MMaatteerriiaaOOrrggáánniiccaaddeell SSuueelloo

Cátedra de Edafología

Facultad de Agronomía y Zootecnia

Universidad Nacional de Tucumán

Contenido:

• Definición

• Origen

• Influencia de los factores del medio

• Humus: Génesis y naturaleza

• Importancia

• Manejo de la cantidad y calidad de Materia Orgánica

• Bibliografía

DEFINICIÓN

Por definición, toda sustancia orgánica contiene carbo-no. Los suelos del mundo contienen aproximadamente eldoble de la cantidad de carbono que se encuentra en todala vegetación del planeta. Por lo tanto, la materia orgáni-ca del suelo tiene un rol decisivo en el balance global delcarbono, el cual es considerado el factor más influyenteen el calentamiento global o efecto invernadero. La mate-ria orgánica del suelo puede ser definida en dos sentidos:

a) Materia Orgánica en sentido general: involucramicro y meso-organismos que habitan el suelo, raícesde las plantas, todo material proveniente de organis-mos muertos y sus productos de transformación, des-composición y resíntesis sobre y en el suelo.b) Materia orgánica en sentido restringido: exclu-ye de la definición anterior la biomasa del suelo (orga-nismos vivos y raíces).

La materia orgánica, considerada como una mezclacompleja y variada de sustancias orgánicas, desempeñaun importante papel en los suelos agrícolas. A pesar deque la misma constituye solo una pequeña fracción de lamayoría de los suelos, es un componente dinámico queejerce una influencia dominante en muchas propiedadesy procesos del suelo. Frecuentemente un efecto lleva aotro, de modo que de la adición de materia orgánica a lossuelos, resulta una cadena compleja de múltiples benefi-cios.

CICLOS DE NUTRIENTES

A través de un complejo entramado de ciclos (carbo-no, nitrógeno, azufre, fósforo), los elementos circulandentro del ecosistema, siendo su destino final preferente-mente la materia orgánica. En esta dinámica, el compo-nente vivo del suelo, tiene una enorme importancia a lahora de determinar el movimiento de nutrientes y su dis-tribución además de la velocidad a la que los nutrientesson reciclados (Figura 1).

ORIGEN

El origen de la materia orgánica puede ser clasificadocomo: primario u original que representa los residuosvegetales y uno secundario que esta representado por losresiduos animales.

COMPOSICIÓN DE LOS RESIDUOS DE LAS PLANTAS

Los tejidos de las plantas verdes están constituidos ensu mayor parte por agua, el contenido de humedad varíade 60 a 90%, siendo 75% un valor típico. Si estos tejidosse secan, quitándoles toda el agua, el análisis de la mate-ria seca que queda muestra que, en base a peso, lamayor parte (al menos 90 a 95 %) está constituida porcarbono, oxígeno e hidrógeno (Figura 2 y 3).

Las plantas obtienen estos elementos a partir del dió-xido de carbono y el agua, mediante la fotosíntesis. Si lamateria seca de las plantas se quema (oxida), estos ele-mentos se transforman nuevamente en dióxido de carbo-no y agua. Por supuesto, en la combustión también seformará algo de cenizas y humo, lo que es responsabledel 5 a 10% restante de la materia seca.

MATERIA ORGÁNICA DEL SUELOIng. Agr. M.Sc. Roberto Corbella

Ing. Agr. Juan Fernández de Ullivarri

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Figura 1: Esquema de la dinámica de los ciclos de nutrientes.

Figura 2: Composición elemental del vegetal.

Velocidad de descomposición de los distintos com-puestos (de rápido a muy lento)

• 1. Azúcares, almidones y proteínas simples• 2. Proteínas complejas • 3. Hemicelulosa• 4. Celulosa• 5. Grasas y ceras• 6. Lignina y compuestos fenólicos

Los residuos animales son fuente secundaria de mate-ria orgánica. Al mismo tiempo que se alimentan con lostejidos originales de las plantas, contribuyen con produc-tos de desecho (estiércol sólido y líquido) y, cuando mue-ren, dejan sus propios cuerpos. La mesofauna, especial-mente las lombrices, termitas, hormigas y coleópteros delsuelo, tienen además un rol importante en la incorpora-ción y traslado de los residuos orgánicos dentro del suelo.

TRANSFORMACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA

MEDIO AERÓBICO

La descomposición: un proceso de oxidación. En unsuelo bien aireado todos los compuestos que se encuen-tran en los residuos vegetales son sujetos a oxidación.Debido a que la fracción orgánica de los materiales vege-tales está mayormente compuesta por carbono e hidró-geno, la oxidación de los compuestos orgánicos en elsuelo puede representarse como:

En esta reacción general están involucradas muchasetapas intermedias y está asociada a reacciones lateralesimportantes, que involucran a otros elementos distintosdel carbono y el hidrógeno. Aún más, esta reacción bási-ca es responsable de la mayor parte de la descomposiciónde la materia orgánica en el suelo, como también del con-sumo de oxígeno y liberación de CO2.

En medios aeróbicos se producen tres reacciones fun-damentales que son:

• Los compuestos carbonados son oxidados por enzimaspara producir: CO2, H2O, energía y biomasa de losorganismos descomponedores.

