La materia orgánica de los suelos agrícolas: Formación, evolución y manejo.

Entender cómo cambia el flujo de energía, materia e información en un agroecosistema como resultado de su manejo, es clave para evitar su deterioro (Odum 2007). Los agroecosistemas son complejos y por ende presentan múltiples relaciones entre sus componentes. Muchas veces, nuestro objetivo de manejo es simplificar el agroecosistema para poder manejar grandes extensiones. Sin embargo, esta simplificación o la falta de una visión sistémica del mismo, provoca en general un deterioro del mismo y una falta de sustentabilidad a largo plazo (Rositano y Ferraro, 2013). La eficaz captura de recursos (luz, nutrientes, etc.) resulta imprescindible para poder diseñar agroecosistemas que mejoren y mantengan la productividad en el tiempo (Caviglia y Andrade, 2010).

El manejo de nutrientes de los cultivos debe ser pensado a escala de ecosistema y no solamente según la demanda y respuesta cultivo como se realiza actualmente. La materia orgánica del suelo es la principal fuente de nutrientes de los cultivos. Su pérdida conduce a una disminución de la oferta de nutrientes desde el suelo como nitrógeno (N), fósforo (P), azufre (S), entre otros; y a una reducción en los rendimientos de los cultivos. La perdida de materia orgánica del suelo en sistemas agrícolas es un proceso mundialmente y localmente conocido (Figura 1) (Álvarez, 2001; Guo y Gifford, 2002). Tradicionalmente, este deterioro fue remediado mediante el agregado de fertilizantes, utilizando un enfoque a escala de cultivo. Es decir, considerando los requerimientos y las respuestas de los cultivos.

Sin embargo, en un enfoque a escala de ecosistema nos podríamos preguntar: ¿Cuánta materia orgánica del suelo es necesaria para “alimentar” al cultivo propuesto y su nivel de rendimiento? Este enfoque cambia radicalmente el eje de análisis, ya que apunta a estrategias de manejo de largo plazo orientadas a nutrir el suelo y alcanzar los niveles de materia orgánica deseados, en vez de nutrir solamente al cultivo. Este enfoque representaría además ventajas en términos de otros aspectos del ecosistema (compactación, retención de agua en el suelo, control de malezas, etc.). La mayoría de los aspectos del manejo del ecosistema deberían ser considerados a esta escala y no solo a escala de cultivo o planta (i.e.: manejo de plagas y enfermedades) (Piñeiro et al., 2014). 

La materia orgánica del suelo es un componente clave del flujo de energía y del ciclo de los nutrientes en los agroecosistemas. Entender su dinámica de formación y descomposición es de vital importancia ya que presenta implicancias prácticas para el manejo de los agroecosistemas y el secuestro de carbono (C) en los suelos (Alvarez, 2001; Guo y Gifford, 2002). La materia orgánica del suelo es compleja y heterogénea lo cual ha dificultado enormemente el estudio de su dinámica (Cambardella y Elliott, 1993). Sin embargo, avances recientes en técnicas y equipos han permitido comprender la complejidad de la misma y su dinámica. El uso de isotopos estables de C (13C) y N (15N) como trazadores es cada vez

mas frecuente en estudios de la materia orgánica del suelo (Cerri et al., 1985). Esta técnica permite seguir o estimar los flujos de C y N entre distintos componentes del ecosistema. La combinación de ambas técnicas esta permitiendo comprender aspectos clave de los flujos de entrada y salida de ambos nutrientes al suelo.

Estas nuevas técnicas nos han permitido cuantificar la humificación de las raíces de los cultivos, la cual es muy superior a la de los residuos aéreos. Esto significa que un gramo de raíces forma unas 10 a 30 veces más materia orgánica que un gramo de biomasa aérea, dependiendo del ambiente y de las especies vegetales (Mazzilli et al., 2014; Mazzilli, 2015). En cultivos de maíz, del 100% de la biomasa producida, la mayoría se va a grano, una porción similar a tallos y hojas y menos del 10% se destina a las raíces (Figura 2).

En términos generales, estos números son similares para soja y el resto de los cultivos extensivos, provocando bajos aportes de carbono al suelo vía raíces. En términos generales, cerca de un 1% de la biomasa aérea se humifica, mientras que alrededor del 20% al 30% de la biomasa subterránea logra humificarse (Figura 2) (Mazzilli et al., 2015). Estos resultados sugieren que realizar cultivos que produzcan mayor cantidad de raíces o incluso realizar mejoramiento genético incluyendo este carácter (alta producción de raíces) podría aumentar sustancialmente la formación de materia orgánica del suelo. En este último punto, el mejoramiento genético ha sido orientado clásicamente a mayores rendimientos, sin mirar otros caracteres como la producción de raíces, y por eso las producciones de raíces de los cultivos son en general inferiores a los de plantas no mejoradas. Si bien existe cierto compromiso en la asignación de recursos, existen trabajos que muestran que se pueden seleccionar a la vez mayores producciones de raíces e incrementar los rendimientos (Kell, 2011; Glover et al., 2007). El N es un elemento clave para secuestrar C y aumentar la materia orgánica del suelo.

