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EVALUACIÓN DE LA MICROBIOTA PRESENTE EN SUELOS
CON DIFERENTES USOS
PROYECTO CGPI 20060774
“EFECTO DEL CAMBIO DE USO DEL SUELO SOBRE LAS POBLACIONES
MICROBIANAS EN SUELOS DE LOS TUXTLAS, VERACRUZ”
RESUMEN
La reserva de “Los Tuxtlas” es una de las áreas protegidas más amenazadas en México
debido a las demandas humanas de los recursos naturales de la región. Las principales
causas son las actividades agrícolas, el incremento de producción ganadera y el
crecimiento de la población. Por lo tanto, es necesario el manejo adecuado de los recursos
naturales y el diseño de acciones que combatan las amenazas que ponen en riesgo la
integridad de las áreas protegidas.
Hasta el momento se han hecho numerosos estudios de la pérdida de diversidad en
plantas y animales; sin embargo, con respecto a cómo reaccionan las poblaciones
microbianas a dichos cambios hay pocos trabajos.
El objetivo de este estudio fue observar el efecto qué sobre los microorganismos del ciclo
del azufre y del nitrógeno así, como de los hongos micorrizógenos arbusculares causó el
cambio de uso de suelo (selva a pastizal), en tres regiones de la reserva de la biosfera “Los
Tuxtlas”, en el estado de Veracruz. Estos sitios presentan diferentes características y grado
de perturbación. Los resultados muestran que algunas de las características físicas y
químicas del suelo como el pH y la materia orgánica se alteraron al cambiar de uso de
suelo.
Con respecto a los grupos de microorganismos estudiados, las bacterias reductoras del
sulfato y las oxidadoras del azufre presentaron diferencias entre sitios y en cuanto al uso
del suelo, ya que en algunos casos las poblaciones disminuyeron con el cambio a pastizal y
en otros se incrementó su número. Sin embargo, los microorganismos amonificantes se
redujeron; mientras que, los nitrificantes y los desnitrificantes, al parecer no sufrieron
efecto alguno con la conversión de selva a pastizal. También se determinaron la
abundancia y la riqueza de especies de los hongos que forman micorriza arbuscular,
observamos que el número de esporas se incrementó en los tres sitios con el cambio de uso
de suelo, y que en el sitio más perturbado (Venustiano Carranza) se registró la mayor
cantidad de esporas independientemente del uso de suelo. La riqueza de especies también
aumentó con la conversión del suelo; además, el incremento fue mayor en el sitio más
conservado (López Mateos).
Las poblaciones microbianas estudiadas tienen diferente reacción al cambio de uso de
suelo, esto posiblemente se deba a que este ecosistema es muy heterogéneo y las
perturbaciones o cambios se reflejan de diferente forma en cada sitio
INTRODUCCIÓN
Las selvas perennifolias de México, como las demás del mundo, son los ecosistemas de
mayor productividad biológica y diversidad de especies del planeta. Pero su enorme
complejidad en cuanto a composición, estructura y funcionamiento ecológico les confiere
una fragilidad inherente ante la perturbación antropogénica, la cual las vuelve vulnerables
a la degradación y al empobrecimiento.
La destrucción de la selva, tanto en México como en el resto de los países tropicales, ha
sido causa de una preocupación internacional cada vez mayor. En un informe publicado
por el Fondo Mundial para la Naturaleza, se señalan cuatro causas principales de
deforestación de las selvas del mundo, todas ellas aplicables a México:
- Extracción de árboles por parte de madereros tanto comerciales como consumidores
locales.
- Tumba por parte de colonizadores con fines agrícolas y ganaderos.
- Programas de desarrollo públicos y privados (por ejemplo caminos, presas
hidroeléctricas, perforación petrolera, industria, plantaciones y programas de
colonización y reubicación).
- Desastres naturales.
La mayor parte de las selvas perennifolias de México permanecieron intactas hasta
principios del siglo XX, cuando la explotación de la caoba, el cedro rojo y el chicle, aunada
a la introducción de la agricultura, empezaron a tener un impacto localizado sobre la
cobertura forestal y su composición. Pero fue en la década de 1940, cuando ciertas políticas
gubernamentales encaminadas al fomento de la colonización y el establecimiento de
ranchos ganaderos, ocasionaron una tala masiva.
La conversión de la selva en pastizales es muy directa, pues muchos ganaderos pagan a
los campesinos del lugar para que la talen y siembren pastos. Por ejemplo, en Chiapas,
durante los años cuarenta, la extensión de tierra dedicada a la ganadería bovina se elevó
del 16% del total del estado al 60% hasta 1983, y en ese mismo año, 45% del estado de
Veracruz - otrora cubierto casi por completo de selva húmeda- había sido convertido a
pastizales.
Aunque en Veracruz ya se talaron la mayoría de las selvas, todavía quedan algunas áreas
importantes. Una de ellas es la región costera montañosa "Los Tuxtlas". Esta zona ha sido
descrita como "una de las regiones faunísticamente más ricas por su tamaño en el
hemisferio occidental" y una de las tres regiones con mayor riqueza de especies y
endemismo de insectos en México. Pero dicha selva está desapareciendo a un ritmo de
entre 2 000 y 4 000 ha por año, de modo que a partir de 1950 se perdió la mayor parte de la
cobertura de selva de la región; para 1990 solo quedaba 14% del área original (Fig.1).
Figura 1. Deforestación en la parte norte de la sierra de Los Tuxtlas
La sustentabilidad ecológica del planeta es altamente dependiente de la manutención de la
biodiversidad. A nivel global, regional y local, en conjunto, los organismos vivos, desde
los microorganismos hasta las plantas y animales superiores, determinan la productividad
de los ecosistemas, controlan los ciclos de nutrientes y afectan la estabilidad climática.
Utilizando modelos microbianos, se ha sugerido que la redundancia de especies dentro de
un grupo funcional daría mayor estabilidad a un ecosistema, y sería una razón importante
para preservar la biodiversidad en términos de especies. En la misma línea, Hooper y
Vitousek muestran que la composición de especies de plantas explica más la variación en
producción y la dinámica del nitrógeno que el número de grupos funcionales presentes.
