II.- La importancia de la Materia Orgánica en la Fertilidad del Suelo.
La materia orgánica es el componente de mayor importancia en la fertilidad de los suelos, ya que afecta una serie de características tanto físicas, biológicas y químicas.La materia orgánica en el suelo, comprende los restos de plantas y animales, bajo diferentes estados de transformación, así como la biomasa edáfica -microorganismos, microfauna y enzimas extracelulares que representa del 1 al 2% de la materia orgánica total.En los suelos agrícolas, la materia orgánica proviene preferentemente, de los restos de cultivos, de las excreciones metabólicas y de los aportes orgánicos.La materia orgánica aumenta la porosidad de los suelos afectando por lo tanto la Densidad Aparente de los suelos, la Retención de Humedad y el Agua Disponible para las plantas.
La compactación de los suelos que se da por pisoteo o sobre laboreo puede ser reducida por la adición de fuentes de carbono que actúan sobre la porosidad del suelo.
La porosidad del suelo mejora la penetración de las raíces y por lo tanto, aumenta la incorporación de materia orgánica al suelo, tanto por las raíces mismas como por el aumento correspondiente en la biomasa aérea, la cual a su vez genera mas incorporación de residuos de cosecha o de material vegetal.
Al actuar también como cementante en la formación del terrón o estructura del suelo la materia orgánica afecta la estabilidad de agregados o estabilidad estructural, es decir, que la materia orgánica aumenta la resistencia al golpe de la lluvia y el sobre laboreo, lo que a su vez afecta la resistencia a la erosión del suelo. Hay una relación entre la magnitud de la escorrentía y la incidencia de la erosión. El agua de escorrentía tiene la capacidad de despegar partículas de suelo y arrastrarlas ya sea en suspensión o por arrastre, este tipo de erosión es responsable de un 10 % de erosión en suelos, el resto es causado por el impacto de las gotas de la lluvia que destruyen los terrones. En ambos casos el papel de la M.O. en reducir la escorrentía al aumentar la infiltración, y en aumentar la estabilidad de la estructura al daño físico es muy claro.
La M.O. afecta también el color de los suelos y por lo tanto la temperatura de los mismos y la difusión del calor en el suelo.
Esta variación en la temperatura de los suelos va afectar muchos otros procesos químicos y microbiológicos.
La variación en el contenido de carbono en los suelos tiene un efecto directo en la microbiología de los suelos afectando las poblaciones principalmente de actinomicetes y bacterias las cuales usan el Carbono como fuente de energía.
En el aspecto químico, la materia orgánica también juega un papel importante al aportar superficie de intercambio de cationes. En este aspecto el papel de la M.O. es fundamental ya que por su gran superficie de intercambio aporta un buen porcentaje de la CIC total del suelo, dependiendo de su contenido en los mismos. La capacidad de intercambio de cationes se asocia con la actividad química de grupos que se encuentran en esta. Uno de los más importantes es el grupo carboxílico (-COOH). Durante la humificación de la materia orgánica, la lignina es alterada de tal manera que hay un decrecimiento de los grupos que no intercambian cationes como los grupos methoxil (-0CH3 ) y un incremento de los grupos carboxílicos que si son intercambiadores. Como resultado de esto la CIC de la materia orgánica es muchas veces superior a la de los residuos orgánicos que le dieron origen. Así el humus actúa en forma similar a las arcillas intercambiando cationes y reduciendo la posibilidad del lavado de bases.
Estudios con carbón radiactivo muestran que muchas fracciones orgánicas del suelo muestran edades de 500 a 2000 años. Esto ha demostrado mineralizaciones de menos de 1 % al año. Alrededor de un 2 a 3 % del N en el humus es mineralizado cada año en un suelo bien drenado. Estos resultados dejan claros de que la materia orgánica del suelo se compone de al menos dos fracciones de materia orgánica que difieren en su resistencia a la descomposición. Cuando la lignina reacciona con algunos constituyentes del suelo, forma compuestos de gran resistencia. Esta inclusión de la materia orgánica dentro de la matriz del suelo genera compuestos muy inaccesibles por muchos años, pero que afectan positivamente las características físicas del suelo.
