Bacterias solubilizadoras de potasio: cómo los microorganismos del suelo liberan el potasio que su cultivo puede aprovechar

La mayoría de los suelos agrícolas guardan toneladas de potasio por hectárea, y el cultivo que crece en ellos apenas alcanza una mínima parte. Entre el 90 y el 98 por ciento del potasio del suelo está atrapado en la estructura cristalina del feldespato, la mica y las arcillas, y solo se libera a medida que esos minerales se intemperizan, algo que en condiciones normales tarda de años a décadas [1]. Lo que una planta puede tomar en una temporada es el 1 a 2 por ciento disuelto en el agua del suelo o retenido débilmente en la superficie de las arcillas. Esa pequeña reserva es la que repone una aplicación de potasa.

Las bacterias solubilizadoras de potasio trabajan sobre el otro 98 por ciento. Son microorganismos del suelo, el más estudiado de ellos Bacillus mucilaginosus, que aceleran el intemperismo de los minerales en la zona radicular. Secretan ácidos orgánicos y exopolisacáridos pegajosos que sacan el potasio de la red cristalina y lo pasan a la solución del suelo [2][3]. Esta guía explica cómo lo hacen, qué cepas están documentadas, qué dice la investigación y cómo agregar potasio al suelo con ellas y sin ellas. Está escrita para productores y agrónomos que evalúan si un biológico tiene lugar en su programa de potasio, y para los distribuidores que los abastecen. Si busca el panorama completo de cómo estos organismos trabajan junto a los microorganismos del fósforo y del nitrógeno, empiece por la guía de cómo funcionan los microorganismos benéficos del suelo.

Puntos clave

• El potasio del suelo se reparte en cuatro depósitos. Solo el potasio en solución y el intercambiable, del 1 al 2 por ciento del total, están disponibles para el cultivo de esta temporada. El depósito mineral guarda el resto.
• Las bacterias solubilizadoras de potasio liberan potasio del feldespato, la mica y la illita. Secretan ácidos orgánicos que disuelven la superficie del mineral y exopolisacáridos que se adhieren a ella y mantienen el ácido en su sitio.
• Bacillus mucilaginosus es la cepa de referencia. Varias otras especies de Bacillus, y también el hongo Aspergillus niger, solubilizan potasio como función secundaria, y por eso las mezclas multicepa suelen cubrirlo.
• Ensayos publicados con revisión por pares han encontrado mayor absorción de potasio y mayor crecimiento en cultivos inoculados, sobre todo donde el potasio total del suelo es alto y el disponible es bajo. El efecto varía con el suelo y su mineralogía.
• La forma más rápida de agregar potasio al suelo sigue siendo la potasa. Los microorganismos reducen cuánta potasa necesita y cuánta queda fijada en la arcilla, pero no la reemplazan.
• ABI fabrica Bacillus mucilaginosus a 10 mil millones de UFC por gramo en Wisconsin, como cepa única o en mezclas a la medida, con la identidad de cepa verificada por PCR en cada lote.

Tabla de contenido

1. ¿Qué son las bacterias solubilizadoras de potasio?
2. Los cuatro depósitos de potasio en el suelo
3. Cómo funcionan las bacterias solubilizadoras de potasio
4. Qué cepas solubilizan potasio
5. Qué dice la investigación
6. Cómo agregar potasio al suelo
7. Síntomas de deficiencia de potasio en los cultivos
8. Cómo usar bacterias solubilizadoras de potasio en un programa de fertilidad

1. ¿Qué son las bacterias solubilizadoras de potasio?

Las bacterias solubilizadoras de potasio, abreviadas KSB en la literatura científica por sus siglas en inglés y también llamadas bacterias movilizadoras de potasio, son microorganismos del suelo que convierten el potasio mineral insoluble en el ion potasio disuelto, K+, que absorben las raíces [2]. El término describe un grupo funcional, no una sola familia. Bacillus mucilaginosus (clasificado también como Paenibacillus mucilaginosus) es el organismo sobre el que se apoya la mayor parte de la literatura. También están caracterizados Bacillus edaphicus, Bacillus circulans, varias especies de Pseudomonas y Burkholderia, Acidithiobacillus ferrooxidans y Frateuria aurantia [2][3]. Entre los hongos, Aspergillus niger y Aspergillus terreus hacen el mismo trabajo con la misma química [3].

