Efecto del manejo agrícola sobre las propiedades biológicas y químicas de los suelos y los procesos de transformación de la materia orgánica en cultivos de kiwi (actinidia deliciosa)

Abstract

Las prácticas agrícolas alteran las propiedades físicas y químicas del suelo debido a los aportes externos de fertilizantes y diversas sustancias protectoras de los suelos y de las cosechas (herbicidas, insecticidas, etc.). Estas alteraciones en las condiciones edafo-climáticas hacen que el tipo de manejo empleado en cada agroecosistema y su intensidad determine la composición específica, la abundancia y la estratificación vertical de los organismos edáficos y ha llevado a que, en la mayoría de los casos, las poblaciones de organismos edáficos sean menos numerosas y menos diversas en suelos agrícolas que en ecosistemas naturales. El kiwi (Actinidia deliciosa (A. Chev) CV Liang & A.R. Ferguson)) es una planta originaria de China; sin embargo, el norte de España presenta unas condiciones climatológicas propicias para el desarrollo de esta planta y de hecho, en Galicia representa una de las actividades económicas más importantes de la región, con una producción que supera en un 62% a la estatal y siendo la provincia de Pontevedra, donde se cultiva de forma intensiva, la principal productora (34% de la producción estatal). Por ello en el primer capítulo de esta tesis se describe la composición, distribución vertical y dinámica temporal de los organismos edáficos en tres cultivos de sometidos a los manejos agrícolas más habituales en la comunidad Gallega (convencional-CONV, integrado-INT y orgánico-ORG). Los resultados de este estudio indicaron que los suelos de cultivo de kiwi investigados estuvieron dominadas numéricamente por microartrópodos (ca. 84%), de los cuales más la mitad fueron ácaros, mientras que los oligoquetos representaron un 16%; sin embargo, fueron las lombrices de tierra (Phylum Annelida, Clase Oligochaeta, Familias Lumbricidae y Megascolecidae) las que dominaron en términos de biomasa. Por otro lado, el hecho de que todos estos organismos se concentren en los primeros centímetros del suelo hace que se vean muy expuestos a las prácticas agrícolas y fueron los manejos más intensivos (CONV) los que tuvieron los efectos más negativos sobre el tamaño de sus poblaciones. En estos agrosistemas los mayores aportes de fertilizantes y herbicidas se realizan en la primavera y fue precisamente en esta época cuando se observaron los mayores descensos en las abundancias de los organismos edáficos. Los análisis edáfoquímicos de los suelos además revelaron que fueron la humedad, la acidez y el grado de descomposición de la materia orgánica los factores más determinantes de los cambios en los tamaños poblacionales de los invertebrados edáficos en respuesta al manejo. Debido a que las lombrices de tierra son buenos indicadores de la calidad del suelo, ya que responden rápidamente a los cambios ambientales causados por las prácticas agrícolas, constituyen un grupo clave a la hora de cuantificar los efectos de las prácticas agrícolas sobre los procesos edáficos y el funcionamiento de estos ecosistemas. En el segundo capítulo de esta tesis se llevó a cabo un experimento de incubación en el laboratorio con el fin de investigar el efecto combinado del manejo agrícola y de la adición de lombrices de tierra sobre los procesos de descomposición de la materia orgánica y los ciclos de nutrientes. Los resultaros demostraron que la adición de lombrices de tierra en los tratamientos manejos más agresivos (CONV) acelera de forma significativa los procesos de descomposición de la materia orgánica, a través de su efecto positivo sobre las poblaciones microbianas y tiene como resultado y consecuentemente se liberó una mayor cantidad de CO2 a la atmosfera y se perdió por lavado una mayor cantidad de fracciones orgánicas solubles (DOC y DON), lo que representa una clara ineficiencia del uso de los recursos naturales que no se ve compensado por los fertilizantes añadidos. En cambio el manejo ORG favorece la humificación de la materia orgánica de tal manera que queda más retenida en el suelo. En vista de estos resultados, el capítulo 3 se centró en determinar el efecto del manejo agrícola sobre las actividades de las poblaciones de lombrices de tierra y microbianas y sus efectos sobre la transformaciones de la materia orgánica y el estado nutricional de las plantas de kiwi a lo largo de un ciclo vegetativo completo de la plantación. Esta investigación realizada por completo en el campo permitió constatar que los manejos CONV tienen efectos negativos sobre las poblaciones de lombrices de tierra, causando disminuciones de sus abundancias y alteraciones en la estructura ecológica de sus comunidades. Esto ha supuesto reducciones drásticas de las especies que incorporan la materia orgánica hacia capas más profundas del perfil del suelo. Si bien los suelos de los tres agroecosistemas estudiados perdieron más de un 2% del C y el 50% del N totales del