Aportes de la biología del suelo a la agroecología

Hay tantas rizosferas como biodiversidad aérea, esto se traduce en complejidad, pero también homeostasis (figura 2.6). Los sistemas radicales se extienden y diversifican —unos más superficiales, otros más profundos— y dan origen a diferentes desarrollos aéreos y subterráneos (Marschner, 2011, p. 369): conexiones arriba-abajo-arriba.

Figura 2.6.

De las primeras plantas a las actuales, esquema hipotético de la colonización de la superficie terrestre por los sistemas radicales. Abajo dibujos ampliados de algunas especies. A. Cooksonia, B. Rhyniophyta, C. Horneophyton, D. Anthocerotophyta, E. Trimerophyta, F. Lycopodiophyta, G. Lepidodendron, H. Stylocalamites, I. Archaeopteris, J. Elkinsia, K. Rhacophyton, L. Glossopteris (helechos con semillas), M. Cordaites, N. Coniferophyta, O. Fagus, P. Fabaceae - Glycine max, Q. Poaceae - Zea mays.

Fuente: Choppin (1980); Nabors (2006, p. 504-520); Nobre Longo (2007, p. 117); Sadava et al. (2009, p. 632). Interpretado por Perea-Morera, dibujado por Salas, D. (2017).

2.2.6. La aparición del ser humano va a agregar nuevas características al proceso natural

Como se discutió en la primera sección del libro, el ser humano, como parte de la naturaleza, apareció en los últimos segundos del tiempo planetario. A los componentes del sistema biológico que lo integran —patrón, estructura y procesos— añadió un nuevo componente: la cultura (Patiño, 1988, p. 101). A las habilidades adquiridas en su proceso evolutivo —bipedismo, uso de las manos, capacidad de manipular y construir herramientas— se sumaron destrezas para pintar, escribir, para dejar memoria histórica a las generaciones futuras (Capra, 1998, p. 269; Engels, 2003, p. 8).

Así, la memoria propia de los sistemas biológicos, en la especie humana se amplía y magnifica en pensamiento y acción cognitivos construidos a través de la repetición y también de la innovación. Otros componentes de la cultura van a surgir: la palabra oral, escrita, la historia (Capra, 1998, p. 273; Gangui, 2005, p. 240; Volóshinov, 2009, p. 35). En la búsqueda de asegurar el alimento, surgió la manipulación de los ecosistemas, organizando los agroecosistemas (Harari, 2014, p. 11; Sarandón y Flores, 2014, p. 13).

La economía como fuente de recursos cambiarios y la organización social van a marcar caminos que llevarán al ser humano del trueque a los sistemas monetarios que conducirán hasta el capitalismo, con todo lo que ha significado para la cultura actual, que fomenta el deterioro y destrucción de los ecosistemas y el surgimiento de agroecosistemas con una economía ligada a la capacidad de compra antes que a la autonomía, seguridad y soberanía alimentaria (Caparrós, 2014, p. 282; Capra, 2003, p. 182; Lovelock, 2007, p. 195; Turner et al., 2003, p. 495).

A los cinco componentes señalados por pedólogos y edafólogos como factores formadores de suelos, la agroecóloga Ana Primavesi y Jorge Molina (1984) agregan un sexto, al individualizar al ser humano por su capacidad para construir epipedones antrópicos12 y/o, todo lo contrario, destruir lo que naturalmente se ha formado (p. 204). La individualización del ser humano ha sido tan importante que, como se pudo observar, los nuevos desarrollos de la ciencia del suelo tradicional hacen énfasis precisamente en el resultado de la acción antrópica, antes que en la conservación de aquellos que se han formado en un largo proceso evolutivo (Caparrós, 2014, p. 85; Capra, 2003, p. 67).

Si se analizan individualmente y luego en conjunto e interacción (figura 2.7), cada uno de estos seis componentes juega un papel importante en la organización de la piel planetaria viva expresada como suelo vivo, íntimamente ligado al transcurrir de la materia y energía fluyente en el sistema, en espacio y tiempo, mediante procesos que van a asegurar su formación, funcionamiento y conservación (Sánchez de Prager et al., 2007, p. 35, Sánchez de Prager et al., 2012, pp. 11-12; Sánchez de Prager, Rojas et al., 2017, p. 103).

Figura 2.7.

El suelo vivo, trama que se integra a partir de las interacciones de sus componentes y se expresa en formas diferentes.

