INTERNACIONAL: Cultive raíces para poner a trabajar a los microbios del suelo

Una conversación con la ecologista de suelos Francesca Cotrufo, Ph.D. sobre el papel que juega el suelo en la captura del carbono atmosférico.

Rodale InstituteEl libro blanco actualizado sobre el cambio climático, "Agricultura regenerativa y la solución de carbono del suelo", se publicará el 25 de septiembre. Para obtener más información, visite RodaleInstitute.org/Climate2020.

Estamos en proceso de actualización de Rodale Agricultura Regenerativa y Cambio Climático del Instituto libro blanco para reflejar la nueva ciencia sobre el secuestro de carbono del suelo y sabíamos que teníamos que hablar con usted. ¿Puede explicar cómo el trabajo reciente de su equipo está cambiando la forma en que todos deberíamos pensar sobre la materia orgánica del suelo?

En mi opinión, muchos de los problemas que tenemos al contabilizar el carbono del suelo provienen del hecho de que se ha conceptualizado como una sola cosa, cuando en realidad hay muchas formas diferentes de carbono del suelo. Podemos simplificar esas diferentes formas en dos grandes grupos funcionales: materia orgánica particulada (POM) y materia orgánica asociada a minerales (MAOM).

Queremos que la materia orgánica del suelo realice dos funciones: descomponer y proporcionar nutrientes minerales para mantener la productividad, y permanecer y proporcionar almacenamiento de carbono a largo plazo y otros servicios ecosistémicos. Es necesario que parte de la materia orgánica del suelo se entregue para apoyar el crecimiento de las plantas, esto es como usar una cuenta corriente para pagar sus facturas regulares. De la misma manera que no podemos ahorrar todo nuestro dinero —necesitamos usar una parte para sobrevivir— tampoco podemos esperar que toda la materia orgánica del suelo permanezca en el suelo a largo plazo. Parte de la materia orgánica del suelo tiene que descomponerse para que el suelo sea saludable y funcione para el crecimiento de plantas. Creo, y mi laboratorio está llevando a cabo una investigación para probar esta hipótesis, que esta descomposición proviene en gran medida de materia orgánica particulada, o POM, como lo llamamos, que se puede imaginar como residuos de plantas fibrosas parcialmente descompuestos, en particular de las raíces. Dado que POM no está protegido, a menos que esté ocluido en agregados, gira rápidamente. Los microbios no parecen utilizar POM para hacer crecer su biomasa, sino que respiran carbono POM a la atmósfera como CO2, pero las plantas utilizan el nitrógeno de POM para su crecimiento.

Al mismo tiempo, necesitamos suelos para almacenar carbono durante más tiempo para mitigar el cambio climático. Esta reserva de carbono a largo plazo está disponible para tiempos de escasez, como una cuenta de ahorros. El almacenamiento de carbono a largo plazo generalmente se procesa más microbianamente y se asocia a minerales, que lo protegen de la descomposición, haciéndolo más persistente en los suelos y también menos vulnerable a las perturbaciones. Esta es la materia orgánica asociada a minerales, o MAOM.

La metáfora de la cuenta bancaria es útil para comprender estos dos depósitos de materia orgánica, uno para uso rápido y otro para almacenamiento a largo plazo. ¿Qué otros hallazgos recientes han ocurrido en su campo en torno a la materia orgánica y el almacenamiento de carbono?

Los científicos del suelo originalmente pensaron que si colocaba residuos de plantas químicamente más complejos o muy fibrosos en el suelo, tendría una acumulación de carbono. Pero en los últimos 10 años más o menos, mucha investigación, impulsada en parte por la documento sobre estabilización de la matriz de eficiencia microbiana, señaló el hecho de que, en realidad, gran parte del carbono que persiste en el suelo está formado por compuestos simples asociados a minerales y, a menudo, es de origen microbiano, no vegetal. Para tener esta acumulación de carbono asociada con los minerales, no es necesario que coloque materiales vegetales recalcitrantes en el suelo, sino que debe asegurarse de que haya cosas como exudados de las raíces y material vegetal lábil, que los microbios comen rápido y usan para construir. su biomasa. Estos materiales vegetales solubles y compuestos microbianos pueden adherirse a superficies minerales, formando el almacenamiento de carbono a largo plazo en MAOM.

