La sequía favorece a los hongos fitopatogénicos y promueve la liberación de CO2 en suelos de pasturas

En un trabajo de campo realizado por investigadores de la Universidad de São Paulo, en Brasil, se evaluó de qué manera puede impactar sobre la calidad de la tierra y los cultivos el aumento de la temperatura asociado al estrés hídrico

Por Karina Ninni | Agência FAPESP – Un grupo de científicos de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de Ribeirão Preto de la Universidad de São Paulo (FFCLRP-USP), en Brasil, estimó el impacto de la falta de agua y de la elevación de temperatura en suelos plantados con especies forrajeras comúnmente utilizadas como pasturas. Los resultados de esta investigación aparecen descritos en dos artículos, el primero publicado en la revista Molecular Ecology, en el mes de abril del año pasado y el segundo, en Soil Biology and Biochemistry, también en junio de 2020.

De acuerdo con el micólogo Tássio Brito de Oliveira, primer autor de ambos artículos, la sequía causó un mayor impacto en los suelos de esos pastizales que el aumento de temperatura de 2 °C –un escenario análogo a la proyección realizada por el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático de la Organización de las Naciones Unidas para el final de este siglo–, incluso en términos de liberación de dióxido de carbono por la respiración del suelo (eflujo de CO₂).

“Los períodos de sequía pueden modificar la diversidad de hongos presentes en el suelo, incrementando la cantidad de las especies causantes de enfermedades en plantas, amén de alterar su dinámica de fertilidad. Observamos también que, ante la falta de agua, el eflujo de CO₂ del suelo aumenta”, comenta Brito de Oliveira, doctor en microbiología por la Universidade Estadual Paulista (Unesp).

Los experimentos se concretaron en un área de 3.000 metros cuadrados, en un ambiente abierto del campus de la USP de Ribeirão Preto, en una instalación denominada Trop-T-FACE, construida con el apoyo de la FAPESP en el ámbito del Programa de Investigaciones sobre Cambios Climáticos Globales (PFPMCG). La instalación cuenta con dos sistemas: uno denominado FACE (Free-air carbon dioxide enrichment), que permite simular condiciones futuras de eflujo de CO_2, y otro llamado T-FACE (Temperature Free-air Controlled Enhancement), que permite que los investigadores manipulen variables tales como la temperatura y la humedad del suelo.

En el primer artículo, Brito de Oliveira y sus pares demuestran que la sequía favorece la proliferación de especies de hongos patogénicos para las plantas, tales como Curvularia, Thielavia y Fusarium, lo cual podría intensificar la aparición de enfermedades. “Esto puede erigirse en un riesgo para los cultivos, fundamentalmente para los monocultivos”, advierte.

En el texto publicado en la revista Soil Biology and Biochemistry, los investigadores evaluaron el efecto de las sequías y del aumento de temperatura en 2 °C sobre la actividad de enzimas relacionadas con los ciclos del carbono y del fósforo (liberadas por microorganismos tales como hongos y bacterias) y en la respiración del suelo. “En este segundo trabajo, vimos que el factor disponibilidad de agua fue mucho más impactante que el aumento de la temperatura con relación a las actividades de las enzimas que corresponden a las tasas de mineralización y descomposición del suelo, responsables del ciclo de los nutrientes. Y que el eflujo de CO2 del suelo también aumentó con el estrés hídrico.”

De este modo, en el caso de las pasturas estudiadas, la menor cantidad de agua en el suelo posee potencial como para aumentar la liberación de carbono hacia la atmósfera. “Este dióxido de carbono no es producido únicamente por los microorganismos del suelo: las raíces de las plantas también lo producen y liberan este gas”, afirma Brito de Oliveira, actualmente posdoctorando en microbiología en la FFCLRP-USP bajo la supervisión de la profesora Maria de Lourdes Polizeli. 

La diversidad y la fertilidad

El área donde se realizaron los experimentos se dividió en 12 parcelas. Primeramente, los investigadores prepararon el suelo y corrigieron el pH. Luego plantaron una mezcla de dos especies forrajeras comúnmente utilizadas como pasturas en Brasil (80% Stylosanthes capitata y 20% Stylosanthes macrocephala), en la misma proporción en todas las parcelas.

“Durante el tiempo de crecimiento de las forrajeras [aproximadamente cuatro meses], las 12 parcelas se irrigaron constantemente. Cuando las plantas alcanzaron el crecimiento que pretendíamos, dejamos de irrigar seis de esas 12 parcelas”, explica Brito de Oliveira.