La mayor parte de los nutrientes mineralizados en el suelo provienen de una pequeña fracción de la materia orgánica muy activa. Esta fracción consiste en residuos animales y vegetales en diversos estados de descomposición y organismos de vida corta que se convierten en sustrato para otros organismos.
El Humus es prácticamente insoluble en agua, en su mayor parte es soluble en álcali. Una de sus características importantes es un contenido de N de
3 a 6 %, su contenido de carbono es del 58 %, la relación carbono / nitrógeno es del 10 al 12 % . El humus además es una gran reserva de azufre y fósforo y su relación C:N:P:S es de 100:10:1:1.
La mineralización de la M.O. libera a su vez una serie de nutrientes de importancia en la nutrición vegetal, como nitrógeno, fósforo, azufre. La importancia de este nitrógeno orgánico liberado es muy grande en las condiciones de altas precipitaciones donde las fuentes químicas de nitrógeno, por su alta solubilidad y su propensión a la lixiviación son muy poco eficientes.
Los coloides húmicos de la materia orgánica forman compuestos muy estables con ciertos iones metálicos. Los ácidos húmicos separados del suelo, especialmente de los suelos ácidos contienen cantidades grandes de Aluminio y de Hierro férrico. Esto afecta la capacidad buffer de los suelos con alto y bajo aluminio. Mucho del humus en el suelo está en asociación estrecha con las partículas de arcilla, con las cuales esta adsorbida, este fenómeno es de suma importancia para la capacidad de intercambio de cationes del suelo.
III.- El CICLO DEL CARBONO
El Carbono es el elemento más importante de los seres vivos y es la piedra fundamental de la estructura de la célula. El Carbono constituye entre el 40 a 50 % del peso seco de los tejidos vegetales y de las células microbiales. La fuente original de este carbono es el CO2 de la atmósfera, sin embargo, el CO2 constituye solo el 0.03 de la atmósfera terrestre.
El CO2 es convertido en carbono orgánico, principalmente por la acción de las plantas superiores y las algas de los ambientes acuáticos. Estos organismos fotoautotrópicos suplen los nutrientes orgánicos que necesitan los organismos heterótrofos. El carbono es fijado constantemente a formas orgánicas por la fotosíntesis, con la influencia de la luz. Una vez fijado, el carbono no es disponible para las nuevas generaciones de plantas, por esto es esencial que los materiales carbónicos sean descompuestos y retornen a la atmósfera para ser disponibles a nuevas plantas. Se ha estimado que la vegetación de la tierra consume cerca de un veintavo del total del Carbono de la atmósfera cada año, esto es aproximadamente 1.3 x 1014 kg de CO2 por año. Con este consumo la vegetación seria capaz de acabar con el CO2 de la atmósfera, de no ser por las transformaciones de los microorganismos del suelo.
Una vez que las plantas o animales mueren, los microorganismos asumen un rol muy importante en la descomposición de estos materiales, la mayor parte de este carbono pasa a formar parte de las células microbiales y de un vasto y heterogéneo grupo de compuestos carbónicos conocidos como humus o fracción orgánica del suelo.
Los organismos más simples en cuanto a nutrición son los organismos quimiautótrofos, que son organismos que sintetizan sustancias citoplasmáticas de sales inorgánicas, CO2, O2 y agua.
El O2 sirve la función de aceptor de neutrones en los organismos aeróbicos. En los aeróbicos facultativos un producto orgánico del metabolismo o alguna sustancia inorgánica remplaza al oxígeno. Las fuentes de energía de los heterótrofos son principalmente celulosa, hemicelulosa, lignina, almidones, sustancias pépticas quitina, carbohidratos, azúcares, proteínas, aminoácidos y ácidos orgánicos.