Además de proveer numerosos servicios ecosistémicos de gran importancia, al nivel de
especies, la biodiversidad proporciona una incalculable fuente de bienes a la humanidad
que tiene la potencialidad de contribuir a la consolidación y expansión de las economías
locales. Tales bienes incluyen fibras, madera, colorantes, medicinas, especies de valor en la
floricultura y horticultura. Las especies de plantas y animales de una región, a su vez,
imprimen un carácter particular a sus ecosistemas, determinando paisajes muy
característicos y frecuentemente únicos, lo que es de gran relevancia en los países cuyas
economías se apoyan en el turismo convencional y ecoturismo.
LA RESERVA DE LA BIOSFERA “LOS TUXTLAS”
La reserva de Los Tuxtlas está localizada en el estado de Veracruz en la costa del Golfo de
México entre los 180 10’ a los 180 45’ al norte del Ecuador y los 940 42’ a 950 27’ al este de
Greenwich. Forma parte de los municipios Angel R. Cabada, San Andrés Tuxtla, Santiago
Tuxtla, Catemaco, Soteapan, Mecayapan y Pajapan.
El clima de la región es cálido - húmedo en las regiones costeras y, templado- húmedo, en
las regiones altas. El intervalo más alto de temperaturas es de 270C a 360C y el más bajo es
de 80C a 180C. Durante la época de lluvia, la precipitación promedio mensual es de 486.2
mm.
Esta zona posee una enorme biodiversidad la cual solo se puede comparar con pocas áreas
en México. Se han encontrado 9 tipos de vegetación. Esto incluye bosques de hoja caduca,
bosques de encino, manglares, sabana, selva perennifolia alta y perennifolia baja, bosques
semicaducos de elevación media, bosques de pino y vegetación costera.
Debido a su topografía montañosa, se originan una gran variedad de climas, de altitudes y
de usos de suelos. Biogeográficamente, la región esta compuesta por especies acuáticas,
septentrionales y endémicas que componen un porcentaje significativo de la flora original
de América Central y del Sur. Esta considerada como una de las cinco regiones con mayor
cantidad de árboles endémicos en México, con 26 de 41 especies de árboles que se
encuentran exclusivamente en las selvas perennifolias. En general, la flora Neotropical de
Los Tuxtlas es específica de la región Caribeña y de la costa del Golfo de México. Se han
identificado aproximadamente 2695 especies de plantas vasculares, incluyendo 42
subespecies y 102 variedades, representadas en 214 familias y 6 clases.
El tipo de vegetación dominante en la sierra, que originalmente ocupaba más de 75% de su
superficie, es la selva húmeda (selva alta perennifolia sensu Miranda y Hernández X. ó
bosque tropical perennifolio sensu Rzedowski]. Ésta va desde el nivel del mar hasta los 700
m s.n.m., aunque por algunas cañadas puede subir hasta los 1,000 m. A partir de los 700 m
la selva húmeda se intercala con el bosque mesófilo de montaña que la desplaza por
completo a los 900 m. En la ladera sur del volcán Santa Marta y asociados con suelos muy
intemperizados y pobres encontramos manchones de pinares y bosques de pino-encino,
intercalados con selva húmeda hacia las partes bajas y con el bosque mesófilo hacia las
altas. En laderas con pendientes muy pronunciadas, cimas de los volcanes y sobre suelos
arenosos encontramos a la selva baja perennifolia (Fig. 4).
La fauna de la región es tan diversa como la vegetación. La ictiofauna incluye tanto
especies de agua dulce como de estuarios. Se han encontrado 109 especies, con 78 géneros
en 36 familias, siendo algunas de estas especies endémicas del lago de Catemaco.
Figura 4. Zona de la reserva en Los Tuxtlas
RIQUEZA DE ESPECIES
Por muchas razones, la especie es la moneda básica de la biología y el centro de buena
parte de las investigaciones realizadas por ecólogos y conservacionistas. El número de
especies se puede contar en cualquier lugar en que se tomen muestras, en particular si la
atención se concentra en organismos conocidos (como mamíferos o aves); también es
posible estimar este número en una región o un país (aunque el error aumenta con la
extensión del territorio). Esta medida, llamada riqueza de especies, constituye una posible
medida de la biodiversidad del lugar y una base de comparación entre zonas. Es la
medida general más inmediata y, en muchos aspectos, más útil de la biodiversidad.
La riqueza de especies varía geográficamente: las áreas más cálidas tienden a mantener
más especies que las más frías, y las más húmedas son más ricas que las más secas; las
zonas con menores variaciones estacionales suelen ser más ricas que aquellas con
estaciones muy marcadas; por último, las zonas con topografía y clima variados
mantienen más especies que las uniformes.
El interés creciente por la conservación de la biodiversidad ha llevado a un esfuerzo por
definirla y averiguar por qué existe y cómo se pierde. En general las expresiones ecólogos
y conservacionistas se refieren a la riqueza en especies (diversidad alfa). Pero la diversidad
existe dentro de lo que denominamos especies. Justamente la presencia de distintos alelos
para cada gen (variación) es la fuente primordial de materia prima para el proceso
evolutivo. Además la biodiversidad se manifiesta en la heterogeneidad a nivel de
ecosistema (diversidad beta) y en la heterogeneidad a nivel geográfico (diversidad
gamma).
El interés creciente por la biodiversidad se debe, en primer lugar, a la riqueza en plantas y
animales, la cual tiene un valor incalculable: es el patrimonio natural, resultado de la
evolución, es decir, de un proceso histórico que ha ocurrido en el tiempo y es irrepetible.
Pero además, la pérdida de biodiversidad por simplificación de los ecosistemas y en los
últimos años por introducción de subproductos tóxicos, es el más importante e
irreversible, efecto directo o indirecto de las actividades humanas.
Los ecosistemas modificados por el hombre, no pierden necesariamente productividad en
biomasa, pero prácticamente en todas las ocasiones pierden biodiversidad.
