CONSECUENCIAS DE LA DEGRADACIÓN DE PASTURAS SOBRE LA FIJACIÓN DE NITRÓGENO

Abstract

Pasture degradation is a problem of global interest that affects production and ecosystem health. Each state of pasture degradation corresponds to a gradual advance in the soil, plant, bovine and the environmental deterioration, gradually turning livestock farming into a source of contamination. One of these polluting sources corresponds to the GHG (Greenhouse Gases) of which, N O is the one with the greatest potential for 2 global warming; For this reason, this article relates generalities of pasture degradation to its relationship with the emission of nitrogen gases, including NH , N O and NO, through the review of documents of different worldwide 3 2 investigations, focused on the authors' experience.

INTRODUCCIÓN

Una de las relaciones intrínsecas en los ecosistemas de pastura, corresponde al ciclo del N (servicio ecosistémico) y sus efectos frente a los valores de proteína (bien) en los subproductos de origen animal. Este aspecto hace que en ganadería el N sea considerado como el elemento más importante para el desarrollo de la vegetación después del agua y supone entre 1,5 y el 5% de la planta, por lo cual su deficiencia en los suelos hace de él uno de los elementos clave a nivel mineral para la producción animal (Escaso, Martínez y Planelló 2010).

Por tal razón, el metabolismo de N es un factor limitante en la síntesis de proteínas cuya cantidad y calidad presente en las plantas, lo animales o productos de estos, es decisiva para determinar su utilidad como alimento (Castillo, Vecino U y Dixon 2011), ya que depende de la reducción del N 2 (nitrógeno atmosférico) por parte de microorganismos asociativos y su presencia en las plantas huésped y demás forrajeras utilizadas por los animales de pastoreo (Dubeux Jr. et al. 2014), que son empleadas por los microorganismos ruminales que sintetizan el nitrógeno y lo reciclan nuevamente hacia el rumen a través de la saliva. Posteriormente, la proteína degradable obenida de los forrajes se metaboliza en el hígado a partir de aminoácidos que harán parte del tejido animal y la proteína de la leche (Church 1988), lo que determina la calidad del producto final que consume la población humana.

La necesidad de los microorganismos en la mayor parte del N se encuentra en el suelo como N orgánico (aminas, amidas, etc.), razón por la que la planta no puede absorberlo. De esta manera son importantes los procesos de mineralización que generalmente se regulan por microorganismos (fijación biológica de nitrógeno), cuya sucesión impacta sobre la fertilidad (Li etal. 2019) y por ende sobre la producción animal, lo que sustenta la importancia de comprender la relación entre el estado de las pasturas y la fijación de N.

Por lo anterior, el objetivo del presente artículo, es exteriorizar características generales de la fijación biológica de nitrógeno y su relación con las emisiones de GEI que pueden alterarse como consecuencia de la degradación de las pasturas.

METODOLOGÍA

Se llevó a cabo una investigación metódica de documentos resultado de investigación, relacionados con degradación de pasturas, fijación biológica de nitrógeno y emisiones nitrogenadas de GEI.

Como producto de la búsqueda de información, se seleccionaron 100 documentos relacionados con libros, tesis y artículos científicos en diferentes idiomas, utilizando las plataformas Scopus, Elsevier, Springer, Scielo, Redalyc, Google y Google Académico.

A partir de las publicaciones científicas revisadas, se encontró que 60 de ellas no fueron relevantes con el objetivo del producto esperado, por lo cual fueron excluídas, ya que el estudio buscó contrastar el conocimiento de los autores con las particularidades del tema, cuya importancia actual es notable, dada la repulsión que genera la producción bovina ante los movimientos ambientalistas mundiales, teniendo en cuenta la relación directa que existe entre esta actividad y la emisión de GEI; al igual que, la correspondencia entre el establecimiento de pasturas y la deforestación, más aún cuando la degradación de pasturas se convierte en un generador de la eliminación de áreas de bosque.