Las bacterias, actinomicetes y hongos heterotróficos o quimiorganotróficas que requieren una fuente simple de carbono, como azucares o ácidos orgánicos y nutrientes inorgánicos.
El CO2 es un producto del metabolismo aeróbico o anaeróbico el cual tiene su importancia como parte del ciclo del carbono además de su papel directo en el crecimiento. Quimiautótrofos y fotoautototróficos deben tener CO2 como fuente de carbono. También el CO2 es estimulante de crecimiento en los heterótrofos y es requerido por algunos, el crecimiento de la mayoría de las especies requiere del carbono para su crecimiento.
El crecimiento de los microorganismos requiere de una fuente de energía la cual se obtiene de la oxidación de compuestos orgánicos e inorgánicos. Un ejemplo de la oxidación en los heterótrofos aeróbicos, puede ser representado así:
C6 H12O6 + 6O2 à 6CO2 + 6H2O + energía
Esta reacción produce la suficiente energía pero no siempre toda es capturada por el organismo. La relación de la energía capturada por el sistema biológico y la energía liberada se conoce como eficiencia de energía libre.
La composición química del material orgánico tiene influencia en la magnitud de la asimilación, pero al final, el carbono incorporado en los nuevos tejidos microbiales, es a su tiempo descompuesto.
Los hongos en general liberan menos CO2 por cada unidad de carbono transformada aeróbicamente que otros grupos microbiales, debido a que los hongos son más eficientes en su metabolismo. La eficiencia se considera la efectividad de transformar el sustrato de carbono en carbono celular y se suele calcular como la relación de carbono celular formado a partir del sustrato de carbono consumido expresado como porcentaje. Cuanto más eficiente el organismo, menor la cantidad de productos orgánicos y CO2 liberados. Los organismos ineficientes en contraste, pierden la mayor parte del carbono como desperdicio y forman poco material celular. Los hongos filamentosos y los actinomicetes son más eficientes que las bacterias aeróbicas, las cuales utilizan los carbohidratos muy ineficientemente, dejando cantidad de materiales carbonáceos.
La enorme cantidad de C02 liberada a la atmósfera por los procesos industriales y los motores de combustión interna, además de los procesos geológicos volcánicos, deben ser incorporados por las plantas a través de la fotosíntesis. A través de este proceso, millones de toneladas de carbono son inmovilizadas en el tejido vegetal. La permanencia en el tiempo de ese carbono va a depender de las características y el uso de las plantas. El carbono puede permanecer por mucho tiempo en la madera de árboles en bosques naturales o en plantaciones forestales cuyo propósito puede ser la construcción. Así el carbono puede permanecer muchos años en la madera de un mueble o una casa.
La materia orgánica del suelo contiene fracciones de carbono que pueden ser bastantes estable, así se han datado carbono de la materia de hasta 2000 años de antigüedad que constituye una fracción estable del suelo. Sin embargo existen también fracciones que rápidamente pasan por un proceso de mineralización.
EL CICLO DEL NITRÓGENO
El nitrógeno (N) constituye junto con el potasio y el fósforo, el grupo de los elementos mayores que se derivan del suelo. El N es el principal constituyente de las proteínas sobre las cuales se basa la vida. Es un componente indispensable componente del protoplasma de las plantas, animales y microorganismos.
Además de su importancia el N es uno de los pocos nutrientes de un suelo que se puede lixiviar a través del perfil del suelo por efecto del agua de lluvia y a la vez puede ser volatilizado como NH3.
El nitrógeno atmosférico es caracterizado por la gran atracción entre los átomos de N y a una enorme resistencia a reaccionar con otros elementos.
Las transformaciones que sufre el nitrógeno en los suelos envuelven una serie de reacciones que involucran compuestos orgánicos, inorgánicos y volátiles.
El proceso de convertir N2 en formas usables por las plantas es llamado fijación de N. La fijación es llevada a cabo por microorganismos principalmente bacteria en suelos y algas en agua, y algunos fenómenos atmosféricos como relámpagos.
