Procesos Microbiológicos y Ciclos de Nutrientes en el Suelo

Ciclo del Nitrógeno

Desnitrificación

La desnitrificación es una respiración anaeróbica realizada por procariotas que reduce el nitrato (NO₃⁻) a nitrógeno gaseoso (N₂). Para que este proceso ocurra, deben cumplirse ciertas condiciones: anaerobiosis, disponibilidad de NO₃⁻, presencia de carbono orgánico, una temperatura entre 20-30 °C y un pH cercano al neutro.

El efecto que causa sobre el nitrógeno (N) del suelo es que reduce su disponibilidad para la planta, disminuye la eficiencia de los fertilizantes y provoca la pérdida de nitrógeno en forma de gas. En este proceso, el nitrato actúa como aceptor final de electrones; es decir, el NO₃⁻ reemplaza al O₂ en su función dentro de la cadena respiratoria.

Nitrificación

La nitrificación es la oxidación microbiana del amonio a nitrito y, posteriormente, a nitrato. Ocurre en presencia de oxígeno y bajo las mismas condiciones de temperatura y pH que el proceso anterior. El efecto en el suelo es positivo, ya que aumenta el nitrato disponible para la planta. Este proceso ocurre en suelos bien aireados, cultivados y con buena estructura.

Es llevado a cabo por organismos quimioautótrofos, que emplean el amonio y el nitrito como dadores de electrones. El amonio se emplea como fuente de energía para la síntesis de moléculas orgánicas, mientras que el CO₂ actúa como fuente de carbono. Este proceso ocurre predominantemente en un pH básico.

Amonificación

La amonificación es la conversión de nitrógeno orgánico a amonio. Representa la mineralización del nitrógeno contenido en aminoácidos, proteínas y ácidos nucleicos. Puede ocurrir tanto en condiciones de aerobiosis como de anaerobiosis y es realizada por organismos quimioheterótrofos. Las sustancias que pueden ser amonificadas incluyen: ácidos nucleicos, lipoproteínas y urea.

Inmovilización del Nitrógeno

La inmovilización del N ocurre cuando existe una alta relación C/N (carbono/nitrógeno), especialmente cuando los restos vegetales son pobres en nitrógeno. La relación C/N disminuye a medida que se libera CO₂. Mientras dura el proceso, el nitrógeno forma parte de la biomasa microbiana y no ocurre en simultáneo a la mineralización; el NO₃⁻ asimilado formará parte del material celular.

Microorganismos Clave del Suelo

Rizobios

Los rizobios son bacterias Gram negativas, quimioheterótrofas, aerobios estrictos y pertenecen al dominio de las eubacterias.

Micorrizas

El efecto de las micorrizas se observa principalmente en suelos con pocos nutrientes. Son una asociación simbiótica entre un hongo y una planta, y su principal beneficio es la solubilización de fosfatos.

Ciclo del Fósforo

Movimiento del Fósforo (P)

Este proceso consiste en poner el nutriente a disposición de la planta a través de dos vías principales:

• Mineralización: Obtención de fósforo asimilable a partir de fósforo orgánico. Proviene de compuestos como ácidos nucleicos y fosfolípidos. Las fosfatasas son las enzimas que cortan los fosfatos y favorecen la mineralización.
• Solubilización: Obtención de fósforo asimilable a partir de fósforo insoluble e intercambiable, a través de tres mecanismos: quelación, reducción del hierro (Fe) y acidificación.

Inmovilización del Fósforo

Se refiere a la transformación del fósforo asimilable en fósforo inorgánico. Si en el suelo existe una alta relación C/P, aumenta la competencia por el nutriente; los microorganismos lo utilizan y no lo dejan disponible para la planta. Un valor de C/P de 200/1 se considera un valor crítico.

Ciclo del Azufre

El azufre es un elemento esencial para todos los seres vivos, ya que constituye proteínas, acetil-CoA, NADH deshidrogenasa y ferredoxina. Las principales fuentes son los restos vegetales, restos animales, fertilizantes y el agua de lluvia.

Sulfo-reducción

Es la conversión del azufre de forma orgánica a inorgánica. Consiste en la transformación del sulfato a sulfuro mediante respiración anaeróbica, donde el oxígeno es reemplazado como aceptor final de electrones por el sulfato.

Sulfo-oxidación

Es la transformación de sulfuro a azufre elemental (S⁰) y luego a sulfato. Se lleva a cabo por organismos fotoautótrofos y quimioautótrofos; ambos usan el S⁰ como dador de electrones y como aceptor final.

Mecanismos de Promoción del Crecimiento Vegetal

Los microorganismos promotores pueden actuar mediante mecanismos:

• Directos: Producción de AIA (ácido indolacético), solubilización de fosfatos, producción de sideróforos y fijación de nitrógeno.
• Indirectos: Producción de antibióticos, síntesis de enzimas líticas, producción de HCN (ácido cianhídrico), sideróforos y regulación del etileno.

Biopelículas (Biofilms)

Las biopelículas son comunidades de microorganismos que se adhieren a una superficie compartiendo nutrientes, obteniendo protección e intercambiando material genético y señales moleculares. Se organizan en cúmulos, lo que les facilita el acceso a los nutrientes y la eliminación de desechos.

En sistemas como el filtro por goteo, se forman biopelículas en el material de soporte. La bacteria Zoogloea favorece la formación de la biopelícula y su cohesión.