La seguridad alimentaria y la sostenibilidad ambiental dependen en gran medida de la calidad y fertilidad del suelo. Sin embargo, el uso excesivo y frecuente de herbicidas, especialmente en la agricultura convencional, ha perturbado el ambiente del suelo, cambiando la actividad, abundancia y diversidad de microorganismos y procesos bioquímicos en el suelo.
Esto puede provocar un deterioro de las propiedades físico-químicas del suelo, que en ocasiones es irreversible, y contribuye a la pérdida de materia orgánica del suelo. El desarrollo de descomponedores del suelo para residuos de herbicidas, por ejemplo en forma de geles especiales, ayudará a cambiar la situación.
El suelo es uno de los sitios más importantes de acumulación de herbicidas, donde estos compuestos interactúan con los microorganismos. La acumulación de herbicidas produce efectos tóxicos sobre la microbiota o degradación microbiana dependiendo de factores abióticos y bióticos.
Los herbicidas se adhieren a las partículas del suelo por adsorción y se absorben fuertemente en suelos con alto contenido de arcilla o materia orgánica.
Esto se debe a su gran superficie químicamente activa y, lo que confiere a los compuestos químicos una mayor capacidad de sorción. Además, los herbicidas se absorben más rápida y fácilmente en suelos secos porque no hay competencia entre el agua y estos compuestos por los sitios de unión en el suelo. Los herbicidas absorbidos por las partículas del suelo tienen más probabilidades de sobrevivir en el suelo y están más disponibles para la absorción de las plantas y la degradación química y microbiana.
Los efectos tóxicos de los herbicidas sobre los microorganismos generalmente ocurren cuando se aplican en cantidades que son difíciles de degradar en el suelo, lo que resulta en cambios en la velocidad de muchos procesos microbianos.
Por tanto, los herbicidas que actúan inactivando enzimas vegetales, como la acetil acetato sintasa o la 4-hidroxifenilpiruvato dioxigenasa, presentan toxicidad para los microorganismos. Los microorganismos en el ambiente del suelo son importantes porque realizan varias funciones clave.
El efecto de los herbicidas sobre la diversidad microbiana depende de varios factores, como el tipo y la dosis de herbicida y las condiciones ambientales. Estos últimos pueden eliminar contaminantes del medio ambiente mediante inmovilización (precipitación, biosorción, bioestimulación y complejación) y movilización (biolixiviación, oxidación enzimática, reducción enzimática, bioestimulación y bioaumentación).
Los microorganismos se protegen de los efectos tóxicos de los compuestos formando una bomba hidrofóbica o solubilizante que protege la membrana celular externa.
Además de los microorganismos, las enzimas, que son importantes tanto desde el punto de vista agrícola como medioambiental, son indicadores muy importantes para evaluar la calidad del suelo. Participan en procesos bioquímicos y ciclos de nutrientes. Todas las reacciones biológicas ocurren en el suelo a través de enzimas específicas catalizadas por sustancias que influyen en la estabilización de la estructura del suelo y los procesos vitales de los microorganismos y están involucradas en la descomposición de material orgánico y contaminantes orgánicos.
El suelo contiene enzimas que influyen en sus procesos metabólicos relacionados con las propiedades físicas, químicas, microbiológicas y bioquímicas del suelo. Las enzimas se sintetizan, acumulan, inactivan o degradan constantemente.
Algunos herbicidas, como dicamba, ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D), metolaclor y glifosato, son resistentes a la degradación ambiental y pueden representar un riesgo en la rotación de cultivos o para la salud humana.
Por lo tanto, es aconsejable buscar nuevas estrategias para eliminar estos químicos del ambiente del suelo, por ejemplo mediante la remediación de áreas contaminadas con herbicidas. Los principales objetivos de este proceso son eliminar los contaminantes del suelo, aumentar su conversión en metabolitos menos peligrosos o inmovilizarlos sin degradar la función del suelo. De todos los métodos de remediación de suelos, el uso de sorbentes es especialmente interesante, ya que cuando se agregan al suelo contaminado causan sorción e inmovilización de compuestos tóxicos, reduciendo su bioretención, infiltración y biodisponibilidad para los organismos.
Recientemente, los polímeros macromoleculares han ganado gran popularidad en el mejoramiento de suelos debido a su disponibilidad, múltiples grupos funcionales, estructura porosa, gran superficie específica y capacidad para inmovilizar contaminantes. Además, estas sustancias pueden retener agua en suelos secos, formar mantillo degradable, controlar la liberación de agroquímicos, descomponer la materia orgánica y mejorar la retención de nutrientes y el desarrollo de las plantas.