Las bacterias denitrificantes en suelos convierten N disponible del suelo en N2 a través del proceso llamado desnitrificación. Desnitrificación es la reducción de nitrato a nitrógeno gaseoso y su escape del suelo. En sistemas estables de bosques o praderas, desnitrificación es un proceso de gran importancia y responsable de pérdidas significativas de N. La desnitrificación se lleva a cabo por microorganismos anaeróbicos facultativos que usan nitrato en lugar de oxígeno en respiración.
Todas estas transformaciones ocurren en forma simultanea y pueden ser visualizadas en un ciclo cuyas reacciones pueden llevar al elemento de un estado a otro dependiendo de la microflora del suelo.
La mineralización del nitrógeno es el proceso mediante el cual parte de los compuestos complejos orgánicos del suelo son descompuestos y transformados a iones inorgánicos amonio y nitrato que son usados por las plantas. La mineralización del nitrógeno degrada proteína, polipéptidos, aminoácidos, ácidos nucleicos y otros compuestos orgánicos.
El proceso contrario lo constituye la inmovilización de nitrógeno, en el cual las sustancias simples, amonio y nitrógeno son transformadas en sustancias complejas, mediante la biosíntesis de sustancias protoplasmáticas microbiales complejas. Estos dos procesos ocurren simultáneamente.
La práctica de incorporar residuos frescos o parcialmente descompuestos origina por lo general, una reducción de los contenidos de nitrógeno inorgánico del suelo. Esto ocurre también bajo la aplicación de carbohidratos puros.
La reducción del nivel de N va a corresponde a la cantidad del material aplicado. Con el tiempo el nivel de N se va a recuperar. Este es el fenómeno conocido como inmovilización de N. Los organismos no pueden multiplicarse ni los materiales descomponerse a menos que N sea asimilado en el protoplasma microbial. Siempre que ocurre mineralización el proceso de inmovilización ocurre. La cantidad de N inorgánico liberado va a ser un resultado neto de ambos procesos. Esto debido a que la aparición de nuevos organismos por multiplicación durante la mineralización va a su vez a requerir asimilar N, esto produce inmovilización de parte del N liberado.
De las formas simples, el nitrato es perdido de varias formas, una es a través de la lixiviación, proceso por el cual el nitrato, debido a su alta solubilidad es arrastrado por el agua fuera de la zona de raíces. Estas pérdidas son muy altas en zonas tropicales y más altas en suelos de texturas gruesas, y constituyen un enorme problema por su potencial de contaminación de aguas subterráneas con el consiguiente problema de salud pública.
El nitrato junto con el amonio es también removido del medio por la absorción de las raíces de las plantas. Este nitrógeno es integrado mediante los procesos metabólicos de síntesis en diferentes compuestos y eventualmente, mediante la caída de las hojas es reintegrado al suelo mediante la descomposición. Esta descomposición se lleva a cabo por microorganismos que incluyen hongos, actinomicetes y bacterias los cuales utilizan los compuestos orgánicos e integran estos compuestos en su citoplasma.
La mineralización de N mediante la cual el N orgánico es convertido a formas más móviles, es un proceso análogo a la liberación del CO2 de los materiales carbónicos. Los dos procesos son similares en el sentido en que son la única forma de regenerar los elementos a formas usables por las plantas.
Mediante este proceso amonio y nitrato son formados y el N orgánico desaparece. Amonio es visto como un producto residual del metabolismo microbial, y representa la cantidad del nitrógeno en exceso de la demanda microbial. La nitrificación es asociada con las reacciones que producen energía en el metabolismo de las bacterias autotróficas.
Así, la mineralización puede ser estimada midiendo la producción de amonio, nitrato y nitritos como productos inorgánicos de la mineralización.
IV.- La fijación de nitrógeno atmosférico.
Nitrógeno es un elemento vital para el crecimiento de las plantas, constituye el 78 % de la atmósfera terrestre. Sin embargo, a pesar de su abundancia, es uno de los factores más limitantes al crecimiento de los cultivos de tal forma que el N representa uno de los mayores costos en la producción de cultivos.
