto, es necesaria una estimación precisa de las existencias de COS, que depende en gran medida de los valores de COS de referencia e implica la cuantificación de (a) la concentración de carbono orgánico de la profundidad del suelo dada y (b) la densidad aparente del suelo. Dicha medición debe realizarse sobre una base de masa equivalente para evitar imprecisiones debido a la presencia de residuos o cambios en la densidad aparente por labranza. Los principales mecanismos detrás de la estabilización de la MOS son la estabilización química, la protección física y la estabilización bioquímica. Todos estos procesos funcionan protegiendo la MOS de la descomposición microbiana y eventualmente reduciendo su tasa de descomposición en los suelos. El secuestro de carbono orgánico del suelo depende de la adopción de prácticas de gestión que aumenten la cantidad de carbono almacenado en el suelo. Las estrategias sugeridas aquí para el secuestro de COS, especialmente en el contexto indio, son el manejo integrado de nutrientes, la agricultura de conservación, la agrosilvicultura, la diversificación de cultivos, la prevención de la erosión del suelo y la restauración de tierras degradadas. Estas prácticas de secuestro de C actúan aumentando la tasa de entrada de materia orgánica a los suelos y/o reduciendo las tasas de renovación de las reservas de COS ya presentes en el suelo. Los beneficios del secuestro de COS son inmensos; sin embargo, se están enfrentando desafíos que deben ser atendidos.

Los organismos del suelo son un componente clave de los ecosistemas y brindan varios servicios vitales a los humanos a través de sus numerosas funciones. La magnitud de la biodiversidad en el suelo es varias veces mayor que la presente en la superficie. Los microorganismos y la fauna que viven en el suelo desempeñan un papel central en varias funciones y procesos ecológicos, como la formación de la estructura del suelo, el ciclo del carbono y los elementos nutritivos, la descomposición de residuos vegetales y animales y los contaminantes inorgánicos del suelo y la producción de gases de efecto invernadero. Además, la biodiversidad del suelo también influye en la mayoría de los servicios críticos que regulan un ecosistema, como la composición atmosférica y el clima, la cantidad y calidad del agua, la incidencia de plagas y enfermedades en los ecosistemas agrícolas y naturales, y las enfermedades humanas y animales. Sin embargo, sus roles no fueron bien reconocidos en el funcionamiento de los ecosistemas. Aparecieron varias evidencias que sugieren que las prácticas agrícolas intensivas como resultado de las tecnologías de la revolución verde y las actividades antropogénicas tienen un impacto adverso en la biodiversidad del suelo. Esto generó preocupaciones globales para desarrollar prácticas de manejo de suelos y cultivos para proteger y mantener la biodiversidad del suelo.

La rizodeposición se define como todos los compuestos derivados de las raíces y los materiales vegetales que se liberan de las raíces vivas durante el crecimiento de las plantas. En este proceso interviene una amplia gama de compuestos orgánicos, incluidos iones inorgánicos, células desprendidas, mucílagos, exudados y pelos radiculares. La rizodeposición tiene diversas funciones en la nutrición de las plantas y la ecología del suelo, como mejorar la disponibilidad de nutrientes, actuar como aleloquímicos y servir como fuente de carbono y energía para los microorganismos del suelo de la rizosfera. Se cuantifica principalmente a través de técnicas de trazadores como la técnica de trazadores de carbono y la técnica de etiquetado, pero una revisión científica sugirió que el método de la mecha de algodón es la mejor técnica para la cuantificación. La rizodeposición juega un papel crucial para la movilización de nutrientes vegetales y sirve como una mezcla compleja para llevar a cabo funciones ecológicas en el suelo. Se ha informado ampliamente que las plantas invierten una gran parte de su carbono fotosintético en el desarrollo y mantenimiento de la rizosfera a través de rizodepósitos, lo que mejora la capacidad de aprovechar de manera óptima la distribución de agua y nutrientes en el suelo. La concentración de rizodepósitos tiene un efecto directo sobre la mineralización de C y N. Los diferentes ácidos orgánicos y compuestos fenólicos presentes en la rizodeposición ayudan a aumentar la actividad de diferentes exoenzimas, que finalmente aumentan la mineralización de nutrientes nativos, aplicados y fijados en el suelo. La raíz de la planta secreta fitosideróforos que mejoran la absorción de micronutrientes en la planta. En pocas palabras, al comprender la relación entre los rizodepósitos y su función, se puede comprender mejor la información de conocimiento del cambio en la diversidad microbiana y el proceso de transformación de diferentes nutrientes.