suelo, fueron los manejos CONV e INT los que más favorecieron las actividades enzimáticas microbianas lo que se tradujo en una aceleración de los procesos de mineralización y nitrificación de la materia orgánica, convirtiéndose en fuentes emisoras de C (en forma gaseosa y en disolución) y de N (por lavado). En cambio, los suelos ORG han retenido más las fracciones lábiles de la materia orgánica y un mejor balance de micronutrientes, lo que se ha traducido en una mayor disponibilidad de nutrientes en las hojas y frutos y ha repercutido positivamente en la salud de la plantación, así como en la calidad y cantidad de los frutos de kiwi. Finalmente, con el fin de poder obtener información más detallada acerca de cómo las poblaciones de lombrices pueden verse afectadas por alteraciones en ambiente químico que les rodea, en el capítulo 4 de esta memoria se abordó el estudio de los cambios en la estequiometría elemental de diferentes categorías ecológicas de lombrices en suelos de cultivo de kiwi sometidos a distintos sistemas de manejo agrícola (CONV y ORG) y las posibles alteraciones en los procesos edáficos. Dado que la capacidad homeostática de los organismos se relaciona con la capacidad para seleccionar, digerir y asimilar diferentes alimentos, la clasificación de las lombrices de tierra en categorías ecológicas, que se basa en su capacidad para alimentarse selectivamente, permite obtener un conocimiento más completo de los procesos edáficos y establecer una relación entre la estructura trófica de sus comunidades y fertilidad del suelo. De acuerdo, con esta clasificación se identifican tres grupos principales: (i) epigeas-EPI, de pequeño tamaño con una coloración rojiza o rosácea, habitando la superficie, consumiendo material orgánico fresco y evitando los horizontes minerales; (ii) anécicas-ANE, de tamaño medio o grande y con una coloración normalmente parda u oscura; construyen galerías verticales que llegan hasta los horizontes minerales, pero se alimentan en la superficie y (iii) endogeas-END, de tamaño medio o pequeño y menos pigmentadas que las anteriores; ocupan de forma permanente los horizontes minerales, donde se alimentan de materia orgánica más mineralizada. Por tanto, es previsible que los cambios en las relaciones estequiométricas C:N:P de los suelos sometidos a distinto manejo agrícola condicionará su estado nutricional y sus actividades. Por ello, se diseñó un experimento de laboratorio en el que se combinó manejo agrícola y de la presencia de una comunidad de lombrices de tierra con distintos niveles de complejidad trófica (de 1 a 3 categorías ecológicas, combinadas de todas las formas posibles). Los resultaros mostraron que las lombrices de tierra exhiben una gran capacidad de regulación de sus contenidos nutricionales, al ser capaces de modificar su composición tisular en función de los nutrientes disponibles en el suelo y llegando incluso, en el caso de las lombrices EPI, a modificar su composición elemental en función de los cambios estequiométricos de los suelos asociados al manejo agrícola. Pero, no sólo el manejo influye en su capacidad de acceder a nutrientes esenciales, las relaciones inter-específicas alteran de forma significativa la asimilación de estos nutrientes esenciales y así, en el caso de las lombrices EPI mejora cuando son combinadas con otras especies, pero fue la combinación EPI*END la que demostró las mayores sinergias nutricionales positivas. Además, la presencia de las tres categorías ecológicas en los suelos favorece de forma muy significativa el incremento de los contenidos de C, N y P en el suelo y se acelera de forma significativa la descomposición de la materia orgánica, sobre todo en los suelos CONV, liberándose una mayor cantidad de C a la atmósfera (respiración del suelo) y de N a la solución del suelo. En cambio, en los suelos ORG se favorece la mineralización del P hacia formas asimilables para el cultivo. En vista de todo lo expuesto, los resultados de este trabajo indican que las alteraciones en las condiciones edafo-climáticas asociadas al manejo CONV afectan de forma negativa a las comunidades edáficas, siendo la macrofauna (lombrices de tierra) las que se ven más seriamente afectadas, que ven reducidas tanto sus abundancias totales como su estructura ecológica. En cambio, las poblaciones microbianas incrementaron su actividad y como consecuencia, se aceleraron los procesos de descomposición y se perdieron grandes cantidades de C y N del sistema. Los manejos agrícolas menos agresivos (ORG) favorecieron la presencia de una comunidad edáfica muy diversa que favorece una mayor retención de nutrientes que pasan a ser disponibles para las plantas de kiwi, las cuales producen hojas con mayor contenido nutricional y frutos de mayor calidad. Por tanto, los suelos CONV reciben inicialmente un mayor aporte de C y N totales, no son retenidos por el suelo, produciéndose una pérdida de fertilidad de los mismos y un aumento del riesgo potencial de contaminación de los acuíferos.