maría cecilia arango jaramillo microbiología del suelo

María Cecilia Arango Jaramillo

MicrobiologMicrobiología del sueloía del suelo


El suelo:El suelo:

Un biotopo,

prácticamente

ignorado


EL SUELO

Es el principal medio en el que crecen las plantas.

Es el soporte físico que continuamente les proporciona:– Los nutrientes inorgánicos– El agua– El entorno gaseoso adecuado para

los sistemas radicales.


Los nutrientes inorgánicos que utilizan las plantas provienen de la atmósfera y de la meteorización de las meteorización de las rocas de la corteza terrestrerocas de la corteza terrestre.


Meteorización de la corteza terrestreMeteorización de la corteza terrestre

Los minerales son compuestos inorgánicos que normalmente están formados por dos o más elementos en proporciones de peso determinadas

Ejemplo:

– El cuarzo( SiO2 )

– La calcita (CaCO3).


Las rocas se dividen en tres grupos según su origen y formación:

– Ígneas

• Granito, basalto, cuarzo, feldespato

– Sedimentarias

• esquistos, areniscas, piedra caliza

– Metamórficas

• Areniscascuarcita,

• Esquisto pizarra

• Piedra caliza mármol


Procesos de meteorización

desintegración física y descomposición química de los minerales y las rocas

superficiales

producen los materiales inorgánicos que formarán los suelos


Los suelos tienen diferente origen y composición

Por lo tanto la microfauna asociada a ellos también


La meteorización implica procesos:

Mecánicos

– congelamiento y descongelación

– calentamiento y enfriamiento,

Químicos

– El agua se introduce entre las partículas, y los materiales solubles se disuelven en ella.

Biológicos

– CO2 de la respiración y otras sustancias descomponen las rocas


Meteorización mecánica

El agua y el viento transportan fragmentos de roca a grandes distancias desgaste que las fracciona en partículas más pequeñas


Meteorización químia (corrosión)

Disuelven materiales menos solublesH2O + NO2 (NO3)

H2O + SO2 Ácidos


Meteorización orgánica-biológica

Los ácidos producidos por plantas y las bacterias pueden afectar las rocas.


La formación del suelo puede ocurrir en:

El mismo sitio donde la roca es meteorizada

Pueden ser transportados a otros sitios por :

– La gravedad

– El viento

– El agua

– Los glaciares.


Materia orgánica del suelo

Origen de la materia orgánica del suelo:

– Bacterias, hongos, algas, líquenes, musgos y plantas que crecen sobre o entre los minerales y las rocas erosionadas

– Plantas y animales muertos


Contribuyen a la formación de

materia orgánica

la convierten en ácido carbónico o ácidos

orgánicos

disuelven rocas.

Controlan la disponibilidad de muchos nutrientes importantes para las plantas

Los microbios en el Los microbios en el

suelosuelo


La actividad microbiana es limitada por el agua (sequía,humedad ) y estado de los nutrientes

La actividad microbiana es clave en la productividad de los suelos.


Los microbios pueden existir varios cientos de metros por debajo de la superficie de la Tierra

Los mecanismos de sobrevivencia aún no se conocen


Sección vertical del suelo:

– Variaciones en el color

– Cantidad de materia orgánica viva o muerta (incluye microorganismos)

– Porosidad

– Estructura

– Grado de meteorización.


Horizontes del suelo

Horizonte A

Horizonte B

Horizonte C


Horizonte A:

Capa superior del suelo

La región más superficial y de mayor actividad física química y biológica.

Contiene la mayor parte del material orgánico del suelo, vivo o muerto:– Grandes cantidades

de partes de plantas y hojas muertas

– Insectos y otros artrópodos pequeños

– Lombrices de tierra– Organismos

descomponedores– Nemátodos


Suelo: Horizonte A

Rocas, silicatos

Desechos orgánicos

O2, NH3, CH4, H2S

Lluvia•Inorgánicos granulados

•Residuos orgánicos, humus

•Agua (inundado, mojado)

•Gases (disueltos y difusos)

•Sistemas biológicos (raíces, insectos, microobios)

O2, N2, CO2

Capa de agua


En un gramo de suelo del horizante A pueden haber:

2500 millones de bacterias

+

medio millón de hongos

+

50 000 algas

+

30 000 protozoos


Horizonte B:

Región de acumulación


El horizonte B:

Contiene mucho menos material orgánico y está menos meteorizado que el horizonte superior.