• Los nutrientes esenciales (N, P, y S) son liberados y/oinmovilizados por una serie de reacciones específicas

que son exclusivas para cada elemento.• Se forman compuestos muy resistentes a la acción

microbiana (por modificación de los compuestos pre-sentes en el tejido original o por síntesis microbiana).

En este tipo de medio es de esperar la formación deun horizonte genético A

MEDIO ANAERÓBICO

Cuando los poros del suelo llenos de agua impiden ladifusión del O2 desde la atmósfera hacia el suelo, la pro-visión de oxígeno puede agotarse. Los organismos aeró-bicos no pueden funcionar sin oxígeno suficiente, por loque los organismos anaeróbicos o facultativos se vuelvendominantes. En condiciones de poco oxígeno, o anaeróbi-cas, la descomposición se produce mucho más lentamen-te que cuando el oxígeno es abundante. Por esto los sue-los mojados, anaeróbicos, tienden a acumular grandescantidades de materia orgánica parcialmente descom-puesta.

Los productos de la descomposición anaeróbica inclu-yen una amplia variedad de compuestos orgánicos par-cialmente oxidados, como ácidos orgánicos, alcoholes ygas metano. La descomposición anaeróbica libera relati-vamente poca energía para los organismos involucrados,por lo que los productos finales aún contienen muchaenergía (por esta razón el alcohol y el metano puedenservir como combustibles). Algunos de los productos dela descomposición anaeróbica causan preocupación, por-que dan olores pestilentes o inhiben el crecimiento vege-tal. Las siguientes son reacciones típicas, producidas pordiferentes bacterias metanogénicas en los suelos moja-dos:

En este tipo de medio es de esperar la formación deun horizonte genético O

INFLUENCIA DE LOS FACTORES DEL MEDIO

INFLUENCIA DEL CLIMA

La temperatura y la precipitación ejercen una influen-cia dominante sobre las cantidades de carbono orgánicoque hay en los suelos.

Temperatura

El efecto de la temperatura resulta de la diferencia derespuesta de los procesos de producción de materiaorgánica (crecimiento vegetal) y de destrucción demateria orgánica (descomposición microbiana) antelos incrementos de esta variable climática. En los sue-

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Figura 3: Tipos de compuestos en la fuente original.

los cálidos, la mineralización es acelerada, por lo quela liberación de nutrientes es rápida pero la acumula-ción residual de materia orgánica es menor que en lossuelos más fríos. Por lo tanto, a medida que nos tras-ladamos desde los climas más cálidos hacia los másfríos, el contenido de materia orgánica de suelos equi-parables tiende a aumentar. Los suelos regados de lasregiones desérticas calientes, se encuentran entre losde más rápida velocidad de descomposición de lamateria orgánica.Dentro de zonas de condiciones de humedad uniformey vegetación comparable, las cantidades totales pro-medio de materia orgánica de los suelos aumentan dedos a tres veces por cada 10ºC de disminución de latemperatura media anual. En las regiones montaño-sas, a medida que uno asciende desde las tierrasbajas cálidas a las altas, más frías, se evidencian cam-bios similares en la materia orgánica del suelo.

Humedad

La humedad del suelo también ejerce una influenciaimportante en la acumulación de materia orgánica enlos suelos. En condiciones comparables, el contenidomateria orgánica de los suelos aumenta a medida quecrece la humedad efectiva. Sin embargo, al estableceresta correlación con la precipitación, se debe recordarque el nivel de materia orgánica, en cualquier suelo,está influenciado tanto por la temperatura como por lahumedad y también por otros factores.Donde la temperatura media anual es alta y la preci-pitación es baja, es donde se encuentran los nivelesnaturales más bajos de materia orgánica y las mayo-res dificultades para mantenerlos. Estas relacionesson de extrema importancia para la productividad yconservación de los suelos y para la dificultad relativade manejar en forma sustentable el recurso naturalsuelo.

INFLUENCIA DE LA VEGETACIÓN NATURAL

Usualmente, el clima y la vegetación actúan en formaconjunta para influenciar en los contenidos de materiaorgánica del suelo. Generalmente, la gran productividadvegetal originada por un ambiente bien provisto de agualleva a mayores aportes a la reserva de materia orgánicadel suelo. En las áreas sub-húmedas y semiáridas gene-ralmente dominan los pastizales, mientras que en lasregiones húmedas dominan los árboles. En las zonas cli-máticas donde la vegetación natural incluye a ambos,bosques y pastizales, el contenido total de materia orgá-nica es más alto en los suelos desarrollados bajo pastiza-les que en los desarrollados bajo bosques. En los sueloscon vegetación de pastos, los residuos de las plantas con-tienen una proporción relativamente mayor de materiaradicular, que se descompone más lentamente y contribu-ye más eficientemente a la formación de humus del sueloque loa hojarasca de un bosque.