Fuente: A. Inceptisoles Humíc dystrupets ubicado en Chontaduro (1713 m. s. n. m.), Palmira, Valle del Cauca, Colombia (Gallego Blanco, 2012, p. 82). B. Molisol en Camino a El Chimborazo (5300 m. s. n. m.), Ecuador, Menjivar (2011). Interpretó y dibujó Perea-Morera y Sánchez de Prager (2017).

2.3. El suelo vivo: piel terrestre tejida en interrelaciones

La conceptualización del suelo como sistema vivo, al igual que todo el marco científico que sustenta la agroecología, parte del pensamiento sistémico denominado también complejo, del griego complexus ‘lo que está tejido en conjunto’ (Morin, 1996, p. 32), puesto que permite enfatizar en cualidades que se invisibilizan desde las escuelas fragmentarias y fragmentadas.

Por ejemplo, la cualidad de la conectividad establece que las propiedades son del conjunto de las interrelaciones que aparecen en los niveles de complejidad que van surgiendo (Capra, 1998, p. 57, 2003, p. 182; Sánchez de Prager, Barrera et al., 2017, p. 255). Siempre hay un contexto, un entorno donde este suelo se forma e interactúa, por ello el pensamiento sistémico tiene inmerso el ambiente como componente, al igual que la incertidumbre ligada al azar de fenómenos que pueden suceder predecible e impredeciblemente (Capra, 1998, p. 68). De modo que la historia de los suelos a través del tiempo cobra gran valor para su comprensión y como estrategia de manejo a implementar.

Las interrelaciones de los seis eventos descritos con anterioridad en el espacio superficial terrestre y a través del tiempo (Kutílek y Nielsen, 2015, p. 13) van a ser posible el surgimiento de un cuerpo natural denominado suelo vivo, como fruto de procesos que suceden en distintas condiciones.

Para esto, inicialmente debe suceder un proceso de estructuración que se corporeiza en la formación de agregados que constituyen su patrón de organización; redes metabólicas dinámicas que van a asegurar la disponibilidad de nutrientes para los macro y microrganismos que lo habitan y superan lo alimentario. La acumulación de material orgánico e inorgánico (biomasa aérea y/o subterránea, gases, entre otros) en la superficie terrestre, complementado con un excedente que se acumula en el suelo, como material desprendido, al degradarse y combinarse con otros elementos, forma una fracción recalcitrante que se va transformando lentamente y actúa como reservorio de nutrientes y de biota. Es un sistema de regulación abajo-arriba-abajo del suelo que contribuye a la mitigación de la variabilidad y cambios climáticos. La estratificación sobre la superficie terrestre cuenta una historia y se va marcando en la medida en que el suelo madura, fruto de las interrelaciones de este tejido vivo, da como resultado las denominadas propiedades emergentes: fertilidad, productividad, resiliencia, inmunidad (salud), sostenibilidad del suelo, entre otras.

2.3.1. La estructuración del suelo se corporeiza en la formación de agregados

Los agregados, denominados peds, se consideran la unidad básica de estructura del suelo. Lavelle y Spain (2001) los describen como la «asociación de partículas que tienen mayor grado de cohesión interna y externa que aquellas que lo rodean» (p. 1). Su formación es producto de la acción conjunta de factores físicos, químicos y biológicos, orgánicos e inorgánicos que les dan diferentes grados de estabilidad y durabilidad (Lavelle y Spain, 2001, p. 2; Sánchez de Prager et al., 2007, p. 35; Van Breemen y Buurman, 1998, p. 95).

Las condiciones de clima que ocasionen sequías, humedecimiento, congelación, compactación por el uso inadecuado de maquinaria; la biota del suelo, desde los microorganismos hasta las lombrices, insectos, arvenses, grandes plantas, y todo aquello que ocasione movimiento de partículas va a influir en la formación y desintegración de los peds y, por lo tanto, en la estructuración del suelo y en la generación de condiciones ambientales que propicien la movilidad del agua, de gases, de nutrientes. Actúan como reguladores de la variabilidad climática (Lavelle y Spain, 2001, p. 143; Sánchez de Prager, 2003a, p. 299).

Autores como Tisdall y Oades (1982) separan macroagregados (con un diámetro superior a 250 µ) y microagregados (menores de 250 µ) (p. 141), mientras que los terrones son de mayor tamaño (25 mm) y se originan por el «corte y compresión del suelo durante las operaciones de labranza» (figura 2.6) (Lavelle y Spain, 2001; Sánchez de Prager et al., 2007, p. 40; Tisdall y Oades, 1982, p. 144; 2012, p. 3).