Hay pocos microorganismos

Algunos materiales del horizonte A, llegan al B por filtración del agua a través del suelo:– Óxido de hierro– Partículas arcillosas– Pequeñas cantidades

de material orgánico


Horizonte C:

Compuesto por rocas y Compuesto por rocas y minerales fragmentados y minerales fragmentados y meteorizados de los cuales se ha meteorizados de los cuales se ha formado el suelo verdadero de formado el suelo verdadero de los horizontes superiores.los horizontes superiores.

Los microorganismos son Los microorganismos son escasos.escasos.


Composición del suelo

Los suelos están formados de materia sólida y espacio poroso

El espacio poroso es ocupado por diferentes proporciones de aire y agua, dependiendo de las condiciones de humedad.

Arcilla

Materia orgánica

Película de Agua

BacteriasHifa

Arena

Poro

CO2,H2S, CH4

O2


Los fragmentos de roca y minerales en el suelo varían en tamaño:

Partícula Diámetro

en micrómetros

Arena gruesa >200 - 2000

Arena fina >20 - 200

Limo 2 - 20

Arcilla <2


Los suelos están divididos según su textura:

Arenoso arcillosos: 35% o más de arcilla y 45% o más de arena

Limo-arcillosos: 40% de arcilla y 40% o más de limo

Margosos o francos: contienen igual proporción de arena, limo y arcilla. Ideales para la agricultura.


La textura del suelo influye en las comunidades de microorganismos porque de ella depende la aireación y la disponibilidad de agua


Intercambio de catiónico

Los nutrientes inorgánicos para microorganismos y plantas están presentes en la solución del suelo como iones.

Arcilla -

Na+

Na+

Na+

H+

Ca+

+

Ca+

+

K+

K+Na+

Cl-

Cl-

NO3-

SO4-2

HCO3-

OH-

OH-

OH-

SO4-2

HCO3-

NO3-

HCO3-


Intercambio catiónico:

Los cationes apresados por las partículas de arcilla pueden:– Ser reemplazados por

otros cationes– Ser liberados a la

solución del suelo para ser tomados por plantas y microorganismos.

Partículas de arcilla: componentes esenciales de los suelos productivos.


Los aniones (NO3-,

SO4-2, HCO3

-, y OH-) son lixiviados del suelo más rápidamente que los cationes ya que no pueden fijarse a las partículas de arcilla.

El fosfato, no puede ser arrastrado, ya que:– Forma precipitados

insolubles

– Es absorbidoabsorbido o adsorbidoadsorbidoen la superficie de compuestos que contienen hierro, aluminio y calcio.


La acidez o basicidad del suelo está relacionada con la disponibilidad de disponibilidad de nutrientesnutrientes inorgánicos para el crecimiento de plantas y microbios.

Los suelos varían mucho en su pH, y muchos microorganismos tienen un estrecho margen de tolerancia.


La gente desconoce que cuando tiene un gramo de tierra en el hueco de la mano, tiene entre un millón y mil millones de seres vivos en esa mano.


Una muestra de suelo contiene:

Insectos ápteros Arácnidos Sobretodo

filamentos de hongos y de bacterias.


La cuenta de gérmenes por suspensión- dilución muestra más de un millón de gérmenes por gramo de tierra arable

La riqueza de especies y la complejidad de la delgada capa cultivable condicionan la vida sobre la tierra, del mismo modo que la fotosíntesis.


Ciclo de la materia orgánica CO2

Fotosíntesis

Caída de ramas, hojas, frutos..

Mineralización

Humificación

Microorganismos del suelo

Microfauna del suelo

Restos vegetales desaparecen bajo

la acción de la microfauna y la microflora del

suelo


Amontonamiento de acículas de varios centímetros.

CO2 Fotosíntes

is

Caída de ramas, hojas, frutos..

Mineralización

Humificación

Descomponedores casi ausentes: hongos y bacterias

Microfauna del suelo

Acumulación

Acidez frena actividad microbiana


Papel de la microfauna del suelo:

Disgregación de la materia orgánica Diseminación de la microflora

http://www.aecientificos.es/ElSuelo.html


Aumentar las

superficies de ataque para los

microbios.

Diseminación activa con las heces de la microflora intestinal

Dis

gre

gaci

ón

de la m

ate

ria o

rgán

ica

Rein

corp

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ción

de m

icro

org

an

ism

os

al

suelo

Reutilización por otros

organimos

Heces

Invasión por los

microbios del suelo

ELECCIÓN TRÓFICA: Régimen

alimentario microfauna

Seleccionan los alimentos

para los microbios

Multiplicación de la

microflora de las heces

Diseminación pasiva

Transporte accidental en la superficie del

cuerpo


Plantas y microflora: organismos complementarios, en la mineralización de la materia orgánica

Los residuos orgánicos no consumidos van a ser degradados por la microflora. Son los hongos, en primer lugar, los que van a atacar a la materia orgánica fresca, y en el siguiente orden


Mineralización de la materia orgánicaDescomposición de hojas (Sucesión)

Tiempo (las fases pueden ser simultáneas)

Hongos: glucófilos

utilización de las

sustancias hidrosolubles

Hongos celulolíticos: metabolismo de la celulosa

Hongos lignolíticos : degradación de la lignina

Bacterias: transforman residuos fúngicos y productos no consumidos por las hifas.