El problema es que tratamos a los suelos agrícolas como niños mimados; espero que esto no sea ofensivo para nadie; proporcionamos insumos externos continuos como fertilizantes y pesticidas, que es como proporcionar dinero continuamente a su hijo y nunca decirle 'vaya a trabajar'. No ponemos a trabajar a los microbios en el suelo e incluso atacamos su trabajo agregando fertilizantes nitrogenados. Estos insumos en realidad erosionan la comunidad del suelo y su biodiversidad. Algunos de los microbios que logran sobrevivir lo hacen porque usan el nitrógeno fertilizante para su metabolismo, pero en el proceso liberan óxido nitroso a la atmósfera, un potente gas de efecto invernadero. Además, al cultivar cultivos anuales y mejorar los cultivos para maximizar los rendimientos al tiempo que reducimos el crecimiento de las raíces, hemos reducido la entrada de residuos de raíces para suministrar nuevos POM, pero también las entradas de componentes solubles y lábiles de las plantas, como los exudados de las raíces, que finalmente generar MAOM. Al hacerlo, hemos gastado en exceso la cuenta corriente, el POM, y los suelos agrícolas ahora se hacen en la mayor parte de MAOM. Haciendo esto una y otra vez, también hemos comenzado a usar este grupo MAOM, la cuenta de ahorros que debería haber estado estable durante muchos, muchos años. Como resultado, los suelos agrícolas ahora están empobrecidos de toda la materia orgánica del suelo en comparación con los suelos naturales.

Sabiendo esto, ¿cómo pueden los agricultores dejar de arruinar el suelo y regenerarlo? ¿Qué construye estos dos depósitos de materia orgánica?

Se está volviendo muy claro que para regenerar suelos, debemos tener insumos continuos y diversos, y que en su mayoría provienen de raíces vivas. Las raíces hacen dos cosas: alimentan a los microbios con sus componentes solubles, los exudados de las raíces y otros compuestos de raíces lábiles que mantienen a los microbios activos y saludables y producen biomasa de manera eficiente que luego puede adherirse a los minerales. Por otro lado, los tejidos de las raíces son relativamente fibrosos y pueden formar materia orgánica particulada, que promueve la estructura del suelo, la retención de agua y la liberación de nitrógeno a medida que se descompone. De hecho, la otra cosa importante a entender es que el carbono no circula solo. Para almacenar carbono, necesitamos obtener el nitrógeno correcto. Queremos reducir las aportaciones externas de nitrógeno de la fertilización, porque el nitrógeno sintético estimula las bacterias que transforman el nitrógeno rápidamente y lo pierden. En cambio, necesitamos aumentar las entradas de nitrógeno producidas por el propio sistema, y ??para eso necesitamos tener un sistema con raíces y leguminosas vivas profundas, que traen el nitrógeno de forma natural. Cuando agrega el nitrógeno orgánicamente, pone a trabajar a los microbios. Cuando el nitrógeno llega a la materia orgánica que los microbios deben trabajar para remover, lo hacen de manera más eficiente, producen más biomasa que ayuda al almacenamiento de carbono y al mismo tiempo reciclan el nitrógeno para uso de las plantas.

¿Hay algún eslabón perdido importante antes de que podamos comenzar con el cultivo de carbono y el secuestro de carbono del suelo? ¿O es la ciencia lo suficientemente sólida como para que los agricultores se sientan seguros de hacer este trabajo ahora?

Creo que sabemos lo suficiente ahora que no nos vamos a equivocar. Podríamos hacerlo mejor, y tengo mucha curiosidad sobre esta relación carbono-nitrógeno y cómo usar el nitrógeno de manera eficiente para que pueda almacenar carbono, mantener la productividad y reducir las emisiones de nitrógeno y las pérdidas en el sistema de agua. Pero en general, las ideas básicas son claras, se conocen los pilares de lo que hace que un sistema se regenere. Creo que debemos pensar en el suelo como un sistema y considerar cómo las rotaciones de cultivos con insumos subterráneos diversificados, plantas perennes de raíces profundas, cultivos de cobertura y una alteración reducida del suelo ayudan a alimentar los microbios del suelo que reciclan nutrientes y acumulan minerales asociados. carbón.

Además, la contabilidad del carbono del suelo sigue siendo un gran desafío y debe medirse, verificarse y monitorearse con base en una ciencia sólida y una comprensión de las condiciones y el manejo en cada granja. Es un trabajo duro que requiere paciencia e inversión, pero es muy, muy importante y se puede hacer.

La buena noticia es que la ciencia fundamental está ahí y la estamos construyendo constantemente. Ya sabemos lo suficiente como para poder informar qué hacer, y estamos estudiando formas de mejorar la medición y gestión de estas reservas de carbono del suelo. Hay mucho interés en el secuestro de carbono del suelo en este momento. En la Universidad Estatal de Colorado, estamos utilizando un enfoque científico integrado en asociación con grandes corporaciones y muchos agricultores, y soy muy optimista de que podamos lograrlo. Pero es importante recordar que el cultivo de carbono no es una solución milagrosa para el cambio climático. Debe adoptarse junto con recortes agresivos de las emisiones de combustibles fósiles.