El mayor interés en la salud y la sostenibilidad del suelo en los últimos años enfatizó la necesidad de identificar indicadores y adoptar mejores estrategias de gestión en los agroecosistemas. Este curso abierto analiza indicadores biogeoquímicos seleccionados de la salud del suelo, sus vínculos con las funciones del ecosistema del suelo y las estrategias de gestión para aumentar el rendimiento de los cultivos y mejorar la sostenibilidad ambiental. Los componentes de la materia orgánica del suelo (MOS), las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y las estructuras y funciones de la comunidad microbiana proporcionan información crítica sobre la salud y la sostenibilidad del suelo. Los enfoques de gestión que minimizan la alteración del suelo, maximizan la cobertura del suelo y aumentan la diversidad de plantas y animales pueden aumentar el almacenamiento de MOS, mitigar las emisiones de GEI y apoyar la proliferación de comunidades microbianas del suelo. Se debe promover la rotación de cultivos, los cultivos de cobertura y la integración del ganado en los sistemas de cultivo para mejorar la salud del suelo y la sostenibilidad agroambiental.

La diversidad microbiana y sus actividades son los indicadores clave de la salud y la calidad del suelo, ya que responde rápidamente a la alteración que se realiza en el medio ambiente del suelo a través de prácticas de manejo de cultivos. La agricultura moderna es de naturaleza intensiva en insumos y muy tortuosa, por lo que se convierte en una amenaza no solo para el mundo microbiano sino para todo el medio ambiente. Por lo tanto, es hora de que los agricultores y agricultores aborden el tema de la sostenibilidad ambiental junto con la productividad sostenida de los cultivos de las prácticas de manejo para garantizar el objetivo futuro de seguridad alimentaria. El enfoque de la agricultura de conservación (CA), en este contexto, en términos de baja perturbación mecánica, rotación de cultivos, retención de diversos residuos de cultivos y liberación de compuestos químicos diversificados como rizodeposiciones al suelo y el mantenimiento de un hábitat protegido y acogedor para los microbios es bueno adelante. Este capítulo proporcionará un resumen completo del conocimiento sobre la potencialidad de la AC para regenerar y conservar la capa superficial del suelo mediante la restauración de la diversidad microbiana y los servicios de los ecosistemas. Se le da especial énfasis al servicio que proporciona microorganismos clave junto con sus asociaciones con plantas para perpetuar la sostenibilidad en sistemas de CA de bajos insumos. Además, se han discutido los desafíos y las preguntas relevantes para una comprensión adecuada de la ecología de las AC. Se sugiere un conjunto de estrategias de gestión que incluyen agricultura de precisión habilitada por GPS / GIS y microbios de diseño como una solución prometedora para conservar microorganismos clave bajo CA. Se plantean pocas preguntas sobresalientes y de provocación de pensamiento en la perspectiva del rendimiento de los cultivos y las ganancias derivadas de los servicios ecosistémicos basados ​​en la diversidad para el curso futuro de la investigación de la biodiversidad bajo CA. Los resultados de dicho estudio serán útiles para que los agricultores adopten la AC, particularmente, en países tropicales y subtropicales donde la agricultura depende en gran medida de los beneficios derivados de las interacciones planta-microbios.

Los electrolitos solubles y precipitados son la causa principal del desarrollo de la salinidad y sodicidad del suelo y, en consecuencia, impiden las funciones del ecosistema y limitan el rendimiento de los cultivos. La recuperación del suelo afectado por la sal es una agenda central en las políticas actuales de la India y los países afectados por la sal para satisfacer la demanda de alimentos, fibra y bioenergía de una población en aumento. La expansión mundial de la agricultura de regadío en los comandos del canal, el aumento del nivel del mar, la escasez de agua dulce, el hundimiento de la tierra costera, el comportamiento errático de las precipitaciones, el aumento de la temperatura, la aparición de sequías exigen más evapotranspiración de las plantas y, en consecuencia, la importación de sal en la zona de la raíz. bajo riego con agua salina o comandos de canal con drenaje inadecuado promueven el riesgo de salinización, sodicación, alto SAR (índice de adsorción de sodio), deterioro de la condición física del suelo, presencia de Mg de gran calidad que Ca y desarrollo de alcalinidad en el suelo. El suelo severamente afectado por la sal permanece casi estéril y soporta un crecimiento muy limitado de las plantas. El bajo rendimiento de biomasa y la reducción de la rizodeposición y el retorno de los residuos de los cultivos a los suelos dan como resultado una baja acumulación y almacenamiento de C orgánico del suelo (COS) y un desequilibrio en los nutrientes esenciales para la supervivencia de las plantas y los organismos en estos ecosistemas. Aquí, hemos tratado de relatar el concepto y la clasificación de ecosistema salino, su extensión global y el impacto del cambio climático en la salinidad y el estrés asociado, el efecto del agua de mala calidad en el desarrollo de la salinidad, los cambios en el COS y los nutrientes en el ecosistema salino. Además, se describen varias opciones agrotecnológicas para mitigar el efecto adverso de la salinidad y la necesidad de enmienda para la rehabilitación de suelos sódicos para combatir la salinidad y sostener la producción de cultivos.