Dependiendo de los materiales que intervienen en la formación de agregados, estos pueden ser permanentes, o más bien persistentes a largo plazo, y transitorios. La estructuración permanente se ha ligado a la presencia de cationes multivalentes (Ca2+, Fe3+, Al3+, entre otros) que conforman puentes firmes con las arcillas, la materia orgánica y los microorganismos. En el caso de suelos alofánicos —ricos en hierro y aluminio, predominantes en suelos tropicales volcánicos— esta función la hacen materiales orgánicos que contribuyen a formar microagregados resistentes. La interpretación de Tisdall y Oades (1982) sigue teniendo validez en el tiempo (figura 2.8).

Figura 2.8.

Agregados o peds, como unidades estructurales del suelo vivo, constituyen una cualidad a evaluar en el suelo vivo.

Fuente: Tisdall y Oades (1982, p. 174); Sánchez de Prager et al. (2007, p. 43). Dibujo de Salas (2017).

La formación de agregados temporales —macro y microagregados— está ligada a la presencia de los sistemas radicales que ejercen una acción mecánica al envolver las partículas con las que se encuentran en la medida en que se extienden; al efecto rizosférico ocasionado por los materiales orgánicos que se desprenden como exudados, secreciones, mucílagos y lisados coloidales; a la biomasa microbiana; a todos los aportes de los organismos que habitan la rizosfera, en constante cambio; a las gomas o colas orgánicas producidas principalmente por las bacterias; a los filamentos de hongos y algas que forman redes complejas, y a la digestión de organismos, como las lombrices y fauna, que ingiere partículas de materia orgánica, las procesan en sus estómagos y luego excretan parte de estos materiales (figura 2.9).

Figura 2.9.

Macro y micro agregados del suelo, y el papel de los sistemas radicales en la formación de suelo.

Fotografía: Pereira Mosquera (2017), captada de material en el Laboratorio de Suelos Universidad Nacional de Colombia - Sede Palmira.

Todos ellos, además de lo biológico, ejercen acciones mecánicas y químicas que crean grumos o agregados estables al agua, aunque con menos resistencia, en la medida en que estos materiales son biodegradables. Sin embargo, la presencia de algunas de estas moléculas puede persistir en el suelo por periodos de tiempo considerables. Por ejemplo, las glomalinas de los hongos micorrícicos —cuya presencia puede durar más de 8 años—, las bacterias y hongos en general, con ciclos de vida cortos, aportan compuestos de lenta degradación de moléculas que se renuevan permanentemente, especialmente en sistemas agroecológicos. Esto lleva a pensar que esta acción, considerada temporal, puede durar más tiempo del que suponemos, con mayor razón con manejo antrópico adecuado.

Esta estructuración del suelo es fundamental, pues la separación de los agregados va construyendo túneles, canales ramificados por donde circulan el agua, el aire, los microorganismos, las moléculas y los nutrientes, en una sinfonía que no la escucha nuestro oído, pero la aprecia nuestra vista, pues se expresa en uniones estables y buen desarrollo de la vegetación presente (Ibáñez y Manrique, 2015; Zhao, Liu y Zhang, 2015, p. 53).

La agregación al generar poros favorece la vida sobre la superficie terrestre, que es mayoritariamente aeróbica, requiere de la libre circulación de O2 y de la movilidad de gases como el CO2, CH4, N2O (denominados gases causantes de efecto invernadero), del H2S (causante de lluvia ácida cuando se acumula en la atmósfera), N2, entre otros. Los agregados favorecen la degradación de la materia orgánica que se acumula interna y externamente, es más eficiente cuando el metabolismo es aeróbico y el material está hidratado. El movimiento del agua hacia y desde las raíces se asegura a través de estos poros que evitan que predomine un excesivo ambiente acuoso, con sus consecuencias metabólicas, y se favorece un ambiente en equilibrio fluyente. Se generan entonces condiciones que ayudan a regular la variabilidad climática. Esto adquiere especiales dimensiones dado el momento de cambio climático que vive el planeta. El suelo vivo con buena agregación se convierte entonces en componente de regulación climática.

