El carbono orgánico del suelo

El contenido de materia orgánica del suelo contribuye de manera directa y positiva a mejorar su estructura, fertilidad y productividad. Todos los sistemas agrarios son “organodependientes” en mayor o menor medida y de su forma de aplicación, composición y cantidades depende que nuestros cultivos presenten un desarrollo óptimo o no. Muchas variables de producción dependen directamente de ella y una idea de su calidad y características nos la da la cantidad de carbono que contiene y la relación que guarda con otros nutrientes como el nitrógeno.

Por Víctor Bataller Gómez

La materia orgánica proporciona energía, sustento físico y sustrato biológico para la microfauna y microflora con la que puede controlar multitud de funciones del suelo. La materia orgánica varía de un ambiente a otro y en función de las formas de manejo y contribuye a la capacidad de intercambio de cationes y aniones en el suelo, determina la retención, la liberación y la disponibilidad de los nutrientes en las plantas, libera nitrógeno, fósforo y azufre que fueron inmovilizados durante la descomposición, almacena los nutrientes más importantes de las plantas, mejora la filtración de agua y su retención.

En general, la materia orgánica aumenta su contenido en el suelo cuanto mayor es la precipitación anual, la temperatura media anual baja, el contenido de arcilla elevada, la cantidad de residuos incorporados en superficie sea elevada, haya presencia de vegetación nativa (también conocidas como mala hierba) y con los sistemas de laboreo más próximos a la conservación que a las técnicas convencionales.

La materia orgánica influye en el color del suelo y en sus propiedades físicas ya que favorece la creación de agregados, reduce la cohesión y la plasticidad, permite aumentar la capacidad de retención del agua y reduce la energía requerida para su fragmentación por aperos de labranza. Estimula y regula la capacidad de intercambio catiónico lo que tiende a crear el doble o el triple de coloides minerales. Por otro lado, nutrientes como nitrógeno, fósforo y azufre son retenidos bajo formas orgánicas.

La degradación de materias orgánicas produce, aproximadamente, entre un 50 y un 75% de todo el CO2 que está presente en la atmósfera, otro 5 a 15% se incorpora a la biomasa microbiana y el resto queda parcialmente estabilizado en forma de humus en el suelo. En todo este proceso las temperaturas elevadas favorecen una mayor pérdida hacia la atmósfera por lo que en climas mediterráneos y tropicales sus aplicaciones deben ser mayores. En climas cálidos el porcentaje de materia orgánica debe ser del 5% mientras que en los más húmedos puede quedarse en un 2%.

El comienzo de su descomposición se produce en cuestión de horas o pocos días e inicialmente las pérdidas son de azúcares y aminoácidos, mientras que los polisacáridos, proteínas y lípidos se descomponen más lentamente. La lignina, que aproximadamente se encuentra entre el 5 y el 30% del material residual, es el más resistente a su descomposición.

Cuando la materia orgánica se descompone por acción de los microorganismos del suelo junto con las secreciones de los organismos vivos que habitan en él, suministran sustancias susceptibles de unir las partículas minerales entre sí formando agregados. Dicha formación es un proceso mediante el cual partículas elementales de arcilla, limo y arena pueden agruparse y luego seguir uniéndose entre sí para formar unidades mayores conocidas como macroagregados. Los agregados se mantienen unidos mediante procesos de floculación y cementación. En el primer caso se consideran uniones del tipo electrocinético producidas entre los bordes positivos y las caras negativas de las arcillas, mientras que la cementación está referida a procesos de unión por la acción de diferentes compuestos, denominados "cementantes", tales como materiales orgánicos (humus), coloides inorgánicos de aluminio o hierro, carbonatos, óxidos, etc. Es en este último proceso sobre el que mejor pueden actuar los agentes físicos externos, ya sean naturales o inducidos por los sistemas de laboreo. Los agregados determinan la humedad, el drenaje y el crecimiento de la raíces reduciendo al mismo tiempo la pérdida de suelo mediante la erosión y la escorrentía. La estabilidad de los agregados del suelo se debe al material orgánico gracias a la acción adhesiva de sustancias húmicas y a la unión proporcionada por las hifas de los hongos y la raíces de las plantas.