Estas bacterias se aislaron primero de la superficie de rocas con potasio, donde viven de intemperizar el mineral para obtener los nutrientes que contiene. En la rizosfera hacen lo mismo junto a una raíz. Se alimentan de los exudados radiculares y liberan potasio como subproducto, junto con el silicio, el fósforo y los elementos traza que están ligados a los mismos minerales. Usarlas como inoculante microbiano significa colocar una población densa de un organismo intemperizador comprobado donde están las raíces, en un suelo con abundante potasio mineral por liberar.

2. Los cuatro depósitos de potasio en el suelo

El potasio suele ser el más abundante de los tres macronutrientes principales en el suelo, por lo común entre 0.5 y 2.5 por ciento del peso del suelo, lo que equivale a decenas de toneladas por hectárea en la capa arable [1]. Casi nada de eso está disponible. Los edafólogos lo dividen en cuatro depósitos en equilibrio entre sí [1]:

Un análisis de suelo estándar mide los dos primeros depósitos y los reporta como potasio disponible. Esa cifra puede salir baja en un suelo cuyo potasio total es enorme, y la diferencia entre las dos es el depósito del que se alimentan las bacterias solubilizadoras de potasio.

En América Latina ese perfil aparece con frecuencia en suelos sobre material parental volcánico y granítico, como los del Bajío, el altiplano y los valles andinos. Son suelos con reservas minerales grandes y lecturas bajas de potasio disponible, el caso en que estas bacterias responden mejor. Los suelos muy intemperizados del cerrado brasileño también suelen dar lecturas bajas de potasio disponible, pero ahí conviene confirmar con una digestión de potasio total cuánto mineral queda antes de contar con él.

El potasio es difícil de manejar incluso en lotes bien fertilizados. La potasa aplicada no se queda quieta. En suelos ricos en arcillas 2:1, una parte de cada aplicación queda fijada entre las capas de arcilla, protegida del lavado pero también del cultivo, y los ciclos de humedecimiento y secado meten todavía más [1]. Además, el potasio llega a la raíz sobre todo por difusión a través del agua del suelo, no por flujo de masa con el agua que la planta absorbe. La difusión se frena mucho cuando el suelo se seca, y por eso los síntomas de deficiencia de potasio aparecen en un periodo seco a mitad del ciclo en lotes cuyo análisis salió bien antes de la siembra [4]. Un cultivo con un sistema radicular más grande y mejor distribuido alcanza más del potasio que ya está en el suelo.

3. Cómo funcionan las bacterias solubilizadoras de potasio

La química es intemperismo mineral, acelerado y concentrado en una película delgada alrededor de la célula bacteriana. Tres mecanismos hacen la mayor parte del trabajo [2][3][5].

Producción de ácidos orgánicos. Las bacterias solubilizadoras de potasio secretan ácidos orgánicos de bajo peso molecular, entre ellos los ácidos oxálico, cítrico, tartárico, glucónico, succínico y málico. Los ácidos bajan el pH en la superficie del mineral, lo que permite que los protones desplacen a los iones de potasio de la red. Sus grupos carboxilo quelan el aluminio, el silicio y el hierro que mantienen unida esa red, y cuando esos elementos salen, el potasio sale con ellos. En la mayoría de los estudios los ácidos oxálico y cítrico son los más eficaces, porque además de ácidos son quelantes fuertes [2].

Exopolisacáridos. Este rasgo le dio su nombre a Bacillus mucilaginosus. La bacteria produce una cápsula de polisacárido mucilaginoso que pega la célula a la superficie del mineral. La cápsula mantiene los ácidos secretados contra el mineral en lugar de dejar que se difundan, y absorbe el potasio y el silicio liberados. Así la concentración local se mantiene baja y la reacción de intemperismo sigue avanzando [3][5]. Las células que crecen como biopelícula sobre un grano de feldespato lo intemperizan mucho más rápido que las células libres en la misma solución.

Crecimiento radicular y efectos en la rizosfera. Las mismas cepas de Bacillus producen hormonas vegetales, principalmente ácido indol-3-acético, que aumentan la ramificación de las raíces y la densidad de pelos radiculares [2]. Como el potasio llega a la raíz por difusión en distancias cortas, un sistema radicular que explora más volumen de suelo capta más potasio, sin importar cuánto se haya solubilizado. En ensayos de campo este efecto radicular y el efecto de solubilización son difíciles de separar, y al productor le importa poco cuál de los dos entregó el potasio.