Plantas y microorganismos son complementarios: unos fabrica materias carbonadas, otros libera minerales


CO2

H2O

Material mineral no utilizado por

los microorganismo

s

CAPA VEGETAL DEL SUELO

Materia inorgánica

Materia orgánica

Raíces de las plantas

Hojas de las plantas

Fotosíntesis

Microorganismos


Protección de los microorganismos ante desequilibrios ambientales

Cuando se añade materia orgánica a los suelos agrícolas, las bacterias consumen todo el carbono disponible.

Consecuencia: rarefacción, e incluso desaparición, de los microorganismos.

Para estos casos, la naturaleza ha creado sistemas de protección para que los microorganismos sobrevivan


Estructuras de protección de los hongos

Clamidospora: célula latente, con pared gruesa y cuyo contenido es rico en reservas

Esclerote: esfera cuyo envoltorio externo está constituido de hifas muertas de pared gruesa, y el centro de filamentos vivos ricos en reservas, en estado latente.


Estructuras de protección delas bacterias

Las (Gram+) forman endosporas.

Susceptibles de sobrevivir muchos años en condiciones desfavorables.

Las Gram- están desprovistas de mecanismos de resistencia

Forman agregados biológicos cuando las condiciones son desfavorables

La actividad celular y las divisiones, se hacen más lentas.


Numerosos procariotas para protegerse exudan en su superficie polisacáridos que se adhieren a láminas de arcilla.

Son estructuras que permiten la supervivencia de las bacterias

Se forman cuando las condiciones ambientales llegan a ser desfavorables

Desaparecen cuando las condiciones pedológicas vuelven a ser adecuadas


Estas formaciones tienen un diámetro que varía de 10 a 1000 mm y pueden contener varios miles de gérmenes.


La superficie de bacterias y arcillas tienen cargas eléctricas negativas, mientras que los azúcares son neutros, tienen por tanto un papel aislante.

Los azúcares tienen tendencia a retener agua, evitan evaporación en períodos secos.

Constituyen reservas. En ausencia de alimentos, las bacterias toman el carbono necesario para el mantenimiento de las funciones vitales esenciales.

Los polisacáridos tienen varias funciones:


Para los microorganismos del suelo vivir en el espacio interagregado (poros) y el agregado mismo (granos) tiene implicaciones importantes


En el espacio interagregado las condiciones son drásticas:

La humedad y la aireación varían muy rápidamente.

Este es el microhabitat colonizado por las bacterias Gram+, que poseen la facultad de producir endosporas.

Las esporas de los hongos y las de los actinomicetos, son muy resistentes a la desecación.


Por el contrario, el agregado mismo es recorrido sólo por finos capilares de alrededor 2 mm de diámetro, que sólo permiten una circulación lenta de aire y de agua.

Aparecerán rápidamente condiciones de anaerobiosis.

En este medio tan estable viven o sobreviven las bacterias Gram-.

Aunque sensibles a las modificaciones ambientales, permanecen vivas en suelos secos durante más de un año gracias a la protección de los agregados


La composición química y física de los agregados es variable.

El suelo es un medio muy heterogéneo

Está constituido de un mosaico de microhabitats cuya composición biológica varía cualitativa y cuantitativamente en función del tiempo, y de la fuente trófica disponible.


Los microorganismos que colonizan estos microhabitats difieren igualmente tanto por su morfología, como por sus requerimientos ecologicos.

Unos agregados pueden formarse alrededor de citina, desarrrollándose en su seno los llamados citinolíticos.

Otros encerrarán residuos de lignina permitiendo el crecimiento de los ligninolíticos.


IInfluencia del ambiente nfluencia del ambiente del suelo en las del suelo en las poblaciones de poblaciones de

microorganismosmicroorganismos


Aunque los microorganismos son ubicuos, en pocas situaciones existen poblaciones iguales.

Nunca se dan condiciones ambientales idénticas:

Las que favorecen la reproducción de un microorganismo, o permiten la sobrevivencia de otro, pueden ser desfavorables para la existencia continuada de un tercero.