Este experimento se diseñó para que las plantas estuviesen lo suficientemente crecidas al llegar al período de sequía y, de este modo, las parcelas que no se irrigaron quedaron expuestas a una sequía de 40 días. “El área cuenta con una estación meteorológica propia. La temperatura y la humedad del suelo se medían durante las 24 horas y la información se enviaba a un sistema de control. Estufas infrarrojas instaladas en las parcelas nos permitían mantener seis de ellas con el calor siempre 2° C arriba de la temperatura del ambiente registrada en las otras áreas”, describe.

En las parcelas se aplicaron los siguientes tratamientos: irrigación y temperatura ambiente; déficit hídrico en el suelo y temperatura ambiente; irrigación y aumento de 2° C en la temperatura, y déficit hídrico en el suelo y aumento de 2° C en la temperatura.

“Ningún tratamiento afectó la riqueza de especies de hongos [la cantidad de especies], que fue similar en las 12 parcelas. Pero la diversidad [referente al número de especies más la cantidad de ejemplares de cada una] se modificó en aquellas donde se interrumpió el suministro de agua. Donde no había estrés hídrico, una especie o dos dominaban, y el resto de ellas aparecía con una carga mucho baja de ejemplares. En tanto, donde había estrés hídrico, la abundancia entre las especies dominantes quedó mejor distribuida y no había una sola especie de estas sino varias, con aproximadamente la misma cantidad de ejemplares.”

Según los autores del estudio, las especies que registraron un aumento en la cantidad de ejemplares fueron fundamentalmente las causantes de enfermedades en plantas. “Se trata de una información preocupante, principalmente porque, al tratarse de un trabajo de campo, cuando existen interacciones con los factores ambientales, los resultados se acercan más a la realidad”, advierte el profesor del Departamento de Biología de la FFCLRP-USP Carlos Alberto Martínez y Huaman, quien coordinó un Proyecto Temático de la FAPESP vinculado al PFPMCG. El investigador recordó que el Fusarium, una de las especies patogénicas que aumentaron durante la sequía, participa también en los procesos de emisión de óxido nitroso, un poderoso gas de efecto invernadero.

Brito de Oliveira informa que la falta de agua incrementó la actividad de la fosfatasa, una enzima que solubiliza y mineraliza el fósforo. “Una hipótesis que planteamos indica que, de registrarse una merma del fosfato en la zona de la raíz, los microorganismos asociados a esas plantas elevan la producción de fosfatasa más lejos de ella, solubilizan el fosfato y lo llevan hasta la planta.  Algunos microorganismos, incluso los hongos, interactúan en simbiosis con las plantas: estas liberan nutrientes para el crecimiento de los mismos, que a cambio absorben nutrientes en el suelo y se los llevan a las plantas.”

La sequía también afectó negativamente la actividad de enzimas que actúan en los ciclos del carbono. “Tanto la beta-glucosidasa como la xilanasa, que actúan en el ciclo del carbono, fueron objeto de un influjo negativo debido a la disminución del agua, pues su ausencia merma su solubilidad. Asimismo, con menos agua, tanto las enzimas como el producto de ellas se desplazan menos en el suelo, lo que reduce movilidad de ese sustrato hasta el material que el mismo pretende descomponer, o hasta el hongo. De este modo, se interrumpen ciclos esenciales para mantener los nutrientes en el suelo, lo cual afecta su fertilidad.”

A juicio del profesor Martínez y Huaman, los estudios referentes al impacto de las sequías y al uso del agua constituyen importantes instrumentos para los tomadores de decisiones. “El contexto en que este estudio se inserta en una convocatoria conjunta del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), de la Agencia Nacional de Agua y del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación de Brasil emitida en 2015, cuando la región sudeste atravesaba una crisis hídrica.

La Agencia Nacional de Agua empezó recibir solicitudes de concesión de uso de agua para el riego de campos, y requería de bases para tomar decisiones: ¿vale la pena regar pastizales? Existía una necesidad de realizar investigaciones para saber de qué manera la falta de agua, asociada a las elevadas temperaturas, estaría afectando a los pastizales”. De acuerdo con el investigador, Brasil cuenta con 160 millones de hectáreas cultivadas con especies forrajeras para pasturas y, por ende, un mejor conocimiento del impacto de los cambios climáticos sobre los pastizales y de los pastizales sobre los cambios climáticos resulta sumamente importante y relevante. El profesor Martinez y Huaman considera que urge seleccionar especies forrajeras más resistentes a la sequía para enfrentar los cambios climáticos.