En la zona radicular, el resultado es una liberación pequeña y constante de potasio desde el depósito mineral hacia la solución, lo bastante cerca de la raíz para que se absorba antes de que la arcilla lo vuelva a fijar. Es el mismo intemperismo que forma potasio disponible en los suelos a lo largo de siglos, acelerado al colocar una población grande de organismos intemperizadores junto a la raíz.

4. Qué cepas solubilizan potasio

La solubilización de potasio depende mucho de la cepa. Dentro de una misma especie, los aislamientos varían ampliamente en cuánto potasio liberan, así que la cepa y su desempeño documentado pesan más que el nombre de la especie en la etiqueta [2]. La tabla muestra los organismos del catálogo de ABI con actividad significativa sobre el potasio, ordenados según la puntuación de perfil funcional publicada en la página de cada cepa.

Cuando el objetivo es el potasio, la cepa que conviene especificar es Bacillus mucilaginosus. Las otras cepas están en la tabla porque los minerales que contienen potasio también guardan silicio y, en el caso de las inclusiones de apatita, fósforo, y los ácidos orgánicos que liberan a uno liberan a los otros. Por eso una mezcla de fertilidad bien diseñada combina una cepa de potasio con una cepa de fósforo como Bacillus megaterium o Penicillium bilaiae, tratadas en la guía de bacterias y hongos solubilizadores de fosfato. Por la misma razón, los productores que agregan una cepa de potasio a un programa existente suelen ver que la cifra de fósforo también sube.

Al comparar productos, revise que la solubilización de potasio esté documentada para esa cepa. Algunas etiquetas la atribuyen a cepas sin actividad documentada, solo por el nombre del género. Pida al proveedor los datos del aislamiento específico. Y los recuentos de UFC de un organismo productor de mucílago como B. mucilaginosus son por naturaleza más bajos que los de un formador de esporas limpio. Es normal, y se explica en la guía sobre qué significa UFC. Para esta especie, 10 mil millones de UFC por gramo es una cifra fuerte.

5. Qué dice la investigación

La solubilización de potasio se estudia desde hace décadas. La mayoría de los estudios encuentra mayor absorción de potasio en cultivos inoculados; cuánto mayor varía mucho.

En trabajos controlados, la inoculación con Bacillus edaphicus en trigo cultivado en suelo enmendado con feldespato o illita aumentó la absorción de potasio y el crecimiento frente a testigos sin inocular, y el organismo liberó potasio de ambos minerales en cultivo [6]. Bacillus mucilaginosus aplicado con mica de desecho, un subproducto barato que contiene potasio, aumentó la absorción de potasio en pasto sudán en dos suelos y desplazó potasio del depósito no intercambiable hacia los depósitos disponibles a lo largo de la temporada [7]. La coinoculación de un solubilizador de potasio con un solubilizador de fosfato, junto con roca fosfórica y roca potásica, aumentó la disponibilidad y la absorción de ambos nutrientes en berenjena frente a los mismos materiales de roca sin inocular [8].

La revisión de 2014 de Meena y colaboradores reunió estudios en cereales, hortalizas y oleaginosas que reportan mayor absorción de potasio, y en muchos casos mayor rendimiento, con inoculantes solubilizadores de potasio. Concluyó que el efecto es mayor en suelos con potasio total alto y disponible bajo, y en los que reciben fuentes minerales de baja ley, como mica o feldespato, en lugar de potasa soluble [2].

La magnitud de la respuesta depende de qué minerales de potasio tiene el suelo: la illita y la biotita se intemperizan con facilidad, el feldespato microclina lentamente. Las respuestas son menores donde ya se aplica potasa soluble a dosis completa, porque el cultivo no está limitado por potasio. Y la mayor parte del trabajo publicado es investigación en invernadero o de campo a corto plazo, así que la lectura correcta es un mecanismo consistente con una magnitud variable en campo, no un porcentaje fijo.