María Cecilia Arango JaramilloEstas diferencias se reflejan en la

microflora

Los suelos cultivados y de jardín tienen abundancia de oxígeno y agua y son ricos en nutrientes aportados por las fertilizaciones

El suelo de un pinar suele ser muy ácido y su contenido en principios nutritivos es bajo

Los terrenos pantanosos están inundados, tienen poco oxígeno y contienen abundante materia orgánica en descomposición.


Para comprender la influencia de los factores que afectan la microflora del suelo es necesario:– Conocer las condiciones

normales de crecimiento de los microorganismos

– Los efectos que las condiciones extremas ejercen sobre los distintos grupos.


Factores que afectan en mayor grado a las

poblaciones de microorganismos

DISPONIBILIDAD DE OXÍGENO, AGUA Y

SUSTANCIAS NUTRITIVAS

TÉCNICAS DE MANEJO DEL

SUELO

pH DEL SUELOAcidez-

Alcalinidad

TEMPERATURA

POBLACIONES DE MICROORGANISMOS


Consideremos estos factores

separadamente,

pero deberemos tener en cuenta que de

ordinario son interdependientes.


TemperaturaTemperatura (Psicrófilos, Mesófilos y

Termófilos).

TEMPERATURA DE CRECIMIENTO DE LOSMICROORGANISMOS

Tipo demicro-

organismo

Temperaturaóptima

Temperaturas límite

Ejemplo demicroorganismo

Psicrófilas Alrededor20o C

5a30o C Achromobacter

Mesófilas 25 a 37o C 5 a 45o C Staphylococcus ,Mayoría de loshongos.

Termófilas Superior a45o C

40 a 80o C Desulfovibrio,Thermoactinomyces, Algunas algasverdes azules


Fermentación del estiércol: La temperatura puede elevarse

hasta 65 o C, destruyendo todos los microorganismos, excepto a los termófilos, como el Bacillus calfactor , Thermoactinomyces spp y los hongos termófilos.


En suelos del piso térmico tropical y premontano son más frecuentes: Fusarium, Aspergillus y Rhizopus

Penicillium crece mejor en suelos más fríos.


REQUERIMIENTOS REQUERIMIENTOS NUTRITIVOSNUTRITIVOS

Utilización de energía lumínica Oxidación quimioautotrófica de

materias inorgánicas Respiración heterótrofa de

materia orgánica Fermentación de materia

orgánica


Existe competencia entre los microorganismos por utilización de los nutrientes orgánicos e inorgánicos.


En el suelo la materia orgánica fácilmente utilizable por los microorganismos es ordinariamente reducida, lo que limita su velocidad de multiplicación.


Al añadir al suelo materiales frescos, estiércol o desechos vegetales

el número de microorganismos

aumenta rápidamente

los nutrientes se agotan

población de microorganismos vuelva nivel anterior.


Como un microorganismo determinado no puede

utilizar igualmente todos los substratos

su incidencia y proporción

varían de acuerdo con las situaciones


Opionibacterium actúa como barrendero de medios nutritivos parcialmente degradados por microorganismos.

En el rumen utiliza ácido láctico y glucosa producidos por las bacterias celulíticas y las del ácido láctico.


Lactobacillus compite eficazmente cuando existen carbohidratos simples pero es incapaz de metabolizar sustancias como lignina.

Crece bien en la leche y en el rumen pero no en el suelo.


Otros microorganismos degradan lignina y

celulosa

sobrevivien en el suelo

y en el manto en descomposición de

los bosques

Pero no en leche, donde compiten con microorganismos como Bacillus y Lactobacillus


En una población mixta solo unos pocos microorganismos son capaces de metabolizar una sustancia determinada, como insecticidas y herbicidas, estos microbios se ven libres de competencia.


Los autótrofos no compiten por nutrientes orgánicos con otros microorganismos.

Sólo compiten por luz.

Desarrollo de Nitrosomonas y Nitrosobacter es limitado por compuestos nitrogenados apropiados.


OXÍGENOOXÍGENO

Los requerimientos de oxígeno de los microorganismos varían:

Aerobios Anaerobios Microanaerobios Anaerobios

facultativos


El oxígeno determina el desarrollo de poblaciones de microorganismos en detrimento de otras.


En el ensilado, los forrajes son comprimidos y recubiertos para:– Establecer condiciones de

anaerobiosis con el fin de promover el crecimiento de microorganismos anaerobios útiles o microaerófilos como Lactobacillus

– Mientras se impide el desarrollo de los que tienden a descomponer el forraje (pudrición).