El contenido de nitrógeno en los suelos es variable pero generalmente se encuentra entre 0.01 y 0.4 %. De este nitrógeno cerca de un 85 % corresponde a nitrógeno orgánico. El N inorgánico constituye de un 5 a un 15 % y se encuentra constituido por nitratos, amonio, nitritos, oxido nitroso y nítrico, hidroxilamina y amoniaco.
El N atmosférico sin embargo puede ser fijado, se considera la fijación el proceso mediante el cual el nitrógeno atmosférico se une con el oxígeno y el hidrógeno. Este proceso puede llevarse a cabo por fijación biológica simbiótica o asimbiótica, oxidación natural e industrial.
El nitrógeno puede también ser suplido a los cultivos a través de la fijación biológica de N, proceso que cobra importancia conforme aumentan los costos de la energía y la preocupación por el medio ambiente.
Se ha señalado que incrementar la eficiencia de la fijación simbiótica podría tener para los Estados Unidos solamente un beneficio de 1.067 millones de dólares. Esto sin contar los beneficios sobre la contaminación de aguas subterráneas por nitratos y el incremento de la fertilidad de los suelos.
La fijación biológica de N es un proceso que se lleva a cabo en forma de asociación simbiótica con microorganismos como lo es la relación Rhizobium-leguminosa, o con asociaciones libres con otros organismos como las algas azul-verdosas, levaduras y bacterias libres.
En la relación simbiótica, la más importante es la relación de Rhizobium-leguminosa, en la cual la bacteria suministra nitrógeno reducido a la planta para la síntesis de proteínas y aminoácidos y la planta suple a la bacteria con carbohidratos. Estos carbohidratos suplen la energía necesaria para la actividad de la enzima envuelta en este proceso, la nitrogenasa.
La primera etapa en el proceso de fijación es la infección de la planta por la bacteria con la consiguiente formación de nódulos, la quimiotaxis de los rizobios o su atracción a la rizosfera, la cual es estimulada por la secreción por parte de la raíz de productos estimulatorios para la bacteria. Posteriormente se da la multiplicación de los mismos y su acercamiento a la raíz. En la raíz se produce el encurvamiento del pelo radical, crecimiento del hilo infectivo y el estímulo meristemático con la infección de las células de la corteza.
La bacteria Rhizobium es gram-negativa y no forma esporas. Esta bacteria crece rápidamente en medios de cultivo que contengan carbohidratos como manitol o glucosa. Además de la fuente de carbono se requieren algunas vitaminas como biotina, tiamina, ácido pantoténico, y algunas veces riboflavina.
Generalmente los suelos contienen diversidad de razas de la bacteria pero en ciertos casos se requiere inocular el suelo con la bacteria adecuada para lograr un máximo aprovechamiento del proceso de fijación.
El proceso de fijación simbiótica es influenciado por factores ambientales y que afectan su eficiencia. Entre estos factores se pueden mencionar el pH del suelo, temperatura, aeración, contenido de nutrientes como fósforo, calcio, magnesio, boro, y molibdeno, humedad etc. Los niveles de N fijado por hectárea son muy variables y pueden ir desde unos pocos kilos hasta 500 kilos por hectárea al año.
Las leguminosas son el grupo de plantas más importantes en cuanto a la fijación simbiótica, son dicotiledóneas de la familia Leguminosae, se conocen mas de 13000 especies y unas 200 son cultivadas por el hombre.
Muchos de las plantas fijadoras de N se utilizan en agricultura cultivo y también en sistemas de asocio, dentro de los árboles fijadores, muchos de ellos se utilizan en sistemas agroforestales. Se estima que la fijación por árboles varia desde unos 12 a 934 kilogramos por hectárea dependiendo de la especie de árbol.