EL SUELO COMO HÁBITAT DE LOS MICROORGANISMOS
El suelo es la capa más externa de la corteza terrestre la cual posee tres fases, una sólida
formada por material mineral y orgánico, una fase líquida y una gaseosa. El tipo y
composición de la materia mineral está dado por las características de las rocas de las
cuales se origina, así como de sus procesos edáficos. La porción inorgánica influye en la
disponibilidad de nutrientes, aireación, retención de agua, entre otros aspectos. Los
microorganismos son la parte viva y más activa de la materia orgánica y entre ellos
tenemos algas, nematodos, hongos, protozoarios, virus, bacterias y su composición y
cantidad es variable. También podemos decir que el suelo es un recurso vivo, dinámico,
compuesto de diferentes partículas minerales, materia orgánica y numerosas especies de
microorganismos morfológica y fisiológicamente distintos (Fig. 5). Un gramo de suelo
puede contener miles de especies de microorganismos y billones de individuos que
forman parte de comunidades complejas que son susceptibles a los cambios en el
microambiente.
Generalmente, es un hábitat favorable para la proliferación de microorganismos y en las
partículas que lo forman se desarrollan microcolonias. Los microorganismos del suelo
tienen un papel preponderante debido a su gran diversidad de funciones como son la
descomposición de compuestos orgánicos, la reducción de nitrógeno a amonio y la
degradación de contaminantes, las cuales son importantes en la restauración de los suelos
y la vegetación.
Las bacterias son los microorganismos más sobresalientes porque son capaces de crecer
rápidamente y de descomponer una gran variedad de sustratos naturales, además
podemos encontrar en el suelo bacterias autótrofas que utilizan la luz como fuente de
energía, que es el caso de las cianobacterias o las que oxidan compuestos inorgánicos las
conocidas como quimiolitotróficas. Típicamente, se encuentran de 106 a 109 bacterias por
gramo de suelo. Dependiendo del tipo de suelo, este puede favorecer el desarrollo de las
poblaciones con un metabolismo particular. En contraste, los hongos constituyen la
proporción más elevada de la biomasa microbiana del suelo. Pueden presentarse como
organismos de vida libre, en asociaciones micorrízicas o como fitopatógenos. Se
encuentran principalmente en los 10 cm superiores del suelo y raramente están por debajo
de los 30 cm. La mayor abundancia de estos últimos se da en suelos ácidos y bien aireados.
Los actinomicetos están ampliamente distribuidos en el suelo y son igual de abundantes
que las bacterias típicas. Particularmente, en suelos de pH elevado, son saprófitos, aunque,
algunas especies pueden provocar enfermedades a las plantas, animales e incluso al
hombre. Son microorganismos que producen filamentos delgados, ramificados que
asemejan un tipo de micelio, aunque comparten características morfológicas con los
hongos son considerados bacterias ya que son procariotes.
El tamaño de la comunidad depende del tipo de suelo, específicamente de algunas
características físicas, del contenido de materia orgánica y del pH del medio. Tanto en
terrenos vírgenes como en cultivos, constituyen del 10 al 15% de la comunidad total de
microorganismos. Pero son menos comunes en suelos húmedos y de pH menor a cinco.
Participan en la degradación compuestos recalcitrantes, en la formación del humus y en
las transformaciones de residuos a altas temperaturas como en las compostas y abonos.
En casi todos los suelos están presentes las algas, estos microorganismos no son tan
numerosos como las bacterias, actinomicetos y hongos por lo que la falta de una
apreciación suficiente de este grupo se puede atribuir en parte a su número usualmente
reducido. Sin embargo, son abundantes en hábitats en los cuales la humedad es adecuada
y la luz es accesible. Su desarrollo en la superficie de suelos vírgenes o cultivados se nota a
simple vista por el desarrollo de un color verde. Son unicelulares o pueden presentarse en
pequeños filamentos, son fotoautotróficas y menos complejas que las algas marinas.
Las cianobacterias pueden tener una gran importancia agronómica en ciertos cultivos
como arrozales inundados. Su acción microbiológica puede estar asociada con la
utilización de nitrógeno atmosférico, la liberación de O2 ó excreción de productos que
estimulan el desarrollo de las plantas.
El tamaño y la actividad de la microfauna están estrechamente relacionados con la
densidad bacteriana. Los protozoarios se encuentran en gran abundancia cerca de la
superficie del suelo. A pesar de la ubicuidad y abundancia de los protozoarios, se sabe
poco de sus funciones en el suelo, aunque la más evidente es la regulación del tamaño de
la comunidad bacteriana.
El suelo es un recurso finito y no renovable porque su regeneración requiere periodos
muy largos. Su deterioro es un problema que involucra la salud del hombre y de los seres
vivos. El suelo, por si mismo, es un filtro ambiental que remueve sólidos y gases
indeseables del aire y del agua ya que inmoviliza ó altera a ciertas sustancias para
volverlas no tóxicas, sin embargo el grado de efectividad de la desintoxicación que lleva a
cabo se refleja en los componentes biológicos del sistema.
La fertilidad del suelo no solo depende de su composición química sino también de su
composición microbiológica. A pesar del pequeño volumen que los microorganismos
ocupan en el suelo, son la pieza clave en los ciclos del nitrógeno, azufre y fósforo y de la
descomposición de la materia orgánica.
En las selvas, la degradación de la materia orgánica la realizan principalmente hongos,
bacterias, termitas y otros insectos. Una vez que la degradación termina, los nutrientes
liberados pasan muy poco tiempo disueltos en el agua del suelo antes de que los absorban
las hifas de los hongos micorrizógenos o los pelos radicales de las raíces. Vale la pena
recalcar que esta comunidad biótica subterránea, así como su ecología, son poco
conocidas.
LOS CICLOS BIOGEOQUÍMICOS
Algunos elementos minerales intervienen en funciones importantes del crecimiento y
metabolismo de todos los organismos, por lo tanto, los inmovilizan, y los liberan como
consecuencia de la descomposición de la materia orgánica.
En estos ciclos se llevan a cabo cambios físicos y químicos en los diferentes elementos
presentes en la ecósfera como el carbono, nitrógeno, azufre, fósforo, entre otros. Diversos
seres vivos participan en ellos, pero los microorganismos, debido a su ubicuidad,
capacidades metabólicas diversas y a sus altas tasas de actividad enzimática, desempeñan
el papel principal en el conjunto de estas transformaciones.
Para entender con mayor claridad y facilidad, a los diferentes ciclos se les estudia por
separado, así tenemos al ciclo de carbono, del nitrógeno, del agua, entre otros. Sin
embargo todos están relacionados y son interdependientes dentro del medio. De modo
semejante, la descomposición de la materia orgánica incluye la mineralización simultánea
del carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, y otros elementos. Los ciclos son inseparables en
cuanto a naturaleza, por lo que las tasas de flujo y los tamaños de los reservorios de un
ciclo pueden influir en los de otro.