EFECTOS DE LA TEXTURA Y EL DRENAJE

Textura

Mientras el clima y la vegetación natural afectan lamateria orgánica del suelo de áreas geográficasextensas, la textura del suelo y el drenaje con fre-cuencia son responsables de diferencias notables demateria orgánica dentro de un paisaje de un sitiodeterminado. En general, y siendo iguales todas lasotras características, los suelos con alto contenido dearcilla y limo tienen más materia orgánica que los are-nosos. En los suelos de textura fina la cantidad deresiduos orgánicos que retorna al suelo es general-mente mayor, debido a que las capacidades de rete-ner nutrientes y agua superiores de estos suelos favo-recen una producción vegetal mayor. Al mismo tiem-po, los poros, generalmente más pequeños, de lossuelos de textura fina pueden restringir la aireación yreducir la velocidad de oxidación de la materia orgáni-ca. Otro factor que favorece la mayor acumulación demateria orgánica en los suelos de textura fina es laformación de complejos arcilla-humus que protegen ala materia orgánica de la degradación.

Efectos del drenaje

En los suelos mal drenados la provisión abundante deagua estimula la producción de materia orgánica secapor parte de las plantas y la aireación relativamentedeficiente inhibe la descomposición de la materiaorgánica. Por lo tanto los suelos deficientemente dre-nados, por lo general, acumulan cantidades de mate-ria orgánica mucho más altas que suelos similarespero mejor aireados. Por ejemplo, los suelos adyacen-tes a cursos de agua son excepcionalmente ricos enmateria orgánica, debida en parte a su mal drenaje.En ambientes muy pobremente drenados, se puedeacumular materia orgánica suficiente para formarhorizontes orgánicos (O). Si la condición de anega-miento natural de estos horizontes O se altera por lainstalación de un sistema de drenaje artificial, el incre-mento de suministro de oxígeno resultante provoca ladesaparición de gran parte de la materia orgánica acu-mulada en estos suelos.

INFLUENCIA DEL MANEJO AGRÍCOLA Y EL LABOREO

Indiscutiblemente, se puede generalizar diciendo quelas tierras cultivadas tienen niveles mucho más bajos demateria orgánica que los que tienen áreas similares perocon vegetación natural. Esto no es sorprendente; en con-diciones naturales toda la materia orgánica producida porla vegetación se devuelve al suelo y el suelo no se per-turba por labranzas. En contraste, en las áreas cultivadas,la mayor parte del material vegetal se extrae para ali-mento humano o animal y lo que termina regresando alsuelo es relativamente menor. Además, la labranza aireael suelo y desmenuza los residuos orgánicos, haciéndolos

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más accesibles a la descomposición microbiana.

Roturación

Cuando se incorpora al cultivo una tierra virgen, seproduce un descenso muy rápido del contenido demateria orgánica. Con el tiempo, las ganancias y pér-didas de carbono orgánico alcanzan un nuevo equili-brio y el contenido de materia orgánica se estabilizaen un valor mucho más bajo. Cuando se desmontabosques tropicales lluviosos, se observan caídas simi-lares del contenido de materia orgánica; sin embargo,las pérdidas pueden ser aún más rápidas debido a queen este caso las temperaturas son más altas. Las modernas prácticas de labranza conservacionistapueden ayudar a mantener o restaurar niveles altos demateria orgánica en la superficie del suelo.Comparadas con la labranza tradicional, prácticascomo la cubierta de rastrojos o labranza cero dejanuna proporción mayor de los residuos sobre o cerca dela superficie del suelo. Estas técnicas protegen al suelode la erosión y frenan también la descomposición rápi-da de los residuos de cosecha (Figura 4).

FACTORES QUE CONTROLAN LAS VELOCIDADES DEDESCOMPOSICIÓN Y MINERALIZACIÓN

El tiempo necesario para completar los procesos dedescomposición y mineralización (transformación de sus-tancias orgánicas en inorgánicas) puede variar desde díashasta años, dependiendo mayormente de dos factoresgenerales:

1. Las condiciones ambientales del suelo.2. La calidad de los residuos agregados como fuente

de alimento para los organismos.

Las condiciones ambientales que conducen a una rápi-da descomposición y mineralización incluyen un pH casineutro, humedad del suelo suficiente y buena aireación(alrededor de 60% del espacio poroso del suelo lleno conagua) y temperaturas cálidas (25 a 35ºC).

Factores Físicos que Influyen en la Calidad de losResiduos

La ubicación de los residuos, dentro o sobre del suelo,es un factor físico decisivo para las velocidades de des-composición. La ubicación de los residuos vegetales en lasuperficie, como la hojarasca en un bosque o la cubiertade rastrojos en la labranza conservacionista, usualmenteda como resultado velocidades de descomposición máslentas y más variables que cuando se incorporan residuossimilares dentro del suelo, por restos de raíces, acción dela fauna o labranza. Los residuos incorporados están eníntimo contacto con los organismos del suelo y, general-mente, se mantienen uniformemente húmedos. Por elcontrario, los residuos superficiales están fuera del alcan-ce físico de la mayoría de los organismos del suelo, salvoel micelio de los hongos y la fauna de mayor tamaño,como las lombrices. Los residuos superficiales están suje-tos a desecación y también a temperaturas extremas.

