Científicos de China transforman la arena del desierto en suelo fértil en menos de un año mediante microbios

De décadas a meses: el nuevo plazo para restaurar los desiertos

Científicos en China desarrollaron un método para transformar arena movediza del desierto en suelo estable y fértil en un plazo de 10 a 16 meses mediante microbios cultivados en laboratorio, un proceso que antes requería varias décadas. El avance, documentado por la Academia China de Ciencias (CAS) cerca del desierto de Taklamakán, en Xinjiang, utiliza cianobacterias para crear costras biológicas que unen los granos de arena, impiden la erosión eólica y acumulan materia orgánica. La técnica acelera considerablemente los procesos naturales de restauración del desierto. Los registros históricos del crecimiento de las costras durante 59 años de recuperación del desierto mostraron que añadir cianobacterias cultivadas en laboratorio redujo el plazo de décadas a apenas unos meses. Esta rápida estabilización ofrece a los equipos de restauración un margen decisivo para establecer vegetación antes de que los vientos fuertes y las temperaturas extremas destruyan las plantas jóvenes. Las barreras de paja dispuestas en forma de tablero de ajedrez en el noroeste de China sirven de base para este proceso; las parcelas tratadas presentan películas oscuras que persisten tras las tormentas de polvo estacionales y las temperaturas extremas. Este enfoque biológico ofrece una posible solución a las limitaciones de los métodos tradicionales de forestación, que requieren riego abundante y décadas para madurar. Bajo el microscopio, estas cianobacterias forman una red de filamentos bacterianos alrededor de los granos de arena y segregan azúcares pegajosos que se endurecen hasta formar una capa compacta. Según pruebas de laboratorio, este adhesivo vivo reduce en más de un 90 % la pérdida de suelo causada por el viento y crea una superficie estable donde las plántulas pueden echar raíces. El método se ha probado en las duras condiciones del Taklamakán, donde las temperaturas del verano son muy altas y el invierno trae heladas, y ha demostrado resistir los extremos estacionales.

Cómo las bacterias antiguas crean suelo a partir de la luz solar y el aire

Las cianobacterias, que probablemente aparecieron hace unos 3.500 millones de años, actúan como ingenieras microscópicas de los ecosistemas. Estas bacterias, que utilizan la luz solar, realizan la fotosíntesis: capturan dióxido de carbono del aire y liberan compuestos orgánicos simples. En los entornos desérticos pobres en nutrientes, algunas cepas también fijan nitrógeno, convirtiendo el nitrógeno gaseoso de la atmósfera en nutrientes que las plantas pueden aprovechar; en la práctica, producen fertilizante a partir del aire. Las bacterias colonizan las barreras de paja dispuestas en forma de tablero de ajedrez sobre la arena y forman capas vivas delgadas que resisten las tormentas de polvo estacionales y las temperaturas extremas. Una vez establecidas, estos organismos inician una transformación que convierte superficies minerales estériles en ecosistemas de suelo incipientes capaces de sustentar plantas más grandes.

La base pegajosa del nuevo suelo

Al examinar las costras biológicas del suelo bajo el microscopio, se observa una compleja red de filamentos bacterianos alrededor de cada grano de arena. Las células segregan azúcares pegajosos que se endurecen hasta formar una capa delgada y compacta que, en esencia, pega la arena. Según una investigación publicada en Soil Biology and Biochemistry, en pruebas de laboratorio esta costra reduce en más de un 90 % la pérdida de suelo causada por el viento. Durante el primer año, la superficie tratada empieza a retener nutrientes en los primeros 2,5 centímetros del suelo, en lugar de dejar que el viento se los lleve. Las células microbianas muertas y los azúcares liberados se mezclan con el polvo mineral arrastrado por el viento para formar materia orgánica que retiene nitrógeno y fósforo. Así se crean los primeros componentes de un suelo fértil en un entorno que antes carecía de estos recursos.