Por lo general, los ciclos biogeoquímicos incluyen mecanismos de control por
retroalimentación negativa, de modo que cualquier nivel de la poza o de la tasa de flujo
anormalmente elevados, pueden corregirse y el sistema regresa al estado de equilibrio.
En la actualidad, el hombre destruye o desecha grandes cantidades de materiales que en
escala local son suficientes para afectar a los ciclos. La conservación de la vida depende de
la reciclación continua de materia inorgánica y la descomposición de compuestos
orgánicos para producir los sustratos que requieren otros organismos.
El crecimiento de un organismo, el tamaño y la productividad de una comunidad están
limitados por los factores ambientales ya sean bióticos o abióticos, que están próximos al
nivel mínimo crítico requerido para mantener la vida. De esta manera, los bajos niveles de
oxígeno y nutrimentos disponibles con frecuencia limitan el crecimiento de organismos
aerobios o las sustancias potencialmente tóxicas pueden alcanzar concentraciones
perjudiciales, o la materia disuelta en lagos salados puede producir presiones osmóticas
tan altas que el agua sea fisiológicamente inservible.
MICORRIZAS
La micorriza es la asociación mutualista entre algunos hongos del suelo y la raíz de la
mayoría de las plantas. La planta se beneficia con la incorporación de nutrientes y la
absorción de agua, al estar en contacto, a través del micelio externo del hongo con un
mayor volumen en suelo. También recibe beneficios adicionales tales como resistencia a
estrés hídrico, exclusión de patógenos radicales y tolerancia a metales pesados. Por su
parte, el hongo obtiene carbohidratos y otras fuentes de carbono para su metabolismo,
además de contar con un hábitat el cual lo protege de antagonistas.
La micorriza es una condición común en la mayoría de las plantas terrestres incluyendo
las cultivadas. Esta simbiosis mutualista está ampliamente distribuida entre las familias
vegetales y parece haberse dispersado y evolucionado junto con las primeras plantas
terrestres. Se han reconocido diferentes tipos de micorriza, las cuales se agrupan en
endomicorriza, ectomicorriza y ectendomicorriza. Están descritos diversos tipos de
endomicorrizas las cuales se caracterizan por las estructuras que se forman dentro de la
raíz, así como por las plantas y los hongos involucrados, así tenemos a la micorriza
arbuscular, la arbutoide, la ericoide, y la orquideoide, dentro de este grupo. Mientras que
la monotropoide comparte características de la endomicorriza con la ectendomicorriza.
Las plantas exhiben diferentes grados de dependencia frente a la micorriza. Algunas son
micotrofas obligadas y por lo tanto, ven severamente disminuido su desarrollo si no
cuentan con esta asociación; otras son micotrofas facultativas, pues bajo ciertas
condiciones crecen mucho mejor con ella.
Los hongos que forman micorriza se encuentran en la mayor parte de los suelos y deben
ser considerados como un recurso biológico, cuyo estudio y manejo adquiere cada vez más
relevancia en agricultura, silvicultura y conservación de ecosistemas naturales
OBJETIVO GENERAL
• Analizar el efecto del cambio de uso de suelo sobre las poblaciones microbianas
que participan en los ciclos del azufre y del nitrógeno y la de los hongos
micorrizógenos arbusculares.
OBJETIVOS PARTICULARES
A partir de muestras de suelo de selva y pastizal obtenidas de tres regiones de Los Tuxtlas:
• Determinar algunas características físicas y químicas del suelo en las áreas de
estudio
• Cuantificar los microorganismos que intervienen en la amonificación, nitrificación
y desnitrificación
• Cuantificar los microorganismos que intervienen en la reducción del sulfato y la
oxidación de azufre elemental
• Determinar la riqueza y abundancia de especies de hongos micorrizógenos
arbusculares
MATERIALES Y MÉTODOS
MUESTRAS
Las muestras de suelo fueron tomadas durante diciembre del 2003 y enero del 2004 en los
ejidos López Mateos, San Fernando y Venustiano Carranza, los cuales son parte de la
reserva de "Los Tuxtlas". Esta época del año corresponde al término de la temporada de
lluvias de la región. Se seleccionaron 3 parcelas para cada uso de suelo (selva y pastizal),
en cada una de ellas, se marcó al azar un punto y a su alrededor, se trazaron 2 círculos
concéntricos a una distancia aproximada de 3 y 6 metros de radio respectivamente. Sobre
cada uno de los dos círculos, se tomaron ocho submuestras (en total 16 submuestras) a una
profundidad de 20 cm con la ayuda de un muestreador de suelos. Las 16 submuestras se
mezclaron para formar una muestra compuesta, cada una de las cuales fue almacenada a
4oC de temperatura, en bolsas de plástico. Dado que se realizó la recolección en tres
parcelas y en dos usos de suelo en cada uno de los tres ejidos, en total se analizaron 18
muestras.
En la tabla 2 se citan las principales características de los tres ejidos, los cuales presentan
diferencias en altitud, tipo del suelo, pH, precipitación pluvial media, cobertura y tamaño
del bosque tropical.
Tabla 2. Características distintivas entre los tres ejidos.
Variable López Mateos San Fernando Venustiano Carranza
Clima Calido y húmedo (> 220C)
Calido y húmedo (> 220C)
Calido y húmedo (> 220C)
Tipo de suelo Andisol Acrisol Luvisol
Precipitación (mm) 2000 y 2500 1182.7 2900
Textura Migajón arcillo-arenoso
Migajón arcillo-arenoso
Migajón arcillo-arenoso
Principal uso de suelo
Conservación del bosque tropical
Plantaciones de café
Pastizales para ganadería
Cobertura de bosque tropical 76.85% 49.55% 27.23%
Tamaño del ejido 571.99 Ha 2192.32 Ha 970.73 Ha
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL SUELO
Determinación de materia orgánica
Se pesaron 0.25g de cada suelo y se cuantificó la cantidad de materia orgánica con el
Método de Walkey y Black.
Medición de pH
Se determinó pesando 5 g de cada muestra de suelo y se suspendieron en 10 mL de agua
(1:2 p/v). Se utilizó un medidor de pH modelo H198103 marca Hanna.
