Efecto de los herbicidas sobre la composición de las comunidades en ambientes semiáridos

Información preparada por la alumna Marina Ramos Muñoz de la asignatura de Contaminación Ambiental y Biodiversidad del Máster Oficial en Técnicas de Caracterización y Conservación de la Diversidad Biológica.
 
 

Los mecanismos que regulan la composición de las comunidades ha sido y es un tema  muy estudiado  a lo largo de la historia de la ecología (Clements, 1916; Zobel, 1997; Hubbell 2001, Götzenberger et al., 2012). Las especies de una comunidad se establecen  mediante un mecanismo denominado filtrado de especies; regulado por factores no excluyentes y jerárquicos, como: la causalidad o azar, patrones históricos de especiación y migración,  factores abióticos o ambientales (como la disponibilidad de luz o hídrica y bióticos (por ejemplo las relaciones de competencia entre especies) (Zobel 1997). Por tanto, los factores externos y las actividades antrópicas  también van a regular la dinámica de las comunidades.
Una de las formaciones vegetales más características de las zonas semiáridas mediterráneas, son los espartales compuestos principalmente por Stipa tenacissima. Muchas de estas zonas se caracterizan por una degradación del suelo, debido a actividades agrarias. En estos sistemas se utilizan herbicidas para eliminar las plantas que no se desea que aparezcan, y normalmente actúan interfiriendo en el crecimiento de estas, mediante diferentes modos de acción: detienen la germinación de las semillas o su establecimiento como plántulas; evitan que las plantas elaboren los carbohidratos, proteínas o lípidos esenciales o secan las hojas y tallos (Powles y Yu, 2010). Por tanto el uso de estos compuestos químicos está creando una preocupación acerca de su persistencia en el suelo, su toxicidad para organismos no diana, y la  resistencia que presentan muchas especies. Un ejemplo de esto último, es la resistencia que tienen muchas plantas a herbicidas inhibidores de la síntesis de los aminoácidos de cadena ramificada. Esta resistencia provoca mutaciones en los genes de las plantas, que en los biotipos resistentes muestran una disminución o un aumento en la actividad de la primera enzima de la ruta biosintética de los aminoácidos valina, leucina e isoleucina (Yu et al., 2007; Timothy et al., 2012, Johnson, 2012, Eberlein et al., 1999).

Los herbicidas se pueden clasificar dependiendo de su acción; de acción foliar y translocación; de contacto; con actividad en el suelo y con actividad foliar y a través del suelo. Por ejemplo los de acción foliar son los que actúan a través de la parte aérea de la planta y se traslocan por los haces vasculares. Muchos herbicidas a través de varios grupos químicos (por ejemplo, triazinas, triazinonas, uracilos o ureas) inhiben la fotosíntesis mediante el mismo proceso: compiten con  la plastoquinona  en el sitio de unión en la proteína D1 dentro del complejo fotosistema dos (Oettmeier, 1999).  Otros como los carbamatos afectan a los meristemos, inhibiendo el crecimiento en ápices y yemas, y en última instancia provocan deformaciones. De los herbicidas que actúan en el suelo, el DCPA es un herbicida pre-emergente utilizado en los pastos de plantas anuales. La EPA (Environmental Protection Agency) lo considera no tóxico per se,  pero alguno de sus compuestos por separado si son tóxicos (contienen dioxinas y hexaclorobencenos) y además se ha visto que puede afectar a especies diferentes de plantas anuales. Parece ser moderadamente tóxico para algunas aves juveniles, causando alta mortalidad y es poco tóxico para insectos como las abejas (tomado de U.S. Environmental Protection Agency).