Los elementos nutritivos mineralizados a partir deresiduos aplicados en la superficie son también más sus-ceptibles de perderse que los que provienen de residuosincorporados.

Otro factor físico importante es el tamaño de las par-tículas del residuo, cuanto más chica es la partícula,mayor es la velocidad de descomposición. Un tamaño departícula chico puede deberse a la naturaleza de los resi-duos (ej. ramitas versus troncos), a tratamientos mecá-nicos (molienda, picado, labranza, etc.) o a la acciónmasticatoria de la fauna del suelo. La reducción del tama-ño de partícula de los residuos expone físicamente másárea superficial a la descomposición y también fragmen-ta las paredes celulares con lignina o lignificadas y lascubiertas externas cerosas de las hojas, de modo queexpone los tejidos más fácilmente descomponibles y loscontenidos celulares.

Relación Carbono/Nitrógeno de los MaterialesOrgánicos y los Suelos

El contenido de carbono de una materia vegetal secatípica es de un 42%; el de la materia orgánica del suelovaría desde 40 a 58%. En contraposición, el contenido denitrógeno de los residuos vegetales es mucho más bajo yvaría ampliamente (desde<1 a 6%). La relación del car-bono al nitrógeno, C/N, de los residuos que se aplican alsuelo es importante por dos razones:

• Cuando se agrega residuos que tienen relación C/Nalta, se produce una fuerte competencia entre losmicroorganismos por el nitrógeno disponible del suelo.

• La relación C/N del residuo contribuye a determinar suvelocidad de descomposición y la velocidad con que elnitrógeno se hace disponible para las plantas.Relación C/N en plantas y microbios: en los resi-duos vegetales la relación C/N varía desde 10:1 a30:1, en las leguminosas y las hojas jóvenes, hastavalores tan altos como 600:1, en algunas clases deaserrín. General-mente, a medida que la planta madu-

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Figura 4: Mecanismos relacionados con la eliminación de la

cubierta vegetal.

ra, la proporción de proteínas de sus tejidos dismi-nuye mientras que aumentan la de lignina y celulo-sa y la relación C/N. En los cuerpos y células de los microorganismos, larelación C/N no sólo es menos variable que en lostejidos vegetales, sino que también es comúnmentemucho más baja, cayendo hasta 5:1 a 10:1. Entrelos microorganismos, las bacterias son generalmen-te algo más ricas en proteínas que los hongos y, enconsecuencia, tienen una relación C/N más baja.Relación C/N en suelos: la relación C/N de lamateria orgánica de los horizontes superficiales(Ap) de los suelos arables (cultivados) comúnmentevaría de 8:1 a 15:1, estando la mediana cerca de12:1. Usualmente, en un perfil de suelo, la relaciónes más baja en los subsuelos que en las capassuperficiales. En una región climática dada, haymuy poca variación de la relación C/N entre suelosmanejados de modo similar.

Influencia de la Relación C/N en la descompo-sición

Al igual que otros organismos, los microbios delsuelo requieren un balance de nutrientes para construirsus células y obtener energía. La mayoría de los orga-nismos del suelo metabolizan materiales que contienencarbono, tanto para formar compuestos orgánicosesenciales, como para obtener energía para procesosvitales. Sin embargo, ninguna criatura puede multipli-carse y crecer sólo con carbono. Los organismos debenobtener también suficiente nitrógeno para sintetizarcomponentes celulares que contienen nitrógeno, talescomo aminoácidos, enzimas y ADN.

En promedio los microbios del suelo deben incorpo-rar dentro de sus células alrededor de ocho partes decarbono por cada parte de nitrógeno (asumiendo quelos microbios tienen una relación C/N promedio de8:1). Debido a que sólo alrededor de un tercio del car-bono metabolizado por los microbios se incorpora a suscélulas (el restante se respira y se desprende comoCO2) necesitan encontrar en el sustrato alrededor de24 partes de carbono por cada parte de nitrógeno queasimilan en de sus cuerpos (es decir una relación C/Nde 24 en su "comida")

Este requerimiento da como resultado dos conse-cuencias prácticas extremadamente importantes.Primero, si la relación C/N del material orgánico agre-gado al suelo excede de más o menos 25:1, los micro-bios tendrán que recurrir a la solución del suelo paraobtener suficiente nitrógeno. Por esto, la incorporaciónde residuos de alta C/N agotará la provisión de nitró-geno soluble, causando deficiencia de nitrógeno en lasplantas superiores. Segundo, si no hay suficiente nitró-geno para sostener el crecimiento microbiano, ni en elmaterial que se descompone, ni disponible en la solu-ción del suelo, la alteración de los materiales orgánicospuede demorarse (Figura 5).

Influencia del Contenido de Lignina y Polifenoles delos Materiales Orgánicos

El contenido de lignina de los desechos vegetales varíadesde menos de 2% hasta más de 50%. Los materialescon alto contenido de lignina se descomponen muy lenta-mente. También los compuestos polifenólicos que seencuentran en los desechos de las plantas pueden inhibirla descomposición. Estos compuestos fenólicos frecuente-mente son hidrosolubles y pueden estar presentes enconcentraciones tan altas como 5 a 10% del peso seco.Por formación de complejos altamente resistentes con lasproteínas durante la descomposición de los residuos,estos compuestos fenólicos pueden retardar severamen-te tanto la mineralización de nitrógeno como la oxidacióndel carbono.