Humedad Relativa
Se pesaron 10 g de suelo en una caja Petri y se colocaron en una estufa a 800C durante 48
horas. Con la diferencia de pesos, se calculó la humedad relativa.
CUANTIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS QUE INTERVIENEN EN LAS TRANSFORMACIONES DEL CICLO DEL NITRÓGENO POR EL MÉTODO DEL NÚMERO MÁS PROBABLE (NMP)
Procedimiento Se pesaron 10 g de suelo de cada una de las muestras de selva y de pastizal de las tres
localidades estudiadas, se suspendieron en 90 mL de agua destilada estéril en un frasco de
dilución. Se realizaron diluciones decimales hasta 10-8. Todas las diluciones se sembraron
en medios selectivos: para los desnitrificantes el propuesto por Pochon y Tardieux; para
los microorganismos nitrificantes y amonificantes los medios descritos por Subba Rao.
Todas las diluciones de sembraron por triplicado. Se incubaron a 280 C durante tres
semanas.
Interpretación del crecimiento
Al término del tiempo de incubación, se realizó un ensayo para detectar el crecimiento
microbiano en cada grupo fisiológico estudiado.
a) Amonificantes: Se tomó un mL de medio al cual se le agregaron dos gotas del reactivo
de Nessler, el cual forma un precipitado naranja con la presencia de amonio
b) Nitrificantes: Se tomó un mL de cada medio inoculado y se transfieron a otro tubo
limpio para agregar dos gotas del agente modificado de Griess- Ilosvay. La presencia de
nitritos se detectó con la formación de un complejo color rosa mexicano o fucsia.
c) Desnitrificantes: Se le agregaron dos gotas de difenilamina ácida a cada uno de los
tubos, sí no había crecimiento, el medio se tornaba de color azul momentáneamente. Por el
contrario, sí la prueba era positiva no había reacción con la difenilamina, y en algunos
casos se observaban burbujas debido a la formación de nitrógeno gaseoso.
Con base en las reacciones anteriores, se dió por positivo o negativo el crecimiento, con el
fin de establecer el número característico y la dilución elegida para encontrar el número
más probable usando las tablas de Mc Grady.
CUANTIFICACIÓN DE MICROORGANISMOS QUE INTERVIENEN EN LAS TRANSFORMACIONES DEL CICLO DEL AZUFRE POR EL MÉTODO DEL NÚMERO MÁS PROBABLE (NMP)
Procedimiento
Se pesaron 10 g de suelo de cada una de las muestras de selva y de pastizal de las tres
localidades estudiadas, se suspendieron en 90 mL de agua estéril en un frasco de dilución.
Se realizaron diluciones decimales hasta 10-8. Todas las diluciones se sembraron en medios
selectivos: para los reductores del sulfato el medio modificado por Lapage y para los
oxidadores del azufre elemental el de Starkey. Los medios se incubaron a 28ºC por un
período de tres semanas.
Interpretación del crecimiento
Después de la incubación de los medios de cultivo empleados, se cuantificaron los tubos
positivos y los negativos para los reductores del sulfato y para el caso de los oxidadores
del azufre, se realizó la reacción para la detección del producto que se obtiene debido a su
crecimiento.
a) Bacterias Sulfato Reductoras: Su crecimiento se consideró positivo con la formación de
un precipitado negro en el medio de cultivo, el cual se origina al reaccionar los sulfuros
(productos de la reducción del sulfato) con hierro presente en el medio.
b) Oxidadores del azufre: Se tomaron muestras de un mL de cada medio inoculado y se
les agregaron 2 gotas de HCl concentrado y 5 gotas de cloruro de bario al 5%. La prueba
era positiva sí se formaba un precipitado blanco (sulfato de bario), debido a la oxidación
del azufre hasta sulfato por acción de las bacterias quimiolitotróficas. El número más
probable se obtuvo utilizando las tablas de Mc Grady como se indica en el apéndice.
DETERMINACIÓN DE ABUNDANCIA Y RIQUEZA DE ESPECIES DE HONGOS MICORRIZÓGENOS ARBUSCULARES Obtención y cuantificación de esporas
Se pesaron 25 g de cada uno de los suelos y para separar las esporas se realizó la técnica de
tamizado húmedo y decantación, seguida de una centrifugación con un gradiente de
sacarosa (20 - 60%). Las esporas obtenidas se separaron usando un microscopio
estereoscópico.
Con las esporas de cada muestra se hizo una preparación permanente usando el método
propuesto por Koske y Tessier, para esto, se colectaron las esporas en un vidrio de reloj
con agua destilada, usando una pipeta Pasteur con punta fina, posteriormente se
transfirieron a un portaobjetos con la menor cantidad de agua posible, una vez que se
evaporó el agua se les agregó una gota de alcohol polivinilico-lacto-glicerol y otra del
reactivo de Melzer, se mezclaron perfectamente bien y se dejó secar un poco al aire y por
último se cubrieron con un cubreobjetos, todas las preparaciones se dejaron secar en cajas
de petri tapadas a temperatura ambiente por un día. Las preparaciones se presionaron con
una goma de lápiz para romper las esporas y observar las capas de sus paredes.
Para determinar la abundancia, se observaron al microscopio óptico y se contaron las
esporas de cada preparación de las 18 muestras, obteniendo el número de esporas/100 g
de suelo seco.
Ejemplo del cálculo: Se contaron 8 esporas en el sitio LM01 de selva, la humedad relativa
fue del 31% por lo que el suelo seco pensaba 69 g. Para obtener el número de esporas en
100 g de seco seco:
Si 8 esporas es a 69 g
X esporas es a 100 g
Con la regla de tres, se obtuvieron 12 esporas/100g de suelo.
Identificación de especies
Para la identificación de las especies se tomaron en cuenta las siguientes características de
cada espora: tamaño, color, ornamentación, el número de capas de la pared, modo de
oclusión de la hifa, forma de la hifa, presencia o no de vesículas lipidicas. Se hizo un
borrador numerando cuantas esporas tenían las mismas características. Para la
identificación definitiva de las morfo-especies se consultaron: la página web de la
Colección internacional de hongos micorrízicos arbusculares y vesículo-arbusculares
(INVAM), el manual para la identificación de hongos micorrízicos arbusculares de
Schenck y Pérez y las descripciones morfológicas originales.