Cabe decir que los herbicidas son el grupo de productos químicos más usados a escala mundial, y son  beneficiosos para el desarrollo  de los cultivos (Boutin y Jobin, 1998), pero únicamente durante el tiempo que permanecen en la zona de  influencia de las raíces de las plantas que interesa eliminar. Si una porción de los productos químicos aplicados abandona dicha zona de influencia, pueden convertirse en productos perjudiciales, actuando contra el medio ambiente (Flury 1996). Así, un herbicida aplicado al suelo, suele sufrir diversos procesos como  evaporación, lixiviación, adsorción y/o degradación (Crosby, 1998). Esto puede  modificar la función y  la estructura de las comunidades microbianas del suelo, alterando así el funcionamiento normal de los ecosistemas terrestres, que a su vez tiene implicaciones importantes para la fertilidad y calidad  del suelo (Pampulha y Oliveira, 2006). Estudios recientes han visto que el uso de dos herbicidas (glifosato y oxifluorfen), produce un efecto negativo en el metabolismo microbiano (disminuyendo la actividad deshidrogenasa del suelo y el dióxido de carbono liberado), lo que sugiere que la microbiota del suelo no es capaz de usar estos  herbicidas como una fuente de energía y nutrientes, e incluso podrían  llegar a ser tóxicos para algunos grupos microbianos. Otro ejemplo es el bromoxinil, herbicida utilizado para el control de plantas anuales. Aunque este herbicida tiene una baja persistencia en el suelo se ha visto que puede inhibir la acción de bacterias que promueven la formación de nitrito en el proceso de la nitrificación del suelo. Por tanto el bromoxinil desequilibra los flujos de materia y energía, afectando así a todas las comunidades de plantas, bacterias, hongos, insectos…
Este proceso de degradación del suelo, se intensifica con el desbroce de la vegetación natural y con factores ambientales y climáticos adversos, incluyendo períodos de baja e irregular precipitación y sequías frecuentes, que son tan característicos de los ambientes semi-aridos de la Península (García et al.,1997). Por tanto el uso indebido de herbicidas no es recomendable para desarrollar un agroecosistema sostenible en ambientes semiáridos mediterráneos, debido a que influye de forma directa en las comunidades de plantas y  microorganismos del suelo, afectando a su vez a los procesos que regulan la cantidad y la calidad de los nutrientes que entran en el suelo y su distribución espacial (Christensen, 1996).

Bibliografía:
Clements, F.E (1916). Plant Succession. Washington. Washington Press.

Crosby, D. 1998. Environmental Toxicology and Chemistry. Chapter 4: Environmental Transport. p. 51-67. Oxford University Press, New York, USA.

Boutin, C., Jobin, B., 1998. Intensity of agricultural practices and effects on adjacent habitats. Ecol. Appl. 8 (2), 544–557.

Christensen, B.T., (1996). Matching measurable soil organic matter fractions with conceptual pools in simulation models of carbon turnover: revision of model structure. In: Powlson, D.S., Smith, P., Smith, J.U. (Eds.), Evaluation of Soil Organic Matter Models Using Existing Long-Term Datasets. Global Environmental Change. Springer Berlin, pp. 143–160.
Eberlein, C. V., Guttieri, M. J., Berger, P. H., Fellman, J. K., Mallory-Smith, C. A., Thill, D. C., … & Belknap, W. R. (1999). Physiological consequences of mutation for ALS-inhibitor resistance. Weed Science, 383-392.
Edwards I.R., Ferry D.G., Temple W.A .(1991) Fungicides and related compounds. In: Hayes WJ, Laws ER (eds) Handbook of pesticide toxicology. New York: Academic Press pp. 1436–1451.

Flury, M. (1996). Experimental evidence of transport of pesticides through field soils—a review. Journal of environmental quality, 25(1), 25-45.

Garcia, C., Roldán, A., Hernández, T., (1997). Changes in microbial activity after abandonment cultivation in a semiarid mediterranean environment. Journal of Environmental Quality 26, 285–291.
García-Orenes, F., Guerrero, C., Roldán, A., Mataix-Solera, J., Cerdà, A., Campoy, M., & Caravaca, F. (2010). Soil microbial biomass and activity under different agricultural management systems in a semiarid Mediterranean agroecosystem. Soil and Tillage Research, 109(2), 110-115.

Götzenberger, L., de Bello, F., Bråthen, K.A., Davison, J., Dubuis, A., Guisan, A., Lepš, J., Lindborg, R., Moora, M. (2012). Ecological assembly rules in plant communities—approaches, patterns and prospects. Biological Reviews 87: 111-127.

Hubbell SP. (2001). The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography. Princeton University Press, USA.
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Pampulha, M. E., & Oliveira, A. (2006). Impact of an herbicide combination of bromoxynil and prosulfuron on soil microorganisms. Current microbiology, 53(3), 238-243.
Powles, S. B., & Yu, Q. (2010). Evolution in action: plants resistant to herbicides. Annual review of plant biology, 61, 317-347.
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Yu, Q., Collavo, A., Zheng, M. Q., Owen, M., Sattin, M., & Powles, S. B. (2007). Diversity of acetyl-coenzyme A carboxylase mutations in resistant Lolium populations: evaluation using clethodim. Plant Physiology, 145(2), 547-558.
Zobel, M. (1997). The relative role of species pools in determining plant species richness: an alternative explanation of species coexistence? Trends in Ecology & Evolution 12, 266–269.

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