Igualmente, se compararon otros autores como Barcellos (1986), Spain & Gualdrón (1991), Andrade- Lira, et al (2006), Blanco- Rodríguez (2010), Passos, et al (2015), Yao, et al (2016), entre otros, quienes han generado diferentes clasificaciones de estados de degradación, a fin de evidenciar si dichas categorías están asociadas con rangos o valores de emisiones de GEI nitrogenadas producto de las alteraciones de la fijación biológica de nitrógeno.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Degradación de pasturas
Inicialmente, la degradación de pasturas se consideró por Spain & Gualdrón (1991), como una disminución en la productividad a causa de condiciones climáticas y edáficas a las que las mismas está siendo sometida. Sin embargo, autores como Según Macedo (2000), (Betancourt 2006), Escobar, et al (2001), Dias-Filho (2007) y Padilla, et al (2013) indican que la degradación de pasturas es una pérdida de productividad y de capacidad de recuperación natural de las plantas cultivadas para las actividades de pastoreo, que se ven reflejadas en una mala calidad de la cobertura con imposibilidad para sostener animales (capacidad de carga) y problemas posteriores como disminución notable de biomasa aérea, compactación y erosión, afectando los ciclos biogeoquímicos que se refleja en indicadores de fertilidad del suelo.

Lo anerior se sustenta lo obtenido por Ramírez y Seré (1990) quienes desarrollan un análisis sobre la implementación de Brachiaria decumbens en ganaderías de doble propósito en Caquetá y consideran que la infertilidad es una consecuencia de la degradación de pasturas al igual que la disminución en el nivel de proteína del forraje, cobertura de la gramínea, suelo descubierto y nivel de incidencia de salivazo. Sin embargo, Miles, et al (1998), afirman que la baja fertilidad del suelo es una causa de la degradación de pasturas mas no una consecuencia, pero Escobar et al (2001) aseveran que la infertilidad de los suelos es una consecuencia de la degradación de las pasturas por un sistema inadecuado de manejo lo cual coincide con los planteamientos de Ramírez y Seré (1990), Motta Macedo (2000), Betancourt, (2006), Escobar, et al (2001), Dias- Filho (2007), Padilla et al. (2013) y Yao, et al. (2016).

La degradación de pasturas es considerada un problema mundial (Holzner y Kriechbaum, 2001), que se atribuye a los pastos mejorados (Padilla et al, 2013). Sin embargo, Dias-Filho (2007) afirma que este inconveniente afecta principalmente las pasturas formadas en los diferentes ecosistemas de América Latina tropical, por lo cual se conocen avances al respecto en países como, Costa Rica (Betancourt 2006), Argentina (Roncedo 2007) y principalmente Brasil, donde autores como Nascimento Junior & Almeida, 2001), Serrao y Toledo (1990), Macedo y Zimmer (2000), Bonatto et al (2007) y Dias-Filho (2007) entre otros, donde se ha estudiado la degradación como un problema productivo con repercusiones ambientales.

Miles, et al (1998) Indicó que existe bastante información de tipo anecdótica sobre la degradación de pasturas, pero escasos datos científicos y afirman que se dispone de poca información sobre investigaciones referentes a pasturas de Brachiaria degradadas durante periodos largos, deduciendo que se necesitan más estudios a cerca de procesos de degradación.

Fijación de nitrógeno en pasturas degradadas
La fijación de nitrógeno en las pasturas se puede dar de dos formas: la primera, mediante bacterias asociadas a especies de leguminosas (fijación simbiótica) y la segunda, a través de bacterias de vida libre (fijación asimbiótica) que habitan la rizosfera (Moreno y Galvis 2018)(Moreno y Galvis 2018). Sin embargo, puede existir otro tipo de fijación a través de las excresiones (heces y orina) que también incorporan el material consumido al suelo, tal y como lo afirman Hakala & Jauhiainen (2007) y Dubeux, et al (2014).