HUMUS: GÉNESIS Y NATURALEZA

El término general materia orgánica del suelo (MOS)comprende todos los componentes orgánicos de unsuelo:

• Biomasa viva (tejidos vegetales y animales intactosmicroorganismos),

• Raíces muertas y otros residuos vegetales reconoci-bles y también

• Una mezcla predominantemente amorfa y coloidal desustancias orgánicas complejas que ya no puedenidentificarse como tejidos.

En propiedad, sólo la tercera categoría de materialorgánico recibe el nombre de humus del suelo.

TRANSFORMACIONES MICROBIANAS

A medida que se produce la descomposición de losresiduos de las plantas, los microbios fragmentan lenta-mente los componentes complejos en compuestos mássimples. En este proceso parte de la lignina es dividida ensubunidades fenólicas. Entonces los microbios metaboli-zan los compuestos más simples que se originan. Usandoparte del carbono no perdido como dióxido de carbono enla respiración, junto con la mayor parte del nitrógeno,

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Figura 5: Efecto de los valores de R C/N del material orgánico sobre

los procesos de mineralización o inmovilización

azufre y oxígeno de esos compuestos, los microorganis-mos sintetizan compuestos celulares nuevos y biomolé-culas. Algo de la lignina original no es completamentedestruida, sino sólo modificada para formar moléculasresiduales complejas que retienen muchas de las carac-terísticas de la lignina. Los microbios polimerizan (ligán-dolos entre sí) algunos de los compuestos nuevos mássimples unos con otros y con los productos residualescomplejos formando cadenas largas, complejas queresisten posterior descomposición. Estos compuestos dealto peso molecular interactúan con compuestos amina-dos que contienen nitrógeno, dando origen a un compo-nente importante del humus resistente. La presencia dearcillas coloidales estimula la polimerización compleja.Estos polímeros complejos, mal definidos, resistentesson llamados sustancias húmicas. El término sustanciasno-húmicas se refiere a un grupo de biomoléculas iden-tificables que se producen mayormente por acciónmicrobiana y que son menos resistentes a la destruc-ción.

Un año después de agregados los residuos, la mayorparte del carbono ha retornado a la atmósfera comoCO2, pero es probable que quede en el suelo un quintoa un tercio, sea como biomasa del suelo (5%) o comofracciones del humus del suelo, húmicas (20%) y nohúmica ( 5%). La proporción remanente de los residuosde raíces tiende a ser algo mayor que la que queda delos residuos de hojas incorporados.

SUSTANCIAS HÚMICAS

Las sustancias húmicas comprenden alrededor del 60 a80% de la materia orgánica del suelo. Están constituidaspor moléculas enormes con estructura y composición másbien variables que específicas. Las sustancias húmicasestán caracterizadas por estructuras aromáticas, cíclicasque incluyen polifenoles (numerosos compuestos fenólicosagrupados) y poliquinononas similares que son aún máscomplejas. Generalmente las sustancias húmicas son sus-tancias de color oscuro, amorfas, con pesos molecularesque varían de 2.000 a 300.000 g/mol. Debido a su com-plejidad, son los materiales orgánicos más resistentes alataque microbiano.

Agrupamiento por solubilidad: Las sustanciashúmicas han sido históricamente clasificadas en tresagrupamientos químicos basados en solubilidad:

Ácidos fúlvicos: los de peso molecular más bajo yde color más claro, solubles tanto en ácido como enálcali y más susceptibles al ataque microbiano(Figura 6). Ácidos húmicos: de peso molecular y coloresmedianos, solubles en álcali pero insolubles enácido y de resistencia intermedia a la degradación(Figura 7).Huminas: las de peso molecular más alto, de colormás oscuro, insolubles tanto en ácido como en álcali(Figura 8)y las más resistentes al ataque microbiano.

Los tres grupos de sustancias húmicas son relativa-mente estables en los suelos. Aún el ácido fúlvico, el másfácilmente degradable, es más resistente al ataque micro-biano que la mayoría de los residuos vegetales reciente-mente aplicados. La vida media (el tiempo requerido parala destrucción de la mitad de la cantidad de una sustan-cia), depende del ambiente, para el ácido fúlvico puedeser 10 a 50 años, mientras que la vida media del ácidohúmico se mide generalmente en centurias.

SUSTANCIAS NO-HÚMICAS

Alrededor de 20 a 30% del humus de los suelos estáformado por sustancias no-húmicas. Estas sustancias sonmenos complejas y menos resistentes al ataque microbia-no que las de grupo del humus. A diferencia de las sustan-

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Figura 7: Modelo de estructura tridimensional del ácido húmico (H.