La revolución verde ha llevado al mundo a un concepto de suficiencia alimentaria, pero sus secuelas en la forma de una aplicación química imprudente ha robado la capacidad productiva inherente de los suelos. Un gran número de deficiencias de nutrientes surgen día a día y obstaculizan gravemente la seguridad nutricional mundial. La situación actual enfatiza la vehemente necesidad de investigar el estado de fertilidad del suelo. Aunque las investigaciones de elementos individuales del suelo que utilizan diversos extractores químicos están de moda durante varias décadas, se enfrentan al mayor obstáculo en términos de protocolos engorrosos y trabajo enorme y consumo de tiempo. Esto da como resultado un retraso sustancial en los servicios de análisis de suelos y los agricultores no obtienen la información correcta sobre el estado de fertilidad del suelo antes de los cultivos, lo que agrava el enigma de la baja productividad. Un cambio de paradigma en la investigación de la extractabilidad elemental del suelo está ganando importancia de manera constante. El uso de extractantes químicos multinutrientes del suelo tiene como objetivo extraer una gran cantidad de elementos de una sola vez en la solución y, a partir de entonces, su caracterización instrumental está emergiendo como un potente reemplazo. Puede ahorrar bastante tiempo y mano de obra e impulsar el proceso de evaluación de la fertilidad en los estudios de nutrición de suelos y plantas. Acentuado por los avances en el campo de la caracterización elemental instrumental con la participación de la espectrometría de absorción atómica (AAS), espectrometría de emisión atómica de plasma de microondas (MP-AES), espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES), plasma acoplado inductivamente -Espectrometría de masas (ICP-MS), electrodos selectivos de iones (para aniones), etc. La investigación se está promulgando a pasos agigantados. La capacidad de extraer y detectar incluso los componentes metálicos tóxicos del suelo en una sola extracción y utilizando instrumentos de alta precisión es un beneficio adicional de la investigación. Se subraya el esfuerzo por impartir el debido conocimiento a los protocolos de investigación avanzados de la extractabilidad elemental del suelo para catapultar astutamente el futuro de la investigación en nutrición suelo-planta.

El biocarbón, un producto pirolizado de la biomasa, es más rico en carbono aromático (C) y más pobre en oxígeno, lo que le proporciona una resistencia estructural contra la descomposición microbiana en el suelo. El biocarbón, que es una fuente estable de C cuando se aplica al suelo, permanece allí durante un período de tiempo más prolongado impartiendo un secuestro de C del suelo a largo plazo. Este efecto secuestrante del biocarbón tiene otra ventaja para mitigar el cambio climático al reducir la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) del suelo. Ambos procesos interconectados impartidos por el biocarbón tienen un papel destacado en la resiliencia climática y la sostenibilidad ambiental. Los investigadores de todo el mundo se han centrado en este aspecto; revelando así nuevos hechos y hallazgos sobre la gestión del biocarbón en la agricultura. En este capítulo, se ha intentado describir los mecanismos gobernados por el biocarbón sobre la emisión de gases de efecto invernadero del suelo, cómo las propiedades estructurales y funcionales del biocarbón lo regulan y los otros factores asociados como el tipo de materia prima y la temperatura de pirólisis durante la preparación del biocarbón y el suelo. propiedades inherentes que controlan varios procesos. De manera similar, se han descrito aspectos destacados del potencial de secuestro de C del biocarbón compuesto por diferentes residuos de cultivos / animales y otros factores reguladores. El aumento de la temperatura de pirólisis y el cambio de estiércol a madera como materia prima para la producción de biocarbón aumentan la estabilidad del biocarbón y reducen las emisiones de gases de efecto invernadero del suelo. Los suelos bajos en materia orgánica desencadenan la mineralización de C que los que tienen un alto contenido de materia orgánica. Se informa que el biocarbón en presencia de fertilizante N mejora el hundimiento de CH4 / disminuye la fuerza de la fuente del suelo. El efecto más fuerte del biocarbón en la mejora del secuestro de C y la reducción de la emisión de GEI es evidente cuando se aplica en suelos ácidos que en suelos alcalinos. Tanto los procesos concurrentes de secuestro de C como de emisión de GEI aportan sanidad al suelo físicamente más estable, enriqueciendo la fertilidad del suelo, biológicamente más activo y resultando en una mejor calidad del suelo y reduciendo la huella de C en los agroecosistemas.