Sucesión ecológica: de los microbios al musgo

A medida que madura la costra, la comunidad evoluciona: pasa de estar formada principalmente por microbios a incluir líquenes y pequeños parches de musgo. Una investigación sobre 53 años de restauración en el desierto de Tengger muestra que los líquenes aumentan la resistencia de la superficie, mientras que el musgo aporta altura y sombra, lo que protege a los nuevos microbios y retiene humedad en pequeños espacios. Sin embargo, esta sucesión requiere protección, ya que las pisadas, el tránsito de vehículos y el pastoreo pueden fracturar la delicada superficie y retrasar la recuperación varios años. La evolución de simples capas de bacterias a comunidades complejas de líquenes y musgo marca el paso de la estabilización inicial a la formación propiamente dicha del suelo, aunque por lo general hacen falta entre dos y tres años para que esta etapa avanzada alcance plena resistencia a las perturbaciones.

Los estudios sobre las bacterias del suelo en desiertos restaurados revelan que distintas poblaciones microbianas cumplen funciones específicas. Los grupos bacterianos abundantes, capaces de aprovechar una amplia variedad de recursos, impulsan la rápida recuperación de múltiples funciones del ecosistema mediante ciclos coordinados de nutrientes. Los grupos menos abundantes, con nichos ecológicos más acotados, contribuyen a la estabilidad a largo plazo al desempeñar funciones redundantes. Una investigación publicada en Communications Biology indica que, mientras que la composición de los microbios abundantes responde a patrones aleatorios, la de los grupos menos abundantes está regida por procesos deterministas. Juntos, ambos crean ecosistemas de suelo resilientes, capaces de soportar las fluctuaciones ambientales.

Captura de carbono en las arenas: un complemento a la Gran Muralla Verde

La técnica de restauración microbiana se enmarca en iniciativas más amplias para convertir las zonas periféricas de los desiertos en sumideros de carbono. El desierto de Taklamakán, conocido como el Mar de la Muerte por su extrema aridez, está ahora completamente rodeado por un cinturón verde de 3.046 kilómetros, formado por árboles y arbustos resistentes a la sequía, en el marco del Programa de los Tres Cinturones Forestales del Norte. Esta barrera viva actúa como sumidero neto de carbono: captura dióxido de carbono de la atmósfera y estabiliza las dunas movedizas. Los datos de teledetección confirman su potencial para capturar carbono. King Fai Li, físico atmosférico de la Universidad de California, estudia la región mediante la fluorescencia inducida por el Sol (SIF), una tecnología que detecta el tenue resplandor del infrarrojo cercano emitido durante la fotosíntesis. Li destaca que, aunque la captura de carbono es modesta en comparación con la de las selvas tropicales, la constancia es importante.

«Esto no es una selva tropical. Es una zona de matorrales, como el chaparral del sur de California. Pero que capture CO2, y que lo haga de manera constante, es algo positivo que podemos medir y verificar desde el espacio».

Sin embargo, la forestación tradicional enfrenta importantes desafíos. Los análisis de los recursos hídricos muestran que la plantación extensiva de árboles puede reducir el caudal de los ríos y agotar los acuíferos, ya que los bosques sedientos aumentan la evapotranspiración. Una investigación de la Universidad Agrícola de China indica que, si bien la plantación de árboles aumentó las precipitaciones totales en algunas regiones, también extrajo más humedad del suelo y de las aguas subterráneas, lo que generó estrés hídrico en cuencas áridas. Esta tensión pone de relieve el posible valor de la tecnología de costras microbianas, que requiere menos agua que los bosques maduros y, al mismo tiempo, captura carbono mediante la acumulación de materia orgánica en el suelo.

Ampliar la escala: de los ensayos en el Taklamakán a la política nacional

La técnica con cianobacterias ha mostrado resultados prometedores más allá del Taklamakán. En el desierto de Mu Us, la siembra aérea combinada con la restauración microbiana ha favorecido la formación de suelo a partir de arenas movedizas y ha mejorado su fertilidad. Los análisis de secuenciación de alto rendimiento de zonas donde se ha sembrado desde el aire durante 30 años revelan aumentos importantes de la diversidad microbiana del suelo. También han aumentado los niveles totales de carbono, nitrógeno y nitratos, junto con las poblaciones de bacterias y hongos. Las cepas locales de cianobacterias suelen superar a las variedades importadas a la hora de soportar el calor, la sal y la sequía. Por ello, es necesario obtener cultivos de desiertos cercanos en lugar de depender de inoculantes comerciales de aplicación universal. Este requisito de adaptación local dificulta la ampliación rápida de la técnica, pero garantiza la compatibilidad ecológica y la supervivencia a largo plazo de las comunidades microbianas introducidas.