R. Schulten).

Figura 6: Modelo de estructura del ácido fúlvico (Buffle )

Figura 8: Fraccionamiento de las sustancias húmicas por efecto de

soluciones extractantes

cias húmicas están constituidas de biomoléculas específi-cas con propiedades físicas y químicas definidas. Algunasde estas sustancias no-húmicas son compuestos de lasplantas modificados microbiológicamente, mientras queotras son compuestos sintetizados por los microorganis-mos como subproductos de la descomposición. Entre lassustancias no-húmicas están los polisacáridos, polímerosque tienen estructura similar a los azúcares y una fórmu-la general de Cn(H2O)m donde n y m son variables. Lospolisacáridos son especialmente importantes en el incre-mento de la estabilidad estructural. También están inclui-dos los poliurónidos, los que no se encuentran en las plan-tas, pero son sintetizados por microbios del suelo.

Algunos compuestos aún más simples (como ácidosorgánicos de bajo peso molecular y algunos materiales detipo proteico) forman también parte del grupo no-húmico.A pesar que ninguno de estos materiales más simples estápresente en grandes cantidades, pueden influir en la dis-ponibilidad de nutrientes para las plantas, como ser nitró-geno y hierro y pueden además afectar en forma directael crecimiento vegetal.

ESTABILIDAD DEL HUMUS

Estudios que usan radioisótopos han demostrado queparte del carbono transformado en humus miles de añosatrás está aún presente en los suelos, evidenciando quealgunos materiales húmicos son extremadamente resis-tentes al ataque microbiano. Esta resistencia a la oxida-ción de las sustancias húmicas, es importante en el man-tenimiento de los niveles de materia orgánica y en la pro-tección del nitrógeno y otros elementos esenciales, contrala mineralización rápida y pérdida del suelo. Por ejemplo,la formación de complejos polifenol-proteína puede prote-ger el nitrógeno proteico del ataque microbiano. A pesarde su resistencia relativa a la alteración, el humus sufrecontinuamente ataque microbiano. Sin la adición anual deresiduos vegetales suficientes, la oxidación microbianaproducirá una reducción de los niveles de materia orgáni-ca del suelo.

Combinaciones arcilla-humus: la interacción con mine-rales arcillosos proporciona otro medio de estabilizar elnitrógeno del suelo y la materia orgánica. Se sabe queciertas arcillas atraen y retienen sustancias como aminoá-cidos, péptidos y proteínas, formando complejos que pro-tegen los compuestos nitrogenados de la degradaciónmicrobiana. La materia orgánica que está aprisionada enlos poros muy pequeños (<1 ) que forman las partículasde arcilla es físicamente inaccesible a los organismos des-componedores. También es posible que ciertos silicatoslaminares, como la vermiculita puedan retener materiaorgánica entre sus láminas en formas que resisten fuerte-mente a la descomposición.

Así, la arcilla, junto con polímeros húmicos y polisacá-ridos, pueden proteger del ataque microbiano a compues-tos nitrogenados relativamente simples. En muchos sue-los más de la mitad de la materia orgánica está asociadaarcillas y otros constituyentes inorgánicos. A pesar que elalcance y los mecanismos de las interacciones arcilla-

humus no son todavía completamente comprendidos,estas interacciones explican parcialmente el alto conteni-do de materia orgánica de los suelos arcillosos.

CARACTERÍSTICAS COLOIDALES DEL HUMUS

El área superficial por unidad de masa de los coloidesdel humus es muy alta, excediendo generalmente a la delas arcillas silicatadas. Las superficies coloidales del humusestán cargadas negativamente, como resultado de la diso-ciación de H+ de grupos carboxílicos (-COOH) o fenólicos(-OH). La cantidad de carga negativa depende del pH. Avalores altos de pH, la capacidad de intercambio de catio-nes del humus en relación con masa (150 a 300 cmolc/kg)excede grandemente la de la mayoría de las arcillas silica-tadas. Cualitativamente las reacciones de intercambio conel humus son similares a las que se producen con las arci-llas silicatadas. Las micelas de humus, igual que las partí-culas de arcillas, tienen un enjambre de cationes adsorbi-dos (Ca2+, H+, Mg2+, K+, etc.) que son intercambiadoscon cationes de la solución del suelo. La capacidad deretención de agua del humus en relación con su masa (noen relación con su volumen) es cuatro a cinco veces la delas arcillas silicatadas. El humus tiene un rol en la forma-ción y estabilidad de los agregados. Las moléculas alta-mente complejas del humus contienen estructuras quími-cas que absorben linealmente todas las longitudes deonda de la luz visible, dando a la sustancia un color negrocaracterístico.

ACCIÓN DIRECTA DE LA MATERIA ORGÁNICASOBRE EL CRECIMIENTO VEGETAL

Está bien probado que ciertos compuestos orgánicosson absorbidos por las plantas superiores. Las plantaspueden absorber una parte muy pequeña de sus requeri-mientos de nitrógeno y fósforo como compuestos orgáni-cos solubles. Cuando la materia orgánica se transforma,se forman varios compuestos promotores del crecimiento,como vitaminas, aminoácidos, auxinas y giberelinas. Estassustancias pueden estimular, a veces, el crecimiento,tanto en las plantas como en los microorganismos.