Los datos propios de ABI apuntan en la misma dirección. En un caso de 2020 en tomate para mercado fresco en el este de Tennessee, una digestión de suelo de Waypoint Analytical mostró toneladas de potasio por hectárea en un suelo con plantas visiblemente desnutridas, y un análisis de ADN BeCrop mostró bajas las rutas biológicas que hacen disponibles los nutrientes. Tres semanas después de aplicar el consorcio multicepa de ABI, el potasio en tejido foliar había subido cerca de 20 por ciento, y el fósforo y el nitrógeno subieron a la par. Es una observación de campo con dos muestras de tejido durante el ciclo, no un ensayo controlado. Aun así, muestra de forma directa a los microorganismos convirtiendo potasio varado en el suelo en potasio que el cultivo pudo absorber. El lado del nitrógeno de ese caso está en la guía de eficiencia en el uso del nitrógeno.

6. Cómo agregar potasio al suelo

Quien hace esta pregunta casi siempre busca dos cosas distintas. Una es la solución más rápida para un cultivo que ya muestra deficiencia. La otra es dejar de necesitar esa solución cada año.

Empiece por el análisis de suelo

Si el potasio disponible está por debajo del nivel crítico para su tipo de suelo y su cultivo, el cultivo va a responder al potasio que agregue esta temporada. Como referencia, en los cultivos en surco del Corn Belt de Estados Unidos ese nivel suele estar entre 120 y 170 ppm con la prueba de acetato de amonio, aunque la autoridad son las calibraciones de su región, de institutos como INIFAP, INTA o Embrapa, o de la universidad local. Un análisis cerca o por encima de ese nivel con un cultivo que se ve deficiente apunta a un problema de absorción, normalmente suelo seco, compactación, raíces restringidas o fijación. Más potasa no lo va a resolver.

La forma más rápida de agregar potasio: cloruro y sulfato de potasio

La forma más rápida es un fertilizante de potasio soluble. El cloruro de potasio (KCl, 0-0-60), la potasa de siempre, es el más barato y el más común. En casi toda la región es importado y se paga en dólares, así que cada kilo que se deja de aplicar se nota en el costo. El sulfato de potasio (0-0-50) conviene en cultivos sensibles al cloro como aguacate, cítricos, hortalizas, tabaco y café, y además aporta azufre. El nitrato de potasio y el sulfato doble de potasio y magnesio (langbeinita, 0-0-22) entran en programas especializados.

Aplique al voleo e incorpore antes de sembrar, o en banda a la siembra. Para un rescate durante el ciclo en un cultivo de alto valor, aplique una fuente soluble por fertirriego o un producto de potasio foliar para ganar tiempo. El potasio soluble está disponible para las raíces en cuestión de días, y ningún producto biológico iguala esa velocidad.

Fuentes naturales de potasio para plantas

Para agregar potasio al suelo de forma natural, las fuentes orgánicas son la ceniza de madera (de acción rápida, sube el pH, úsela con moderación), la harina de algas y otros productos de algas marinas, la composta y el estiércol (un aporte modesto pero constante; el estiércol de ganado con dietas ricas en potasio puede aportar bastante), y la glauconita o los polvos de granito y feldespato molido, que son potasio mineral de liberación muy lenta. Este último grupo es el material sobre el que mejor trabajan las bacterias solubilizadoras de potasio, y por eso la investigación combina ambos [2][7].

Cómo aumentar el potasio del suelo a largo plazo

Para necesitar menos potasa con el tiempo, trabaje en la capacidad del suelo de suministrar potasio desde sus propias reservas. Desarrolle sistemas radiculares, mantenga el suelo húmedo durante la ventana de absorción donde el riego lo permita, evite la compactación y coloque una cepa solubilizadora de potasio documentada en la zona radicular de un suelo con potasio total alto. En la mayoría de los suelos agrícolas, el potasio total es alto. En un suelo con potasio total alto y potasio disponible bajo, la vía microbiana es lo que le permite bajar la dosis de potasa sin sacrificar rendimiento.