El calentamiento global es un tema importante del siglo XXI. Se necesita una gran atención para mitigar los impactos negativos del calentamiento global y el cambio climático en la salud ambiental que, en última instancia, afectan a los seres humanos y otros animales del planeta tierra. Diferentes sectores liberan gases de efecto invernadero (GEI) a la atmósfera que contribuyen al calentamiento global y al cambio climático. La agricultura, la silvicultura y el cambio de uso de la tierra es uno de los sectores que liberan una cantidad significativa de GEI a la atmósfera. El principal GEI emitido por los suelos agrícolas es el óxido nitroso (N2O), que tiene 298 veces más potencial de calentamiento global que el dióxido de carbono (CO2). Se han utilizado diferentes estrategias en la agricultura para reducir las emisiones de GEI del suelo, incluida la gestión de fertilizantes, inhibidores de nitrificación, rotación de cultivos diversificada, aplicación de biocarbón (BC), etc. El biocarbón es un material negro producido por conversión termoquímica de desechos orgánicos en ausencia de oxígeno. La aplicación BC recibió una enorme atención después de 1998 y se convirtió en el punto focal de la investigación multidisciplinaria. También impacta las emisiones de GEI de los suelos agrícolas, sin embargo, diferentes factores impactan el desempeño de BC para reducir las emisiones de GEI de los suelos, incluida la tasa de aplicación de BC, materia prima, temperatura de pirólisis, pH, relación C: N, textura del suelo, pH y uso de la tierra, etc. Estudiar todos estos factores en un solo estudio es laborioso y costoso. Sin embargo, los resultados de diferentes estudios se combinan en forma de metaanálisis para comparar el impacto de diferentes factores en el desempeño de BC para mitigar las emisiones de GG. Aquí resumimos los hallazgos clave del último metanálisis realizado en múltiples estudios publicados sobre el papel de BC para impactar las emisiones de GEI.

La aplicación de la nanotecnología en la agricultura puede servir para lograr la sostenibilidad de la producción mundial de alimentos al mejorar la movilización de nutrientes nativos, la eficiencia del uso de nutrientes y el mantenimiento de la salud del suelo. El cultivo con nanopartículas requiere menos nutrientes, es menos costoso y produce más rendimiento en comparación con el cultivo convencional. Puede regular la entrega de nutrientes a los cultivos a través de los mecanismos de control de liberación. En general, se observó un 30% más de movilización de nutrientes en las rizosferas y de 2 a 20 veces más eficiencia de diferentes nutrientes en el cultivo con nanopartículas. Las plantas que recibieron nanopartículas han superado diferentes estreses abióticos como salinidad, sequía, frío, metales pesados, calor, inundaciones, etc. El tamaño en miniatura, la alta superficie específica y la alta reactividad de las nanopartículas aumentan la biodisponibilidad de nutrientes. Con las dosis recomendadas de aplicación se encuentran muy seguras y proporcionan una nutrición equilibrada. También pueden actuar como catalizadores eficaces del metabolismo vegetal y microbiano.


Suelo

 








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Principios básicos del manejo sustentable del suelo

ISBN 978-607-xxxx-x-x

Contenido

Filosofía del metamodernismo: cámbiate a ti mismo y cambia el mundo

Módulo 1. Insensibilidad a la ciencia del suelo

Módulo 2. Manejo eficiente de los nutrientes de las plantas, el factor clave en una gestión de suelo sostenible

Módulo 3. Conceptos básicos

Módulo 4. Poder amortiguador de suelos y su efecto sobre los nutrientes

Módulo 5. Gestión de los recursos del suelo para la salud humana y sostenibilidad ambiental

Autores:

Eduardo Ochoa Hernández
Gladys Juárez Cisneros
Rogelio Ochoa Barragán
Nicolás Zamudio Hernández
Lizbeth Guadalupe Villalon Magallan
Pedro Gallegos Facio
Gerardo Sánchez Fernández