Es conocido que pequeñas cantidades de ácidos fúlvicoy/o húmico en la solución del suelo pueden favorecer cier-tos aspectos del crecimiento vegetal. Probablemen-te,componentes de estas sustancias húmicas actúan comoreguladores de funciones específicas del crecimiento vege-tal., tales como la elongación celular y la iniciación de raí-ces laterales.

Efectos aleloquímicos

Alelopatía es el proceso por el que una planta impreg-na el suelo con un compuesto que afecta el crecimiento deotra planta. La planta puede hacer esto exudando directa-mente aleloquímicos o los compuestos pueden ser lixivia-dos desde el follaje por el agua de lluvia. En otros casos elmetabolismo microbiano de los tejidos muertos de la plan-ta (residuos) produce los aleloquímicos. En algunos casos

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se aplica el término aleloquímico a compuestos vegetalesque inhiben a los microorganismos. Aparentemente, losaleloquímicos presentes en el suelo, son responsables demuchos de los efectos que se observan cuando variasplantas crecen asociadas entre sí. Ciertas malezas (Ej.Pasto ruso y cola de zorro gigante) perjudican a los culti-vos en forma excesiva con relación al tamaño y número delas malezas presentes debido a que producen estos com-puestos. Los residuos de los cultivos que se dejan sobre lasuperficie del suelo pueden inhibir la germinación y el cre-cimiento del siguiente cultivo (Ej. frecuentemente los resi-duos de trigo inhiben a las plantas de sorgo).

ACCIÓN INDIRECTA DE LA MATERIA ORGÁNICASOBRE LAS PROPIEDADES DEL SUELO

Influencia en las propiedades físicas

El humus tiende a dar a los horizontes superficialescolores castaño oscuro a negro. Favorece la granulación yla estabilidad estructural, especialmente por la producciónde sustancias no-húmicas durante la descomposición(Figura 9). Las fracciones húmicas ayudan a disminuir laplasticidad, cohesión y adhesividad de los suelos arcillo-sos, tornándolos mas fáciles de manejar. También mejorala retención de agua, ya que la materia orgánica mejoratanto la velocidad de infiltración como la capacidad dealmacenaje de agua.

Las sustancias ligantes que pueden ser de naturalezapolar o no polar.

Polar: La Materia Orgánica cargada se une a:• Las arcillas o partículas mayores a través de unio-

nes electrostáticas• Unión Materia Orgánica - borde de arcillas (en

aquellas con cargas originadas por ruptura del cris-tal).

• Unión grupos de carga positiva de la MateriaOrgánica con arcillas.

• Unión Materia Orgánica con metales polivalentes através d puentes catiónicos (quelatos).

• Uniones puente hidrógeno. Arcillas - H - grupos car-boxílicos de la Materia Organica.

No polar: Es decir polímeros orgánicos no cargadosdonde la unión se hace por fuerzas de naturaleza físi-ca (Van der Wals) que son de corto rango. Encapsulana un grupo de partículas. Ejemplos: polisacáridos,poliurónidos (gomas bacterianas), mucílagos (produci-dos por raíces)

Influencia en las propiedades químicas

Debido a que el humus tiene una capacidad de inter-cambio de cationes (CIC) de 2 a 30 veces mayor (por kg)que la de varios tipos de minerales de arcilla, generalmen-te es responsable de 50 a 90 % del poder de adsorción decationes de los suelos minerales superficiales. Igual quelas arcillas, los coloides húmicos retienen cationes nutrien-tes (potasio, calcio, magnesio, etc.) en formas fácilmenteintercambiables, a partir de las que las plantas puedenusarlos pero que no pueden ser fácilmente llevados fueradel perfil por el agua que percola. Por su capacidad deintercambio de cationes y sus grupos funcionales ácidos ybásicos, la materia orgánica provee además gran parte dela capacidad de amortiguación del pH de los suelos.Además en los constituyentes de la materia orgánica delsuelo hay almacenados nitrógeno, fósforo, azufre y micro-nutrientes, que son liberados lentamente por mineraliza-ción.

Asimismo, los ácidos húmicos atacan los minerales delsuelo y aceleran su descomposición, liberando así nutrien-tes esenciales en forma de cationes intercambiables. Losácidos orgánicos, polisacáridos y los ácidos fúlvicos pue-den atraer cationes como Fe3+, Cu2+, Zn2+ y Mn2+ de losbordes de las estructuras minerales y formar quelatos oligarlos en complejos órgano-minerales estables. Algunosde estos metales se hacen más disponibles como micro-nutrientes para las plantas porque son conservados enforma soluble bajo forma de quelatos. En los suelos muyácidos, la materia orgánica mitiga la toxicidad de aluminiopor que liga los iones aluminio en complejos no-tóxicos.

Efectos biológicos

La materia orgánica influye grandemente en la biologíadel suelo, debido a que provee la mayor parte del alimen-to para la comunidad de organismos heterótrofos delsuelo. La calidad de los desechos de las plantas y la mate-ria orgánica del suelo afecta mucho las velocidades dedescomposición y por lo tanto, la cantidad de materiaorgánica que se acumula en el suelo.