7. Síntomas de deficiencia de potasio en los cultivos

El potasio es móvil dentro de la planta. Cuando escasea, la planta lo retira de las hojas viejas para alimentar el crecimiento nuevo, y los síntomas aparecen primero en la parte baja. La señal clásica es un amarillamiento en los bordes de las hojas más viejas que avanza a un margen seco y café, como quemado, mientras la nervadura central sigue verde. Por cultivo, se ve así:

• Maíz. Además de los bordes amarillos, las plantas deficientes tienen tallos débiles y huecos que se acaman al final del ciclo, y mazorcas que no llenan la punta.
• Caña de azúcar y papa. El potasio impulsa el transporte de azúcares dentro de la planta, y en estos cultivos la falta se nota en el llenado del tallo y del tubérculo [4].
• Aguacate, tomate, café y cítricos. Fruto de menor calibre, maduración dispareja y menos azúcar, es decir, grados Brix más bajos, porque el potasio impulsa el transporte de azúcares hacia el fruto [4]. Para el productor que exporta fruta, eso pega en calibre y calidad.
• Soya. El amarillamiento marginal aparece en las hojas viejas y medias, y el cultivo se ve disparejo, con los síntomas peores en las partes más secas y compactadas del lote.
• Alfalfa. Pequeñas manchas blancas o amarillas a lo largo del borde de las hojas.

Como el suelo seco frena la difusión del potasio, los síntomas de deficiencia suelen aparecer durante un periodo seco en lotes cuyo análisis salió adecuado, y desaparecen cuando vuelve la lluvia. Ese patrón señala un problema de absorción, y ahí es donde un sistema radicular más grande y una rizosfera más activa rinden más.

8. Cómo usar bacterias solubilizadoras de potasio en un programa de fertilidad

Estas reglas prácticas salen de los clientes de ABI y de la investigación.

Elija el suelo correcto. Las respuestas más fuertes se dan en suelos con abundante potasio mineral y una lectura baja de potasio disponible. Eso incluye suelos intemperizados sobre material parental granítico o micáceo, suelos arcillosos que fijan la potasa aplicada y lotes con muchos años de cultivo donde el depósito intercambiable se ha agotado. Los suelos arenosos tienen poco potasio mineral que liberar. Ahí el programa se apoya en el efecto sobre el crecimiento radicular y en combinar el inoculante con una fuente de potasio mineral.

Aplique temprano y en la zona radicular. El Bacillus mucilaginosus de ABI se aplica a 1.25 a 2.5 kg por hectárea por goteo, aplicación al pie (drench) o fertirriego, o en aplicación al suelo a la siembra, con una segunda aplicación en la fase de crecimiento. El organismo necesita tiempo para colonizar y formar biopelícula sobre las superficies minerales antes del pico de demanda de potasio del cultivo, que en la mayoría de los cultivos va del crecimiento vegetativo rápido a las primeras etapas reproductivas. En surco a la siembra (250 a 500 g por hectárea) o con el primer riego es mejor que un rescate a mitad de ciclo.

Combínelo con las cepas correctas. Una cepa de potasio, una cepa de fósforo y una PGPR de amplio espectro como Bacillus subtilis cubren en una sola aplicación las tres principales funciones de solubilización mineral. Agregar endomicorrizas extiende el alcance del sistema radicular hacia suelo que el cultivo no exploraría por sí solo. ABI especifica estas combinaciones por función objetivo y por UFC de cada cepa a través del configurador de mezclas a la medida, y el proceso visto desde el lado del comprador está en la guía de fabricación de mezclas microbianas a la medida.

Cuide la compatibilidad química. Diluya los fertilizantes líquidos antes de mezclarlos en el tanque. No mezcle los microorganismos en tanque con herbicidas, fungicidas, bactericidas ni otros plaguicidas, y siga la ficha técnica para los intervalos entre aplicaciones. Las cepas son formadoras de esporas y toleran un rango amplio de pH y temperatura, pero aplicarlas en un tanque de concentrado sin diluir es desperdiciar producto.

Mida el resultado. Haga análisis foliar de potasio en la misma etapa de crecimiento en franjas tratadas y sin tratar, y siga año con año la lectura de potasio disponible en el análisis de suelo. Esos dos números le dicen, mejor que cualquier mapa de rendimiento, si el suelo empieza a aportar por sí mismo una parte mayor del potasio que el cultivo necesita.

Para compradores: ABI fabrica Bacillus mucilaginosus y las cepas de Bacillus de esta guía en su planta de Wisconsin, como cepa única a 10 mil millones de UFC por gramo o en mezclas a su especificación, con la identidad de cepa verificada por PCR y un Certificado de Análisis en cada lote. Solicite especificaciones y precios o arme una mezcla a la medida.