Los polisacáridos, en particular los carbohidratos, favorecen la estabilidad de los agregados naturales. Sus moléculas conforman una estructura alargada, lineal y flexible que fomenta el contacto estrecho con las partículas, uniéndolas al llenar los espacios vacíos que existen entre ellas. Parte de la materia orgánica tiene una rápida degradación en la superficie de los suelos y por lo tanto provee de nitrógeno y otros nutrientes a las plantas. No obstante, una gran parte de ella es estable y como tal constituye una importante causa de estabilidad de los agregados. Su persistencia es atribuida a la protección que reciben las moléculas que están en combinación con la arcilla, los iones metálicos y los ácidos húmicos.

Los carbohidratos componen de un 5 % a un 20 % de la materia orgánica del suelo. Su persistencia en el suelo se ve explicada por sus uniones químicas al ácido húmico de los metales pesados, uniéndose físicamente a la arcilla, mezclándose con la lignina o encapsulándose en microporos del suelo al no haber enzimas extracelulares presentes en su cercanía para metabolizarlas. Los polisacáridos presentan otras propiedades para el suelo:

- Mejora la disponibilidad de agua.

- Proporciona una reserva alimenticia para los microorganismos.

- Aportan a las células microbianas cierta capacidad de intercambio de cationes.

- Crean una especie de “mallas” que sirven para la filtración de nutrientes.

- Contribuyen a la floculación bacteriana (formación de bloques). La floculación promueve el intercambio genético aumentando el contacto entre células.

En el suelo, los polisacáridos se estabilizan uniéndose al ácido húmico, a los cationes de los metales pesados y a las arcillas (obstáculo estérico) y penetrando en las uniones de las partículas de arcillas (intercalación).

Cultivo orgánico de vegetalesCultivo orgánico de vegetales

Los residuos del cultivo y las deyecciones de animales constituyen la principal fuente de material orgánico que se aplica al suelo. De las formas en que se incorpora al suelo depende la concentración de materia orgánica en las capas superficiales. El manejo de residuos puede ser clasificado en cuatro categorías: sobre la superficie del suelo, parcialmente incorporado, totalmente incorporado o retirado.

Por otro lado, los principales factores que afectan a su distribución en el suelo son: tipo de apero, profundidad y velocidad de trabajo, frecuencia de las operaciones, textura y contenido de humedad cuando se lleva a cabo la labor, cantidad, tipo y tamaño de los residuos así como su distribución en superficie. La combinación de las características mencionadas, junto a las condiciones climatológicas en general de la zona hacen posible que nos encontremos con multitud de situaciones que afectan a la distribución de los residuos en profundidad y por lo tanto a la dinámica de la materia orgánica.

La siembra directa está asociada con una mayor concentración de materia orgánica en los diez primeros centímetros de la capa superficial que en los sistemas de laboreo convencional. Este efecto es atribuido a diferentes factores entre los que se incluyen: la acumulación de residuos, la mayor densidad de raíces y la baja velocidad de mineralización en suelos no alterados. Por otro lado, los residuos en superficie se encuentran en un ambiente diferente a los incorporados en el suelo ya que los primeros se encuentran sometidos a una mayor desecación y ello limita la acción microbiana retrasando su oxidación.

En los suelos labrados, los agregados frecuentemente se disgregan por el rápido humedecimiento, el impacto de las gotas de lluvia y las acciones realizadas por los aperos de labranza. El efecto más importante de estos procesos se traduce en la exposición de la materia orgánica, inicialmente poco accesible, a la acción de los microorganismos, estimulando su oxidación y, consecuentemente, la perdida de la misma en el suelo. Paralelamente se produce una disminución del número de agregados estables al agua, agravando aún más el efecto cuando se realizan rotaciones que incluyen el barbecho y cuando los residuos del cultivo anterior son retirados.

Algunos autores indican que el paso del laboreo convencional al no laboreo permite un aumento medio de carbono orgánico, al igual que las rotaciones de cultivos. La variación en el aumento del contenido de carbono alcanza su valor máximo entre los 5 a 10 años y tiende a mantenerse constante cuando se alcanzan los 15 a 20 años desde el inicio del cambio de sistema.