La fijación simbiótica se da a causa de la ausencia de interacciones microbianas al interior de las plantas, situación que las obliga a desarrollar rasgos para estimular y manipular las relaciones con los microorganismos ( Revillini et al., 2016). De esta forma, la planta excreta a través de las raíces ciertos factores de crecimiento (Devlin, 1982) o exudados que son detectados por las bacterias a través de quimiotaxis y les permite atravesar la punta de las vellosidades radicales, formando una curvatura o rizado (Garg y Renseigné 2007). Esto hace que cada bacteria atrapada en la bolsa del rizo invada vellosidades dañadas o rotas y puedan desarrollarse a lo largo de un filamento de infección en el tejido cortical hasta llegar al área inmediata de la endodermis (capa de células de la raíz) y al prericiclo (tejido que rodea al cilindro vascular de la raíz) donde se producen divisiones celulares y el nódulo crece rápidamente, aumentando el volumen en dirección a la superficie de la raíz.

Esta actividada microbiológica, permite que el nitrógeno atmosférico o N se reduzca a formas 2 reactivas y biológicamente disponibles, pero su aprovechamiento por parte de las especies vegetales depende también de las condiciones de la pastura misma, de tal manera que factores como la humedad (Pajares y Bohannan, 2016) u otras condiciones ecológicas que determinan el tipo de suelo, pueden inhibir la actividad de la enzima nitrogenasa (Stone, Kan y Plante 2015) afectando la fijación biológica de nitrógeno. Por tal razón, las pasturas con avanzado estado de degradación, que presentan suelo compactado, manifiestan altas perdidas de nitrógeno (Dias-Filho 2015).

Tal y como se observa en la figura 1, el nitrógeno es fijado al suelo en forma de NH el cual luego es 4 convertido en Nitrito (NO ) y posteriormente a NO . Sin embargo, el NO que no puede lixiviarse o 2 3 3 absorberse, transformándose en N a través de la desnitrificación por medio de bacterias del género 2 Nitrosoma, Pseudomona y Nitrobacter, generando N O como parte de un proceso químico obligado 2 (Garzón y Cárdenas 2013). Estos se incorporan en la atmósfera como parte del ciclo natural. Es así, que gases como NH , N O y NO, son emitidos a la atmósfera, de forma normal desde las pasturas 3 2 como parte del ciclo del nitrógeno, considerados gases contaminantes de la atmósfera, pero en condiciones ideales, las cantidades emitidas son catalizadas en la estratósfera por procesos de fotodescomposición obteniéndose H, O , N , O (Moreno 2016).

Teniendo en cuenta que la degradación de las pasturas no permite las condiciones ideales de emisión a la atmósfera, al convertirse en fuentes potenciales de N O (Dias-Filho 2015), es necesario que el 2 ganadero reconozca que uno de sus aliados son las leguminosas, ya que al ser especies estrechamente relacionadas con la fijación biológica de nitrógeno, son importantes para la mitigación de emisiones de gases efecto invernadero (GEI) nitrogenados, pues su participación anual está entre 33 a 46 Tg (Teragramos) fijados de N en el suelo, cantidad que posteriormente es reducida, asimilada por las plantas y transformada en compuestos orgánicos más complejos tales como aminoácidos y proteínas que serán consumidas en las pasturas donde se ha fijado (Jensen et al. 2012).

Figura 1. Ciclo de nitrógeno en pasturas.

Igualmente, la pastura que se encuentra en estado de degradación avanzado y no cuenta con una presencia adecuada de leguminosas que fijen el nitrógeno en el suelo (Macharia etal. 2011), verá afectada la calidad nutricional de los forrajes y la carga animal, al igual que la cantidad y calidad de la leche producida. Esto se sustenta a través de autores como Njarui, et al (2010) quienes indican que la asociación de gramíneas con leguminosas es importante para la producción de biomasa y calidad de la pastura o de investigadores como Cipagauta, Velásquez y Pulido (1998), que determinan incrementos en la producción de leche de hasta en 23% cuando hay leguminosas en la pastura, al ser comparadas con monocultivo de gramíneas.

Cabe aclarar, que las pasturas no están exentas de un proceso de degradación al tener leguminosas dentro de su cobertura, esto indica que el mal manejo no distingue especie vegetal. Es por esto, que una pastura degradada pierde hasta un 78% de la composición vegetal, lo que dificulta la fijación biológica de nitrógeno, afectando la producción y la salud ambiental.