IMPORTANCIA

La materia orgánica del suelo tiene un rol decisivo enel balance global del carbono, el cual es considerado elfactor más influyente en el calentamiento global o efectoinvernadero. A pesar de que la materia orgánica constitu-ye sólo una pequeña fracción de la masa total en la mayo-ría de los suelos, es un componente dinámico que enmuchas propiedades ejerce una influencia dominante físi-ca, química y biológica.

Materia Orgánica del Suelo

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Cátedra de Edafología. FAZ. UNT.

Figura 9: Esquema de Emerson sobre unión de materia orgánica y

otros constituyentes del suelo

En los suelos superficiales, proporciona gran parte delas capacidades de intercambio de cationes y de retenciónde agua. Ciertos componentes de la materia orgánica sonresponsables, en gran medida, de la formación y estabili-zación de los agregados del suelo. Además, la materiaorgánica contiene grandes cantidades de nutrientes paralas plantas, especialmente nitrógeno, y actúa como undepósito que los libera lentamente. Aun más, la materiaorgánica proporciona la energía y los constituyentes celu-lares a la mayoría de los microorganismos. Además defacilitar el crecimiento de las plantas por los efectos yamencionados, ciertos compuestos orgánicos presentes enlos suelos tienen efectos estimulantes directos en el creci-miento de las plantas. Por todas estas razones, mejorar lacantidad y calidad de la materia orgánica del suelo es unfactor esencial en el mejoramiento de la calidad del suelo.

MANEJO DE LA CANTIDAD Y CALIDADDE MATERIA ORGÁNICA

Quizás la forma más utilitaria de definir la calidad de lamateria orgánica del suelo consista en reconocer diferen-tes reservorios de carbono orgánico que varían en su sus-ceptibilidad al metabolismo microbiano. Se pueden identi-ficar cinco de estos reservorios de carbono en los residuosde las plantas y en la materia orgánica del suelo. Los resi-duos de las plantas contienen algunos componentes (car-bono metabólico), tales como azúcares, proteínas yalmidones, que son muy facilmente metabolizados por losmicrobios del suelo. Otros componentes (carbonoestructural) existen mayormente en la estructura de lasparedes celulares de las plantas, incluyendo lignina, poli-fenoles, celulosa y ceras que son resistentes a la descom-posición.

El contenido total de materia orgánica de un suelo esla suma de varios reservorios materia orgánica diferentes,llamadas fracciones activa, lenta y pasiva (Figura 10).

Fracción o carbono activo de la materia orgánica:está formada por materiales con relación C/N relativa-mente alta (alrededor de 15 a 30) y la mitad de estosmateriales puede metabolizarse en el término de algu-nos meses a algunos años. Probablemente, sus com-ponentes incluyen la biomasa viva, algunos de losdetritus de partículas finas (llamados materia orgánicaparticulada) la mayoría de los polisacáridos y las otrassustancias no-húmicas, como así también algunos delos ácidos fúlvicos más lábiles (fácilmente descomponi-bles). Esta fracción activa provee la mayoría del ali-mento prontamente accesible a los organismos delsuelo y la mayor parte del nitrógeno rápidamentemineralizable. Es responsable de casi todos los efectosbenéficos sobre la estabilidad estructural que llevan amejorar la infiltración de agua, la resistencia a la ero-sión y la facilidad de labranza. La fracción activa puedeser incrementada rápidamente por la adición de resi-duos vegetales y animales frescos, pero también sepierde rápidamente cuando se reducen estas adicioneso por intensificación del laboreo. Raramente esta frac-

ción comprende más del 10 a 20% de la materia orgá-nica total.

Fracción o carbono pasivo de la materia orgánica:está constituida por materiales muy estables que per-manecen en el suelo por cientos, y aún miles de años,en el suelo. Esta fracción incluye la mayor parte delhumus protegido físicamente en complejos arcilla-humus, la mayoría de la humina y muchos de los áci-dos húmicos. En la mayoría de los suelos la fracciónpasiva comprende de 60 a 90% de la materia orgáni-ca y esta cantidad aumenta o disminuye sólo lenta-mente. La fracción pasiva está muy estrechamenteasociada a las propiedades coloidales del humus delsuelo y es responsable de casi todo el aporte de lamateria orgánica a la CIC y a la capacidad de retenciónde agua.

Fracción o carbono lento de la materia orgánica:del suelo tiene propiedades intermedias entre las de lasfracciones activa y pasiva. Esta fracción probablemen-te incluye tejidos vegetales muy finamente divididos,de alto contenido de lignina y otros componentes len-tamente descomponibles y químicamente resistentes.Las vidas medias de estos materiales se miden común-mente en décadas. La fracción lenta es una fuenteimportante de nitrógeno mineralizable y otros nutrien-tes vegetales.

BIBLIOGRAFÍA

• LABRADOR MORENO, J. 1996 La materia orgánicaen los agrosistemas. Mundi-Prensa.

• UBA. 2000. Principios de Edafología, con énfasis ensuelos argentinos. Editorial Facultad de Agronomía.

• BRADY, N. C. & WEIL, R. R. 1999. The nature andproperties of soils.

Materia Orgánica del Suelo

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Cátedra de Edafología. FAZ. UNT.

Figura 10: Dinámica de las fracciones de la materia orgánica.