¿Qué límites puede superar la restauración microbiana?

Pese a los resultados prometedores, el método de restauración microbiana tiene limitaciones importantes. La desertificación obedece a múltiples causas, como el sobrepastoreo, el uso indebido del agua y el cambio climático, por lo que las costras por sí solas no pueden resolver estos problemas de fondo. Sin protección a largo plazo frente a los vehículos y el tránsito intenso de personas, las superficies restauradas pueden desmoronarse. El agua sigue siendo la principal limitación. Durante los períodos prolongados de sequía, la costra viva entra en estado de latencia, por lo que los resultados dependen en gran medida de las condiciones climáticas y de que las actividades de restauración se realicen en el momento adecuado. El método funciona mejor como parte de un enfoque integral que combine barreras físicas, inoculación microbiana y plantación estratégica de vegetación. El seguimiento de estos ecosistemas restaurados requiere métodos sofisticados. Los científicos utilizan secuenciación de alto rendimiento para rastrear los patrones de sucesión microbiana y evaluar la seguridad ecológica. En la zona arenosa de Hulun Buir, las investigaciones muestran que las comunidades bacterianas responden con más fuerza a los cambios ambientales que las comunidades de hongos, y que el pH, la humedad del suelo y la vegetación determinan la estructura de las comunidades. Estos indicadores ayudan a los responsables a determinar cuándo las tierras restauradas han alcanzado estabilidad funcional.

Lecciones globales para recuperar tierras áridas

La experiencia en los desiertos de China ofrece lecciones para otras regiones áridas, desde el Sahel africano hasta Oriente Medio. La iniciativa de la Gran Muralla Verde de África, puesta en marcha en 2007, ahora emplea métodos de restauración en mosaico en lugar de cinturones continuos de árboles e incorpora la regeneración natural asistida y la agrosilvicultura. En Níger y Burkina Faso, los agricultores han recuperado los suelos mediante la regeneración natural asistida: captan agua de lluvia en hoyos poco profundos y protegen los árboles jóvenes sin recurrir a un riego intensivo. Estos métodos han permitido restaurar millones de acres y crear medios de vida sostenibles gracias a productos agroforestales como el forraje y la miel. La integración de costras microbianas del suelo podría acelerar la estabilización de las dunas móviles en estas regiones y ofrecer una base para que las técnicas de regeneración natural se establezcan más rápidamente.

La tecnología demuestra que incluso las tierras muy degradadas pueden recuperar su funcionalidad mediante intervenciones específicas. Los científicos sugieren que combinar la inoculación con cianobacterias y las técnicas locales de captación de agua podría superar la principal limitación de la restauración de zonas áridas: la fase inicial de establecimiento, cuando las plantas jóvenes son más vulnerables al viento y la sequía. Ya hay colaboraciones internacionales que estudian cómo adaptar la metodología china a los suelos africanos, con ensayos preliminares centrados en identificar cepas de cianobacterias adaptadas localmente y capaces de sobrevivir al calor y la salinidad específicos del Sahel. A medida que el cambio climático intensifica la presión de la desertificación en todo el mundo, los métodos que aceleran la formación del suelo y reducen al mínimo el uso de agua podrían ser esenciales para mantener la productividad agrícola y evitar que las tormentas de arena se extiendan por distintos continentes.

Puntos clave

• Científicos chinos han reducido de décadas a entre 10 y 16 meses el tiempo necesario para formar suelo en el desierto mediante cianobacterias cultivadas en laboratorio, que unen las partículas de arena en costras biológicas estables.
• La técnica reduce la erosión eólica en más de un 90 % y crea una capa superficial del suelo rica en nutrientes mediante la fijación de nitrógeno y la acumulación de materia orgánica.
• Investigaciones realizadas en varios desiertos muestran que las comunidades microbianas impulsan múltiples funciones de los ecosistemas: los grupos abundantes se encargan del ciclo de nutrientes y los menos abundantes garantizan la estabilidad a largo plazo.
• La forestación tradicional en regiones áridas enfrenta problemas relacionados con el consumo de agua, por lo que la restauración microbiana podría ser un complemento más sostenible a la plantación de árboles.
• El método requiere protección frente a las alteraciones físicas y condiciones de lluvia adecuadas, y funciona mejor como parte de estrategias integrales para combatir la desertificación.