Para la obtención de la riqueza de especies se contabilizaron todas las especies presentes
en cada sitio y uso de suelo. Posteriormente, se promedió el número de especies presentes
en las tres muestras de cada ejido y de los dos usos (selva y pastizal).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS SUELOS
Se ha demostrado que las características físicas y químicas del suelo, en diferentes grados,
pueden afectar la actividad y dinámica de las poblaciones microbianas. Entre estas
variables ambientales están la humedad, la aireación, la temperatura, la materia orgánica,
la acidez y los nutrientes minerales.
En la selva tropical perennifolia predominan los suelos con pH ácido, característica que
presentan los suelos estudiados, siendo los del ejido San Fernando los que presentan
mayor acidez, lo cual se debe a que una de las propiedades de los acrisoles es tener una
acidez alta. Con el cambio de uso de suelo de selva a pastizal, el pH se incremento en una
unidad en los ejidos López Mateos (Andisol) y San Fernando, mientras que en Venustiano
Carranza (Luvisol) hubo una ligera disminución.
El suelo que presentó mayor porcentaje de humedad relativa es el del ejido López Mateos,
esto posiblemente se puede atribuir al tipo de arcilla que presenta, a su contenido de
materia orgánica y que por ser la selva menos perturbada y con mayor vegetación haya
una menor evaporación. En cuanto al cambio de uso de suelo, tenemos que en el ejido de
López Mateos hubo un incremento de la humedad del 3% mientras que en San Fernando
disminuyó un 13% y en Venustiano Carranza un 8%.
Es posible que la disminución del pH en Venustiano Carranza y el aumento de humedad
en López Mateos sean variaciones intrínsecas del sitio.
La materia orgánica es imprescindible para el desarrollo de los microorganismos del suelo,
cualquier perturbación en la actividad microbiana produce cambios en la descomposición
de la materia orgánica y por lo tanto en la disponibilidad y el reciclado de nutrimentos en
el ecosistema. El mayor contenido de materia orgánica en los suelos de selva se registró en
San Fernando (8.04%), seguido del ejido López Mateos (5.5%), mientras que en Venustiano
Carranza el contenido de materia orgánica resultó ser menos de la mitad de lo que se
cuantificó en el primero (3.27%).
Con respecto al cambio de uso de suelo, el contenido de materia orgánica diminuyó en
López Mateos y San Fernando (15 y 20% respectivamente), mientras que en Venustiano
Carranza se observó un incremento del 34 %, esto indica una descomposición más lenta y
por lo tanto acumulación de materia orgánica. La historia de la transformación de una
selva, es un dato que contribuye a explicar los cambios en el contenido de la materia
orgánica ya que se ha visto que durante los primeros años de haberse removido la
vegetación la materia orgánica aumenta y también es muy importante saber la edad de
formación del pastizal ya que la acumulación de materia orgánica es diferente en un
pastizal joven que en uno maduro.
Al comparar las variables estudiadas vemos que los resultados varían dependiendo del
lugar, esto tal vez se deba a que los tres sitios analizados tienen tipos de suelos diferentes
así como grado de perturbación (L. Mateos es el más conservado y V. Carranza es el más
perturbado). También hay que considerar que los terrenos no son iguales, es decir, hay
zonas planas y vertientes. Desafortunadamente, desconocemos los periodos en los que se
iniciaron las trasformaciones de la selva y el establecimiento de los ejidos, lo cual nos pudo
haber sido útil para explicar con más detalle las diferencias entre los sitios.
Las perturbaciones naturales (huracanes, caída de árboles, deslaves, erosión pluvial,
incendios, sequías, entre otros) son factores que también aumentan la heterogeneidad de
los habitats y promueven la diversidad en las selvas lo que también puede influir en las
zonas estudiadas.
MICROORGANISMOS DEL CICLO DEL NITRÓGENO
De los elementos que se encuentran en el suelo, el nitrógeno es el que requieren las plantas
en mayor proporción y también es el más susceptible a las transformaciones microbianas.
En el ciclo del nitrógeno, la amonificación, nitrificación y la desnitrificación son de los
procesos más importantes.
En esta investigación, los microorganismos amonificadores constituyeron la población más
abundante con respecto a los demás grupos microbianos evaluados. Esto se puede atribuir
que todos los suelos analizados fueron ricos o extremadamente ricos en materia orgánica.
Comparando los sitios, en López Mateos y en Venustiano Carranza se detectaron las
poblaciones más abundantes. Con la conversión del suelo a pastizal, se observó una
reducción de la población en L. Mateos de 180 millones a 5 millones; en V. Carranza la
reducción fue 150 millones a 10 millones de mientras que en San Fernando la disminución
fue de 70 millones a 22 millones
Con respecto a las bacterias nitrificantes, en el ejido de López Mateos se detectaron las
cantidades más altas, mientras que San Fernando y en Venustiano Carranza las cantidades
fueron similares. Se han reportado casos en los que la mineralización del nitrógeno y la
nitrificación son mayores en las selvas no perturbadas que selvas con sucesión secundaria
y en pastizales maduros; dichas tasas decrecen cuando el grado de perturbación va de
menor a mayor. Con este antecedente, podemos explicar que la razón por la que las
bacterias nitrificantes se encuentran en mayor proporción en el ejido de López Mateos ya
que es el sitio que tiene una cubierta forestal mayor con respecto a los otros dos sitios. Se
observó que no hubo cambios entre los dos usos del suelo, es decir, las poblaciones se
mantuvieron constantes en selva y pastizal para los tres sitios.
Mientras que en las poblaciones de microorganismos desnitricantes, se puede notar una
tendencia ya que la mayor población se encontró en L. Mateos, seguida de San Fernando y
la menor se registró en el ejido V. Carranza, por lo que podría sugerirse que la población
de desnitrificantes es proporcional a la disminución de la cubierta forestal del sitio. Sin
embargo, en un mismo sitio, las cantidades de estos microorganismos que hay en la selva
fueron similares a las que se encuentran en los pastizales, y esto se observó en los tres
ejidos. La humedad y la materia orgánica influyen en la población de los desnitrificantes, a
mayor humedad se registran mayores tasas de desnitrificación y también el alto contenido
de materia orgánica influye ya que este grupo es heterótrofo, así, las poblaciones mas altas
se registraron en el ejido L. Mateos donde también hubo mayor humedad relativa, seguido
de San Fernando, donde la materia orgánica y la humedad son mayores que en V.