2.3.2. Redes metabólicas dinámicas que van a asegurar la disponibilidad de nutrientes para los macro y microrganismos que lo habitan y superan lo alimentario

Al proceso bioquímico y físico de construir y degradar moléculas en un accionar permanente se denomina metabolismo. Aunque es unidad, se divide en dos etapas: anabolismo y catabolismo, con el fin de facilitar la comprensión de lo que se logra en cada una de estas fases, sin embargo, son inseparables (Madigan et al., 2012, p. 108; Madigan et al., 2015, p. 76). En el anabolismo los organismos crean moléculas a partir del ensamble de otras más sencillas con el apoyo de enzimas, condiciones ambientales, aporte de nutrientes y de agua. En el catabolismo, estas biomoléculas construidas se degradan para obtener piezas que servirán en la construcción de nuevas moléculas, ATP y agua, en una dinámica continua que asegura la vida y condiciones apropiadas para ella (tabla 2.2) (Madigan et al., 2012, p. 217; Sánchez de Prager et al., 2000, p. 94).

Tabla 2.2.

Intermediarios de origen catabólico y su relación en la biosíntesis de moléculas

Fuente: Orozco Jaramillo, (2005), p. 93.

El intercambio de materia y energía al interior y exterior del suelo requiere de la presencia de organismos que hacen diversos aportes: sintetizan la materia orgánica y la complejan en las moléculas constructoras de la vida —carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos—, producen enzimas, algunas de las cuales actúan dentro de los organismos y otras son secretadas. En su mayoría, los enzimas son proteínas y actúan como catalizadores —activan, controlan y finalizan todas las reacciones metabólicas— de síntesis y degradación de moléculas13 (Mikkelsen y Cortón, 2016, p. 41; Plou, 2016, p. 23). Además de producir las biomoléculas pilares a través del anabolismo, los microorganismos enriquecen el medio con otras procedentes del comúnmente denominado metabolismo secundario —tal vez debería llamarse metabolismo complementario—. Se ha demostrado que son fundamentales en procesos de comunicación destinados a la defensa y reproducción de quien las produce y/o como sustratos para otros microorganismos (cometabolismo) (Parés y Juárez, 2012, p. 324). Fuera de ello, en el caso de fotosíntesis oxigénica, aportan al medio O2.

En el catabolismo, estas moléculas biofabricadas se van a convertir en el insumo a partir del cual se va a obtener ATP (molécula energética de intercambio de energía reconocida por todos los organismos) y moléculas sencillas (aminoácidos, azúcares sencillos, entre otros) que constituyen los ladrillos para la construcción de nuevas moléculas complejas que garantizan el desarrollo, crecimiento, reproducción de los organismos y su constante cambio (Madigan et al., 2012, p. 5; Sánchez de Prager et al., 2000, p. 113). Cada organismo, a partir de los mismos ladrillos moleculares, construye las moléculas complejas y diferentes que lo conforman, dirigido por su ADN y las condiciones ambientales presentes. Al degradarse estas moléculas liberan agua al ambiente (figura 2.10).

Figura 2.10.

El anabolismo y catabolismo como unidad del metabolismo.

Fuente: Ronco Macchiavello (2008). Interpretó Sánchez de Prager y dibujó Perea-Morera.

Los microorganismos, y en especial las bacterias, posiblemente son los habitantes más antiguos de la Tierra con 3500 millones de años. Han tenido tiempo para ensayar y afianzar procesos metabólicos que han sido eficientes en ambientes desfavorables, en los cuales se convierten en única opción, hasta en ambientes altamente favorables. Son capaces de transformarse genéticamente y actuar en ambos ambientes.

Como se dijo con anterioridad, las primeras vías anabólicas utilizadas fueron la fotosíntesis anoxigénica que sucedía, como el nombre lo indica, en ambientes anaeróbicos, en lodos, ambientes abisales, como fuentes termales ricas en H2S, por ejemplo, protegidos de la luz solar esterilizante (Sánchez de Prager et al., 2000, p. 119). Allí generaban biomasa que catabolizaban mediante procesos como la respiración anaeróbica y la fermentación, creando un ambiente comunitario de flujo de materia y energía. Las bacterias dominaron este ambiente terrestre por cerca de 2500 millones de años y ensayaron bucles metabólicos para suplir otras, como la fijación de la fracción de N dominante en el ambiente, ya que el N2 ha jugado un papel fundamental para llenar las necesidades de este nutriente en los diferentes ambientes de vida (Capra, 1998, p. 239; Madigan, Martinko et al., 2015, p. 11, Madigan et al., 2012, p. 643; Sánchez de Prager et al., 2000, p. 92).