El oxígeno es esencial para muchos microorganismos fijadores de nitrógeno.

En suelos poco aireados hay competencia por el uso del oxígeno disponible y ello puede llevar a un descenso en la proporción de microorganismos aerobios

En consecuencia disminuye la fijación de nitrógeno y también de la velocidad de degradación de la materia orgánica.


El nivel de aporte de oxígeno también determina la forma de metabolización de los nutrientes.

Los anaerobios facultativos metabolizan los polisacáridos aerobicamente en presencia de oxígeno, descomponiendolos hasta dióxido de carbono y agua con alta liberación de energía.

Cuando no hay oxígeno lo hacen anaerobicamente, mediante el proceso de fermentación, en el cual la degradación sólo es parcial y con poca liberación de energía.


pH

El pH óptimo para la mayoría de las bacterias, algas y protozoos está alrededor de 7.

Con pocas excepciones estos microorganismos no crecen por debajo de un pH de 4 o por encima de un pH 9.


Los actinomicetos y las algas son sensibles a los ácidos y su pH óptimo está entre 7.5 y 8.

Thiobacillus, Acetobacter y la bacteria fijadora de nitrógeno Beijerinckia, son capaces de crecer y multiplicarse a pH entre 2.5 y 3.5.


El pH óptimo para las levaduras y los hongos varía entre 3.1 y 6.0, mientras sus pH extremos de crecimiento son 1.6 y 9.5.

Ños hongos son resistentes a los ácidos

Algunas especies de hongos crecen a pH entre 1.6 y 2.0


En suelos con pH mayores a 7 predominan las bacterias, en especial los actinomicetos, y en menor proporción los hongos. micorrizas.


El efecto del pH afecta el desarrollo de los microorganismos:

Cuando el pH baja:Declina el número de bacteriasMientras sube el de levaduras, hongos y

bacterias resistentes a la acidez. A pH extremadamente bajos la

proporción de bacterias puede disminuir hasta el 60%.


La acidez del suelo influencia las bacterias de los nódulos de la raíz de las leguminosas

En suelos ácidos suele envolverse la semilla en una capa de cal, que neutraliza la acidez circundante, promueve la multiplicación de Rhizobium y permite buena nodulación de la leguminosa huésped.


AGUA

Todos los microorganismos necesitan agua, aunque sus requerimientos varían.


Las formas vegetativas de las bacterias son menos resistentes a la desecación que los hongos o los actinomicetos.

Las endosporas termoestables producidas por las bacterias, como Bacillus y Clostridium, son resistentes a la desecación.


Las bacterias esporuladas, los actinomicetos y los hongos son los contaminantes más frecuentes del aire porque son resistentes a la desecación.


En los materiales de potencial osmótico alto el agua es poco asequible a los microorganismos.

Los suelos salinizados suelen tener presiones osmóticas altas que inhiben el crecimiento de la mayoría de los microorganismos y raíces, exceptuando los halófilos.


El exceso de agua en el suelo suele causar encharcamiento y pérdida de oxígeno en los capilares del suelo lo cual hace que disminuyan los microorganismos aerobios y aumenten los anaerobios.


Técnicas de manejo del suelo

Las poblaciones de microorganismos del suelo, se pueden:

Disminuir o erradicar por perturbaciones importantes del suelo

Favorecer con prácticas adecuadas.


FACTORES LIMITANTES DE LA MICROBIOTA DEL SUELO

Erosión y baja disponibilidad de nutrientes Fertilización mineral y correctivos Presencia de antagonistas, parásitos y

depredadores Temperatura y pH extremos Extremos en los contenidos de aire y

humedad


Textura del suelo y concentraciones tóxicas de metales pesados

Uso de plaguicidas, especialmente los de amplio espectro. Desinfección, fumigación y esterilización del suelo

Inundaciones y malos drenajes


Aradas profundas, volteo del suelo y solarización.

Sistemas de producción y explotación del suelo (monocultivo, cultivos intesivos sin manejo adecuado, minería a cielo abierto).


PRÁCTICAS QUE FAVORECEN LA DENSIDAD Y LA ACTIVIDAD DE LOS MICROORGANISMOS

Mantenimiento de la biodiversidad dentro de los cultivos y en las fincas.

Coberturas vegetales, abonos verdes y alcolchados

Inoculación de suelos y semillas con microorganismos y eliminación de competidores.


Incorporación de compost, fracciones líquidas y sólidas de biodigestores, humos, excretas, restos de cosechas y otros residuos vegetales

Agentes naturales de control: control biológico, plaguicidas botánicos, control cultural.

maría cecilia arango jaramillo microbiología del suelo

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