Carranza.
MICROORGANISMOS DEL CICLO DEL AZUFRE
En el ciclo del azufre, las formas orgánicas son metabolizadas por muchos tipos de
microorganismos durante la descomposición de proteínas y puede ser liberado ya sea
como sulfato o como ácido sulfhídrico, dependiendo de las condiciones de aerobiosis.
La población de bacterias sulfato reductoras fue mayor en el ejido de V. Carranza y la
menor se registró en San Fernando. En el ejido de L. Mateos, se observó un aumento de la
población después del cambio de uso de suelo, posiblemente esto se debió a que también
aumentó el pH y la humedad relativa. Ya que dichas bacterias crecen mejor a pH neutros y
la humedad también favorece la anaerobiosis que necesitan para su crecimiento. El mismo
caso se dio para el ejido San Fernando, por el contrario, en V. Carranza hubo una ligera
disminución de la población al cambiar de selva a pastizal. Al comparar los ejidos,
podemos decir que los tres tienen prácticamente las mismas cantidades de este grupo de
bacterias, por lo que, el grado de perturbación, al parecer, no se refleja en los sulfato
reductores.
En cuanto a las poblaciones de bacterias oxidadoras del azufre se sabe que su importancia
en el ciclo radica en que forman sulfatos los cuales pueden ser incorporados a la biomasa
de otros microorganismos o ser absorbidos por las plantas para su nutrición. Estos
microorganismos crecen mejor en suelos ácidos y bien aireados.
En la selva de San Fernando se registraron las poblaciones más altas, mientras que en L.
Mateos y en V. Carranza las poblaciones fueron similares. Se observó que en el ejido de L.
Mateos hubo una ligera reducción de la población con la conversión a pastizal, mientras
que en San Fernando se redujeron a la mitad de lo que había inicialmente; en los dos casos
la disminución de estas bacterias puede deberse a que el pH aumentó. En V. Carranza se
mantuvieron las mismas cantidades de estos microorganismos.
De acuerdo con nuestros resultados, el cambio de uso de suelo afecta las características
físicas y químicas de este, así como a las poblaciones microbianas que lo habitan. Las
condiciones altamente ácidas o alcalinas tienden a inhibir a muchas bacterias, la mayor
parte de las especies tienen su óptimo en la neutralidad. Así también, sabemos que la
humedad controla la actividad microbiana, ya que el agua es el principal componente del
protoplasma, debe disponerse de un suministro adecuado para el crecimiento, en el otro
extremo; cuando la humedad es excesiva, muchas de las poblaciones se inhiben porque el
intercambio gaseoso disminuye y se crea un ambiente anaerobio. Al comparar sitios con
diferente grado de perturbación se observa que los cambios tanto en las características del
suelo como la composición microbiológica son más evidentes en los sitios con
perturbación inicial, en donde la perturbación es media hay una etapa de transición en el
número de las poblaciones y en donde ya se ha trasformado casi todo el lugar los cambios
ya no se detectan.
Cabe señalar que solo estimamos a las poblaciones por la técnica del número más probable
lo que nos da cifras aproximadas de los microorganismos, por lo que sería necesario que se
realizarán otras determinaciones como tasas de producción, concentración de metabolitos
producidos, actividades enzimáticas, entre otras. Así contaríamos con más argumentos
para determinar cual es el efecto real del cambio de uso de suelo sobre los
microorganismos, aunque no se debe olvidar que el suelo es un ecosistema dinámico que
se ve influenciado por muchos factores tanto bióticos como abióticos entre los que se
encuentran el clima, las estaciones del año, el material de origen, entre otros.
ABUNDANCIA Y RIQUEZA DE HONGOS MICORRIZÓGENOS ARBUSCULARES En los suelos de las selvas húmedas, los nutrimentos minerales no están disponibles tan
fácilmente debido a que estos se pueden perder por lixiviación, también a la alta
competencia que existe entre los vegetales y los microorganismos por ellos ó porque varios
se encuentran insolubles ya que los suelos, al ser de origen volcánico, sus arcillas fijan
algunos elementos como el fósforo. Lo que hace a muchas plantas depender de los hongos
micorrizógenos arbusculares (HMA) para su nutrición. Por lo tanto, el estudio de la
ecología de dichos hongos contribuye a comprender el funcionamiento de los bosques
tropicales, especialmente en la sucesión vegetal y la reforestación. Se han reportado
estudios de recuentos de esporas de hongos micorrizógenos arbusculares en bosques
tropicales y en otros que han sido convertidos a pastizales.
Teóricamente se espera que un hábitat severamente perturbado por el uso de técnicas
agresivas de cultivo, tenga un bajo número de esporas. Sin embargo, las cantidades de
esporas pueden restaurarse rápidamente después de la deforestación si las plantas
hospederas están presentes.
Las esporas son consideradas como los propágulos infectivos más importantes de los
hongos micorrizógenos arbusculares por su resistencia a condiciones adversas. Los
factores que afectan la abundancia y distribución de las esporas de estos hongos son: las
propiedades del suelo, la vegetación, la perturbación, la variación climática, la predación y
la dispersión.
En estudios anteriores en los trópicos, los géneros Glomus y Acaulospora fueron los más
frecuentemente reportados. De los trabajos que contemplan la cuantificación de esporas, la
mayor abundancia de éstas se reportaron para sitios de cultivo, pastizales y zonas de
vegetación secundaria.
En el presente trabajo se encontraron 38 especies de hongos micorrizógenos arbusculares;
el género más abundante fue Glomus con 18 especies reportadas; seguido por 13 especies
del género Acaulospora; tres del género Entrophospora, tres de Scutellospora y uno de
Gigaspora.