Emisiones antropogénicas nitrogenadas en pasturas degradadas
Cuando se presenta el proceso de degradación de las pasturas, las condiciones se alteran por completo, por una pérdida de productividad, que según Macedo (2000), puede evidenciarse por la disminución de la capacidad de recuperación natural de la pastura para sustentar los niveles de producción exigidos por los animales (capacidad de carga). Esta condición permite que las especies vegetales asociadas con la fijación biológica de N se conviertan en un elemento importante dentro de 2 la cobertura vegetal de la pastura para su recuperación, ya que Phelan et al (2014) afirman que al presentar simbiosis con bacterias fijadoras de N, puede aumentarse la capacidad de producción de forraje, su calidad y por ende la producción animal, particularmente en áreas donde no se utilizan fertilizantes.

Sin embargo, en campo la realidad es otra, debido a que al degradarse la pastura la presión por pastoreo aumenta y se generan procesos de compactación del suelo, a causa de un pastoreo selectivo con interferencia del ciclo del N (fijación biológica), que se genera al haber deposición irregular de heces y orina lo que incide directamente en agravar el proceso de degradación (Dias-Filho, 2007), ya que contienen cantidades importantes del elemento.

Saggar, et al (2013) afirman que aproximadamente 60 a 75% del N presente en la dieta se excreta en la orina y Pedraza (1986), indica que el N del estiércol corresponde en promedio al 17,8% de la materia seca ingerida por vacas lecheras. Así mismo, en pasturas activas, la alta deposición de orina y heces, particularmente en las áreas de descanso, bebederos, lugares de suministro de sales mineralizadas y caminos creados por las vacas, genera importantes pérdidas de nitrógeno debido a que estas superficies no poseen cobertura vegetal, al igual que sucede con extensiones de pastura que presentan altos niveles de compactación como consecuencia de un proceso avanzado de degradación (Dias- Filho, 2007)

Por otra parte, los ganaderos al desconocer la importancia de la fijación biológica de N en las 2 pasturas, se limitan a fertilizar inadecuadamente en algunos casos donde las condiciones económicas lo permiten omitiendo si es necesario o no hacerlo.

Esta situación aumenta la volatilización de NH a la atmósfera como resultado de altas entradas de 3 nitrógeno al ecosistema de pasturas, incrementando los niveles atmosféricos de N 0 y NO ya que es 2 un predecesor de estos (Garzón & Cárdenas, 2013). El N O es un gas efecto invernadero bastante 2 poderoso (Barneize et al, 2014) con un potencial de calentamiento global 298 veces mayor a la del dióxido de carbono (Solomon y Qin 2013). El NO es un gas tóxico, bastante estudiado por la medicina, debido a que regula funciones celulares como es el caso de la presión sanguínea (Centelles, Esteban y Imperial 2004), la hemodinámica vascular y algunas funciones hematológicas y de defensa (Ferrer-Viant et al, 1998). Por lo anterior, las actividades inadecuadas de producción y el mal uso de las pasturas son actualmente un motor de deterioro de la humanidad.

CONCLUSIONES

El nitrógeno como componente principal de las proteínas de las células es esencial en las pasturas para la alimentación bovina, pues se considera uno de los elementos principales de la dieta y de mayor costo; razón por la cual, la proteína de la leche como producto resultante, posee un incentivo importante en el mercado por parte de la agroindustria.

Pese a lo anterior, la gestión inadecuada de pasturas, conduce a un desbalance en el ciclo de este componente, generando emisiones de amoniaco (NH ), óxido nitroso (N O) y óxido nítrico (NO), 3 2 considerados gases contaminantes de la atmósfera, que se incrementan por la fertilización inadecuada en la producción ganadera y la alta deposición de orina y heces en áreas desnudas o compactadas por pastoreo selectivo, como consecuencia de la degradación de pasturas.

Finalmente, cabe resaltar que frente a la relación entre degradación de pasturas, fijación biológica de nitrógeno y sus efectos en las emisiones de GEI, no se evidenciaron datos que permitan indicar que existan investigaciones a través de las cuales se analicen valores de gases nitrogenados, producto del ciclo del nitrógeno en pasturas degradadas, razón por la cual, es necesario desarrollar estudios que evidencien detalladamente como este fenómeno causado por el mal manejo, afecta la salud ambiental.

LITERATURA CITADA

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