Un ingrediente activo común en las fórmulas de herbicidas es la sulcotriona, que pertenece al grupo de los compuestos tricetónicos, lo que altera la síntesis de carotenoides, destruye la clorofila e inhibe la producción de pigmentos. Esto provoca daños en las hojas y la posterior muerte de las plantas.
En este contexto, Małgorzata Baczmaga, Jadwiga Wyszkowska y Jan Kucharski, científicos del Departamento de Ciencias del Suelo y Microbiología de la Facultad de Agricultura y Silvicultura de la Universidad de Warmia y Masuria en Olsztyn, realizaron un estudio para evaluar la eficacia del hidrogel (sodio alginato) en ambientes de suelo estabilizadores sujetos a presión de sulcotriona. Esta evaluación se basa en indicadores biológicos fiables, es decir, microorganismos y enzimas del suelo.
Es importante señalar que, hasta la fecha, no se han realizado estudios que hayan evaluado la eficacia del alginato de sodio para restablecer el equilibrio de los suelos expuestos a la sulcotriona.
La hipótesis del estudio es que (i) la sulcotriona en cantidades excesivas provoca cambios en las poblaciones microbianas del suelo y la actividad bioquímica y (ii) el enriquecimiento del suelo con alginato de sodio neutralizará los efectos negativos de la sulcotriona y mejorará la calidad del suelo.
El alginato de sodio (SA) es un polisacárido extraído de las células de las algas pardas Macrocystis pyrifera , Laminaria digitata , Laminaria cloustoni y Ascophyllum nodosum , que pertenecen a la familia Phaeophyceace. Representa del 10% al 50% del peso seco de las células de las algas y tiene muy buenas propiedades, a saber, no toxicidad, biocompatibilidad y biodegradabilidad. El alginato de sodio tiene una alta capacidad de absorción de agua y aumenta la retención de agua en suelos arenosos.
En experimentos de laboratorio, se encontró que tanto el herbicida como el alginato de sodio tenían un efecto significativo en el medio ambiente del suelo. Se aplicó al suelo una cantidad de 10 g de alginato de sodio por kg, mientras que se aplicó sulcotriona al suelo en los siguientes niveles: 0,00 (C), 0,200 (R), 0,999 (5R) y 9,999 mg por kg (50R).
La sulcotriona estimuló la actividad de las deshidrogenasas, catalasa, arilsulfatasa y β-glucosidasa e inhibió la actividad de la fosfatasa alcalina, la fosfatasa ácida y la ureasa, así como la proliferación de bacterias organotróficas, actinobacterias y hongos. Esto provocó un aumento en el índice de desarrollo de colonias de bacterias y hongos organotróficos y una disminución en el índice de desarrollo de colonias de actinobacterias. También incrementó el valor del Índice de Diversidad Ecofisiológica de Hongos.
La adición de alginato de sodio al suelo aumentó el número de bacterias organotróficas, actinobacterias y hongos, así como la actividad de las deshidrogenasas, catalasa, ureasa, fosfatasa alcalina y arilsulfatasa. El hidrogel tuvo diferentes efectos sobre la actividad de la β-glucosidasa. La fosfatasa ácida mostró una disminución significativa en la actividad después de agregar alginato de sodio al suelo.
Bajo la influencia del alginato de sodio, se observó un aumento en el índice de desarrollo de colonias de actinobacterias y hongos, mientras que se observó una disminución en las bacterias organotróficas y el índice de diversidad ecofisiológica de actinobacterias y hongos.
“El alginato de sodio mejora la calidad del suelo al estimular el crecimiento de microorganismos y la actividad de la mayoría de las enzimas del suelo. Las investigaciones han demostrado que el alginato de sodio tiene el potencial de ser un sorbente prometedor para la remediación de suelos contaminados con compuestos orgánicos, es decir, herbicidas. Sin embargo, se necesita más investigación para determinar las dosis de este polímero que sean efectivas para restaurar la homeostasis del suelo”, concluyeron los investigadores.
Basado en un artículo de un grupo de autores (Małgorzata Baczmaga, Jadwiga Wyszkowska, Jan Kucharski), publicado en la revista Agriculture 2024 en el portal www.mdpi.com.