Las especies del género Scutellospora, se encontraron en uno o dos sitios de pastizales y en
selva, aunque S. pellucida solo se encontró en una de las 18 muestras. Mientras que
Gigaspora decipiens se encontró en los tres ejidos. Las especies de esta familia fueron poco
abundantes. De acuerdo con algunos estudios reportados en ecosistemas tropicales, se han
encontrado en diferentes lugares a Scutellospora pellucida, Gigaspora margarita y en otros
sólo se mencionan estos géneros sin la identificación de las especies. La presencia de la
familia Gigasporaceae es menor comparada con las familias Acaulosporaceae y Glomaceae,
como lo encontrado en la región de Los Tuxtlas, objeto de este estudio. Picone propone
que la familia Gigasporaceae es más susceptible a los disturbios ecológicos ya que las raíces
al no presentar vesículas que les proporcionen la energía necesaria, éstas difícilmente
funcionan como propágulos.
Se encontraron tres especies del género Entrophospora las cuales fueron E. baltica, E.
kentinensis y E. infrequens y sólo se presentaron en los pastizales del ejido López Mateos y
de San Fernando. Mientras que para el género Acaulospora, tenemos que la mayor
abundancia se presentó en general en los suelos de pastizal. Sin embargo, las especies A.
delicata, A. scrobuculata y A. spinosa se encontraron prácticamente en todos los sitios y A.
rhemii solo se identificó en dos sitios de pastizal.
El género Glomus fue el más abundante, con 17 especies de las cuales se pudieron
identificar cinco. Cabe mencionar que este género es uno de los más ampliamente
distribuidos y como lo reportan trabajos anteriores uno de los más abundantes en suelos
de selva y pastizal. En este estudio la especie que se encontró en todos los sitios fue
Glomus macrocarpum. Sin embargo, aunque haya muchas especies, no todas se encontraron
en todas las muestras analizadas
La abundancia de esporas fue mayor en los tres ejidos con el cambio de uso de suelo, así
tenemos que en el ejido de López Mateos, la cantidad de esporas se incrementó en un
295%; en San Fernando un 174% y en Venustiano Carranza un 109%, en este último se
cuantificó la mayor cantidad de esporas con respecto a los otros dos sitios por lo que,
posiblemente, el grado de perturbación está relacionado con los índices de esporulación,
así, un sitio muy perturbado tiene grandes cantidades de esporas en el suelo.
Picone sugiere que el incremento de pH favorece la esporulación, en sitios que han sido
convertidos a pastizal. En este trabajo, se podría explicar que las poblaciones de esporas,
se incrementaron en los suelos de pastizal por el cambio de pH, ya que los suelos de selva,
en general, fueron más ácidos que los de pastizal.
Las perturbaciones en un ecosistema alteran de manera física, química y biológica por lo
cual provoca cambios en la composición vegetal. A pesar de los cambios tan drásticos de
las plantas hospederas y del ambiente edáfico, las poblaciones de hongos micorrizógenos
arbusculares no se afectaron de manera negativa.
En trabajos donde se determinó la abundancia de los HMA en selvas húmedas los
resultados fueron muy variados, Redhead reportó 2.5 esporas/ 100 g de suelo; Schmith y
Scow encontraron en las islas Galápagos de 330 a 3500 esporas/100 g de suelo; mientras
que Janos cuantificó 107 esporas/100 g de suelo y Guadarrama reportó que el número de
esporas dependió de la época de muestreo, ya que para el estudio que realizó en la
Estación de Biología Tropical de Los Tuxtlas, encontró para el mes de abril 206
esporas/100 g de suelo y en el mes de noviembre 254/100 g.
En cuanto a la riqueza de especies esta se incrementó en un 333% en el ejido López Mateos
y un 128% en Venustiano Carranza con el cambio en el uso del suelo, por el contrario, en el
de San Fernando hubo una ligera disminución del 6 %. El incremento de la riqueza de
especies en los pastizales, puede deberse a que algunas de éstas, se encuentran en
condiciones muy favorables cuando están en la selva, es decir solo colonizan las raíces y
forman micelio pero no requieren de los mecanismos de esporulación, y por lo tanto solo
se detectan las especies que se pueden ver estresadas o amenazadas por algún factor en
especial. En cambio, cuando la variedad de vegetación se reduce tan ampliamente como en
la conversión de un terreno selvático a pastizal, es muy probable que la mayor cantidad de
especies, esporulen y por eso haya mayor cantidad de morfoespecies en el suelo.
A continuación se detallan en fotografías algunas de las especies encontradas en los tres
ejidos
Figura 28. Acaulospora mellea
Figura 29. A. scrobiculata
Figura 30. A. rhemii
Figura 31. A. foveata
IMPACTO
El cambio de uso de suelo modifica las propiedades físicas y químicas del suelo tales como
el pH, contenido de materia orgánica y la humedad relativa. No se observó una tendencia
en los cambios, por lo que podemos concluir que las características de los sitios pueden ser
determinantes en el efecto que tiene el cambio de uso de suelo. Así, observamos que:
• El pH aumentó en una unidad en los suelos de los ejidos de L. Mateos y San
Fernando, mientras que en los de V. Carranza no hubo cambios.
• La materia orgánica disminuyó en L. Mateos (de 5.5 a 4.8) y en San Fernando (de
8.0 a 6.4) mientras que en V. Carranza aumentó de 3.2 a 4.3.
Con respecto a los diferentes grupos de microorganismos, al cambiar el uso de suelo de
selva a pastizal, se concluye que:
• La abundancia de bacterias sulfato reductoras disminuyó en el suelo de V.
Carrranza mientras que en L. Mateos y San Fernando aumentaron.
• La población de oxidadores del azufre disminuye L. Mateos y S. Fernando
mientras que en V. Carranza se mantuvo igual.
• Los microorganismos amonificantes disminuyeron en L. Mateos y V. Carranza
mientras que en S. Fernando no hubo variación.
• Al parecer, la población de nitrificantes no se ve afectada con este cambio.
• Los microorganismos desnitrificantes tampoco se vieron afectados.
• La abundancia de esporas y la riqueza de especies de hongos micorrizógenos
arbusculares aumentaron.
• En L. Mateos el incremento de la riqueza y abundancia fue mayor con respecto a
los otros dos ejidos.
• Acaulospora delicata y Glomus macrocarpum fueron las especies de hongos
micorrizógenos arbusculares más frecuentes.
• Algunos grupos de microorganismos pueden verse afectados por el cambio de uso
de suelo, otros pueden soportar el cambio y otros tantos pueden verse beneficiados
si consideramos que aumentan si población.