El bucle catalítico que transformó el ambiente de la Tierra fue la fotosíntesis oxigénica, la cual construyó biomasa aprovechando la energía solar y dio origen al O2, cuyo estado gaseoso le permitió escapar y difundirse hacia la atmósfera hace aproximadamente 1500 millones de años, lo cual es una amenaza para la vida anaeróbica, donde es un elemento tóxico (Capra, 1998, p. 245). Margulis y Sagan (1995) clasifican a la fotosíntesis oxigénica como «La innovación metabólica individual más importante de la vida en el planeta» (p. 96) pues al generar biomasa suficiente se convierte en fuente primaria de materia y energía para los organismos heterótrofos, incluido el ser humano (Sánchez de Prager et al., 2012, p. 4).

Esto es de suma importancia porque, al crecer la producción y oferta de biomasa, la vida está lista para superar la situación de agregaciones bacterianas puntuales y colonizar nuevos ambientes (figura 2.11).

Figura 2.11.

La fotosíntesis oxigénica amplía la oferta nutricional y propicia la colonización de la superficie terrestre.

Fuente: Sánchez de Prager (2017d, p. 52).

Fotografías. Plantas: Sánchez de Prager (2011b). Rizosfera, algas: Lake Five Resort (2014). Bacteria fotosintéticas: Sánchez de Prager (2003b), Lugo (2014) y 2012 Cuenta Regresiva (9 de marzo de 2015).

Diseño: Perea-Morera y Sánchez de Prager (2017). Interpretó y dibujó Sánchez de Prager y Perea-Morera.

2.3.3. Cambios ecológicos introducidos por la presencia de O2

Dada la importancia de este O2 como fruto de la innovación tecnológica bacteriana, denominada fotosíntesis oxigénica, nos detenemos en sus aportes: recordemos que se torna tóxica para la vida dominante, sin embargo, su carácter gaseoso hace que se desprenda a la atmósfera y conforme la molécula de ozono (O3), integradora de la capa atmosférica que filtra las radiaciones esterilizantes y propicia condiciones ambientales favorables para que la vida emigre del agua a la superficie terrestre. Fuera de ello, va a convertirse en agente oxidante en la medida en que surge un nuevo bucle catabólico: la respiración aeróbica, unida al surgimiento del sistema enzimático denominado ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos y al complejo flavoproteínas, citocromos, en el cual O2 es el aceptor de electrones, recibe la carga de hidrogeniones y genera H2O (Madigan et al., 2012, p. 105; Sánchez de Prager et al., 2000, p. 102). Esta innovación tecnológica de las bacterias que poseen este complejo, las capacita para obtener de la biomasa alimentaria 36 ATP disponibles, producir H2O y reducir el O2 a H2O. De manera que regula la presencia de este gas, manteniendo la humedad del planeta, evitando que los océanos se evaporaran y sumándose al ciclo hidrológico que se repite «una y otra vez entre los organismos vivos y el ambiente abiótico» (Odum, 1975, p. 4). Como si fuera poco, generó opciones metabólicas para problemas ambientales decisivos en este tiempo planetario.

2.3.4. Comprensión del hito evolutivo de la fotosíntesis y respiración oxigénica

El complejo enzimático que genera las opciones de fotosíntesis y respiración oxigénica se ubican en la membrana celular de algunas especies bacterianas, se va modificando el genoma de otras, incorporando estas características y haciéndolas más frecuentes. Así, en ese momento evolutivo, los puntos de inestabilidad de la vida se superan gracias a estas estructuras disipativas que se perfeccionaron y, aproximadamente 800 millones de años después, formaron estructuras especializadas para realizar la fotosíntesis y respiración aeróbica: los cloroplastos y las mitocondrias. La vida se diversifica, de manera que a las bacterias unicelulares (procariotas), equipadas con el mínimo necesario para que la vida prospere, se le suman microorganismos resultado de múltiples simbiosis (pluricelulares, eucariotas), en los cuales algunas células se especializan y hacen más eficientes estos procesos, como la fotosíntesis, respiración, movimiento, transporte de nutrientes en redes membranosas, entre otros.

Estas vías metabólicas conexas del anabolismo y catabolismo (figura 2.12), ensayados hasta el exceso en el agua, preparan la colonización de la superficie terrestre por organismos que quizá se movieran con frecuencia entre el agua y la superficie, acumulando biomasa inicialmente transportada en sus cuerpos, pero luego la aparición de las plantas terrestres va a permitir la acumulación de biomasa in situ y a acelerar el asentamiento de vida superficial.

Figura 2.12.

Vías del metabolismo como unidad que vinculan catabolismo y anabolismo.

Fuente: FAO (1980), Sánchez de Prager et al. (2012) p. 23.