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El uso prolongado de fertilizantes nitrogenados interrumpe los mutualismos planta-microbio

Los microbios del suelo conocidos como rizobios suministran el nitrógeno que tanto necesitan las leguminosas como el trébol ( especie Trifolium ). A cambio, las leguminosas albergan a los rizobios en nódulos en sus raíces y les proporcionan carbono. Crédito: Julie McMahon

Cuando se exponen a fertilizantes nitrogenados durante un período de años, las bacterias fijadoras de nitrógeno llamadas rizobios evolucionan para volverse menos beneficiosas para las leguminosas, las plantas a las que normalmente sirven, informan los investigadores en un nuevo estudio.

por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign


Estos hallazgos, publicados en la revista Evolution , pueden ser de poco interés para los agricultores, que generalmente cultivan un solo tipo de planta y siempre pueden agregar más fertilizante para impulsar el crecimiento de las plantas. Pero en áreas naturales adyacentes a tierras de cultivo, donde ocurre la escorrentía de fertilizantes, o en áreas donde se asientan los óxidos de nitrógeno de la quema de combustibles fósiles , un cambio en la calidad de los rizobios del suelo podría tener «consecuencias ecológicas y ambientales de gran alcance», escribieron los investigadores. .

«El nitrógeno que aplicamos a los campos agrícolas no permanece en esos campos, y la deposición de nitrógeno atmosférico no permanece en la planta de energía que lo genera», dijo la profesora de biología vegetal de la Universidad de Illinois Katy Heath, quien dirigió el estudio con Jennifer. Lau, de la Universidad Estatal de Michigan. «Así que este trabajo no se trata solo de un campo de soja fertilizado. En todo el mundo, el ciclo del nitrógeno está apagado. Lo hemos cambiado fundamentalmente».

No hace mucho, antes de la llegada de los fertilizantes industriales y el uso generalizado de combustibles fósiles, el nitrógeno del suelo era un bien escaso. Algunas plantas, las leguminosas, encontraron una forma de obtener el preciado nitrógeno que necesitaban: de los rizobios.

«Los rizobios fijan nitrógeno, desde el nitrógeno atmosférico que inhalamos y exhalamos todo el tiempo, hasta formas disponibles para las plantas», dijo Heath. «Las plantas no pueden simplemente absorberlo de la atmósfera; tienen que obtenerlo en forma de nitrato o amonio».

A cambio, las legumbres albergan a los rizobios en sus raíces y les proporcionan carbono. Esta asociación beneficia a las bacterias y le da a las leguminosas una ventaja en suelos pobres en nitrógeno. Estudios anteriores han demostrado que los fertilizantes nitrogenados pueden afectar la diversidad de especies que crecen en áreas naturales , dijo Heath. En áreas contaminadas con la escorrentía de fertilizantes , por ejemplo, las legumbres disminuyen mientras que otras plantas se vuelven más comunes.

En el nuevo análisis, Heath y sus colegas analizaron seis campos de investigación ecológica a largo plazo en la Estación Biológica Kellogg de la Universidad Estatal de Michigan. Se ubicaron dos parcelas experimentales en cada uno de seis campos diferentes. Una parcela de cada campo había sido fertilizada con nitrógeno durante más de dos décadas; la otra, una parcela de control, nunca había sido fertilizada.

Los investigadores aislaron rizobios de los nódulos de leguminosas en parcelas fertilizadas y no fertilizadas. En un experimento de invernadero, probaron cómo estas bacterias influían en el crecimiento y la salud de las leguminosas. Los investigadores encontraron que las plantas cultivadas con rizobios expuestos al nitrógeno producían entre un 17 y un 30 por ciento menos de biomasa y significativamente menos clorofila que las plantas cultivadas con rizobios de las parcelas no fertilizadas.

Un análisis genético de los microbios reveló que la composición de las poblaciones bacterianas era similar entre las parcelas fertilizadas y no fertilizadas: las mismas familias de rizobios estaban presentes en cada una. Pero los rizobios de las parcelas fertilizadas habían evolucionado de una manera que las hacía menos útiles para las leguminosas , dijo Heath.

«Este estudio nos dice algo sobre los mutualismos y cómo evolucionaron», dijo. «Los mutualismos dependen de este equilibrio comercial entre los socios, esta economía especial de nitrógeno y carbono en el suelo, por ejemplo. Y cuando la economía cambia, digamos cuando el nitrógeno ya no escasea, estos mutualismos pueden desaparecer».


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