El carbono total que queda durante la descomposición de la materia orgánica en el suelo es mayor que el carbono procedente del material vegetal restante. Tras un largo período de “incubación” las proporciones relativas de las diferentes clases de materia vegetal y animal captados por el suelo son similares, aun cuando la composición inicial de esa materia pueda variar. El grado de incorporación del carbono orgánico al suelo está determinado por el nivel de pH del entorno.

El material que se incorpora al suelo sufre cambios físicos, bioquímicos y biológicos durante su descomposición. La materia orgánica en el suelo está constituida por residuos en descomposición y sus subproductos, microorganismos y material húmico.

El humus se forma a partir de la condensación de compuestos fenólicos y aminos derivados a partir de la descomposición de la materia orgánica y de la condensación de intermediarios de la aminoquinona. El humus presenta una resistencia a la degradación y al ser extraído del suelo se degrada más lentamente que la mayor parte de los compuestos orgánicos. Esta característica se entiende gracias a su protección física durante la formación de microagregados y microporos, así como sus extensas interacciones con los minerales del suelo (arcillas, óxidos y materiales amorfos). Las interacciones reducen directamente la disponibilidad del humus.

Al extraer el humus de la materia orgánica del suelo este se fracciona en tres compuestos derivados del hidróxido de sodio (NaOH, también conocida como sosa caustica):

-          Humina: no contiene NaOH y es fácilmente dispersada.

-          Ácido fúlvico: es soluble en NaOH a pH 2. Es más pequeño que el ácido húmico. Contiene anillos aromáticos altamente oxidados con numerosas cadenas laterales. Los ácidos fúlvicos de los horizontes del suelo más profundos se forman mediante la lixiviación de los constituyentes orgánicos de los horizontes superiores.

-          Ácido húmico: es soluble en NaOH. Está compuesto por anillos aromáticos, compuestos cíclicos del nitrógeno y cadenas peptídicas de estructura indeterminada. Presenta una composición general de 57 % de carbono y 4 % de nitrógeno. Sus grupos funcionales son el COOH, OH, fenólico, el OH alcohólico y las cetonas.

La capacidad de intercambio aniónico del humus ocurre a pH bajos. Los materiales húmicos tienen una carga que dependen del pH y que responden al cambio de pH del ambiente. Siendo más efectivo en ambientes ácidos que en alcalinos.

La productividad en los suelos cultivados y no cultivados está determinada por la cantidad y profundidad de la materia orgánica, aunque no siempre es así. La materia orgánica del suelo se obtiene por la descomposición de los componentes de las plantas en compuestos de bajo peso molecular. Cuanto mayor es la cantidad de materia orgánica mejor es la calidad del suelo cultivado siempre dentro de unos límites. A su vez, absorbe la radiación solar, la cual influye en la temperatura del suelo y favorece su actividad biológica.

La materia orgánica del suelo además de proporcionar energía a los microorganismos del suelo también aporta carbono el cual procede de varias fuentes, sobre todo de los carbohidratos de origen microbiano que se emplea para la formación de un nuevo material celular, en particular para los organismos heterótrofos. Al irse incorporando al suelo disminuye de manera inmediata la concentración de oxígeno, así como la liberación de productos reducidos.

En relación con el CO2 respirado y el carbono asimilado, los hongos presentan mayor eficiencia que las bacterias. La liberación de CO2 varía de forma significativa en relación al tipo de suelo y su composición y la secuencia de degradación por parte de las bacterias y los hongos. El cultivo aumenta la destrucción de la materia orgánica del suelo. El laboreo distribuye el carbono uniformemente en toda la profundidad del suelo mientras que el contenido de carbono desciende con la profundidad.

La cantidad de materia orgánica en el suelo no cambia durante el año al igual que los niveles de carbono que permanecen relativamente constantes. El contenido de materia orgánica del suelo se ve afectado por la temperatura y la humedad. La actividad metabólica de los microorganismos es menor cuando las temperaturas del suelo son bajas, y esta se ve afectada por el contenido de agua en el suelo. Cuando la actividad microbiana es baja, también lo es la pérdida general de carbono del suelo durante la respiración.

Los suelos sin arar a diferencia de los suelos arados, presentan una evolución total de CO2 más elevada debido a la mayor cantidad de carbono disponible para su descomposición. El pH, la profundidad del suelo y la ventilación también influyen en la evolución del CO2, afectando a las poblaciones microbianas.

 

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