Algunos resultados recientes nacionales e internacionales, muestran que se ha producido un aumento en la cantidad de residuos o retorno de C y nutrientes por parte de los cultivos al suelo (Mazzilli, 2015; Berhongaray et al., 2013). La soja como leguminosa además aporta residuos de alta calidad (baja relación C:N), sin embargo aporta una baja cantidad y produce una alta extracción de N, principalmente. A pesar de esto la rotación de gramíneas y leguminosas, y principalmente el doble cultivo trigo/soja de segunda, provoca un mejor aporte total de residuos y de alta calidad (si hay leguminosas en la rotación). Esto, más la siembra directa, podría estar explicando algunos de los cambios favorables observados en sitios sin erosión y con alta frecuencia de dos cultivos por año (Figura 1, línea correspondiente a tesis de S. Mazzilli).

Considerar solamente las entradas por fertilizantes y salidas por cosecha, si bien es un avance, no alcanza para mantener los nutrientes en el suelo. Se debería realizar un balance más detallado de los nutrientes a escala de todo el ecosistema y en

el mediano-largo plazo, principalmente conociendo las perdidas (lixiviación, volatilización, etc.), y las asincronías entre mineralización (aumentos en la disponibilidad de nutrientes) y la captura por plantas o microorganismos. En esos desfasajes o asincronías es cuando se producen las perdidas de nutrientes y en donde deben estudiarse alternativas de manejo que logren evitarlas.

La intensificación, en términos de dos o mas cultivos al año, podría ser un intento de lograr capturar mayor energía en el ecosistema. En general, la realización de un cultivo al año conduce a que una gran parte del año no se intercepta energía en el ecosistema (ver soja y maíz en Figura 3). En comparación con cultivos perennes, los cultivos anuales presentan mayores picos de intercepción de energía, pero menores intercepciones totales de energía a escala anual, salvo cuando se realizan dobles cultivos como el trigo-soja (Figura 3). A pesar de ello, la mayoría del área agrícola argentina presenta un solo cultivo al año (Figura 4). Es necesario agregar nuevos cultivos en las rotaciones para intentar capturar energía y nutrientes todo el año, evitando sus pérdidas (Piñeiro et al., 2014). La energía capturada podrá ser empleada en funciones vitales del ecosistema (por ejemplo mantener la vida en el suelo, fijar nitrógeno atmosférico, o descompactar el suelo,  entre otras). La captura de nutrientes evita sus pérdidas y permite su reutilización. Es por ello que podemos pensar en la realización de distintos cultivos que llamaremos “cultivos para servicios”, ya que nos proveen un servicio distinto, pero complementario, al cultivo de cosecha (Piñeiro et al., 2014).

En la teoría ecológica reciente, se definen a los servicios ecosistémicos como todos aquellos  servicios o utilidades que nos brindan los ecosistemas. Un servicio clave de los ecosistemas es el de provisión de granos, para el cual realizamos la mayoría de nuestras modificaciones del ecosistema (sembrar cultivos, etc.). Sin embargo, el ecosistema puede proveer otros servicios (que tal vez aun no tienen valor de mercado, aunque si tienen un costo para recuperarlo), como la regulación del ciclo del N, o la polinización. La magnitud relativa en la provisión de distintos servicios ecosistémicos por parte de los cultivos o de los ecosistemas naturales se puede mostrar gráficamente como en la Figura 5 (Piñeiro et al., 2014). Estos diagramas sirven para visualizar la provisión de servicios de distintas alternativas de cultivos como se detalla a continuación. 

El deterioro del ecosistema asociado a la falta de provisión de algunos de los servicios listados en la Figura 5, ha llevado a que en los últimos años la siembra de cultivos para otros fines haya cobrado especial relevancia. Los cultivos empiezan a ser sembrados con objetivos variados que en general se pueden asociar a un servicio ecosistémico deteriorado, como ser: i) la protección contra la erosión (cultivos de cobertura); ii) la incorporación de materia orgánica (abonos verdes); iii) la retención de nutrientes (cultivos trampa); iv) la incorporación de N vía fijación atmosférica (con leguminosas); v) la descompactación del suelo; vi) el consumo de agua para disminuir las napas; vii) la cobertura del suelo para reducir la evaporación; viii) la reducción de malezas por competencia; y ix) hasta la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (Piñeiro et al., 2014).

Las funciones son muchas y diversas, pero apuntan a proveer uno o varios servicios ecosistémicos de interés. Por ello proponemos nombrar a éstos “cultivos de servicio” e incorporarlos al marco teórico de los servicios ecosistémicos, cambiando el paradigma de la revolución verde centrado en el cultivo, a un nuevo paradigma agrícola centrado en el ecosistema y sus servicios (Figura 6). La clave del éxito de los cultivos de servicios será la utilización de la energía no interceptada por los cultivos de cosecha para canalizarla hacia nuevos servicios ecosistémicos distintos al de provisión de alimentos (Piñeiro et al., 2014). Este nuevo paradigma exige nuevas líneas de investigación agronómica, con fuertes bases en ecología de ecosistemas, por ejemplo en el manejo y desarrollo de especies (y mezclas de especies) para mejorar la producción de raíces, el consumo y eficiencia en el uso del agua, la fijación biológica de N, la habilidad competitiva y la captación de nutrientes.