V.- Factores que afectan la fijación simbiótica de N
La cantidad de N que una planta puede adquirir a través de fijación va a estar influenciada por muchas variables como se mencionó anteriormente, sin embargo, como la fijación es un medio de adquirir N requerido para el crecimiento, la presencia en el suelo de compuestos inorgánicos de N puede inhibir esta fijación. Esto es de suma importancia a considerar en el manejo de sistemas de cultivos que incluyen leguminosas, ya que en sistemas de asocio, por ejemplo Café-Leguminosas podríamos no estar aprovechando al máximo la fijación simbiótica debido a la aplicación de grandes cantidades de N químico al café.
Los factores ambientales afectan la fijación simbiótica, estos factores incluyen la temperatura, humedad, acidez y varios componentes químicos del suelo como nitrógeno, fósforo, calcio y molibdeno. Es muy difícil aislar el efecto de los factores en la inoculación, simbiosis o la fijación del N. Por ejemplo, la acidez, el calcio, aluminio y manganeso interaccionan y afectan la proliferación de la bacteria, la infección de raíces y crecimiento de plantas. La inundación de suelo produce una escasa supervivencia de rizhobium pero se sabe muy poco sobre el efecto de la sequía sobre la bacteria. Las coberturas de suelo proveen reducción de la temperatura y afectan positivamente el Rhizobium.
Es también muy influyente el molibdeno en los suelos ácidos, para que se dé la incorporación de N a formas fijadas, el molibdeno debe estar presente en forma abundante, lo cual no es común en suelos ácidos, ya que el pH del suelo afecta fuertemente la disponibilidad del elemento.
VI.- LA MATERIA ORGANICA DEL SUELO
La materia orgánica del suelo proviene de los residuos vegetales y animales que se depositan o se incorporan dentro del suelo. Grandes cantidades de residuos vegetales se descomponen sobre la superficie del suelo. Las partes subterráneas de las plantas que se descomponen dentro del mismo, o que son incorporadas son descompuestas por los microorganismos. Por otro lado los residuos animales en forma de tejidos o excrementos, también son descompuestos. Las células de los microorganismos del suelo son también una fuente de carbono importante en el suelo.
La diversidad de los materiales que ingresan al suelo lo hacen un material de gran heterogeneidad, tanto desde el punto de vista químico como físico.
En los constituyentes orgánicos de las plantas se pueden encontrar seis grandes categorías de componentes:
- La celulosa que va de un 15 a un 60 % del peso seco del material y es el componente más abundante.
- La hemicelulosa con un 10 a un 30 % del peso seco.
- La lignina con un 5 a un 30 % del peso de la planta.
- La fracción soluble en agua donde se incluyen azúcares, aminoácidos y ácidos alifáticos con un 5 a un 30 % del peso de los tejidos.
- La fracción soluble en éter y en alcohol la cual contiene grasas, aceites, ceras, resinas, y pigmentos.
- Las proteínas que contienen en su estructura mucho del nitrógeno y azufre de la planta.
Además de estos componentes orgánicos están los componentes minerales que se estiman en las cenizas y que van de un 1 a un 13 %.
La distribución de estos componentes varía con la edad de la planta, conforme la planta envejece los porcentajes de componentes solubles en agua, proteínas y minerales disminuyen y aumentan los de celulosa, hemicelulosa y lignina.
Estas cantidades también varían de acuerdo al tipo de planta, si son leñosas o suculentas.
VII.- DESCOMPOSICIÓN Y TRANSFORMACION DE LA M.O.
En las condiciones de climas cálidos, los contenidos de M.O. en forma general, no difieren mucho de aquellas de las regiones templadas.. En los suelos, la M.O. es un resultado de la adición y descomposición de la misma. El contenido de la M.O. en equilibrio en un suelo es un producto de cantidad de depositación anual, la velocidad de la descomposición de la M.O. y de la tasa de conversión de la materia orgánica fresca en Carbono orgánico del suelo.
Esta conversión de M.O. fresca en Carbono es del orden de 30 a 50 % para los suelos ten regiones tropicales. Por lo general los aportes de M.O. son mayores en el trópico que en las regiones templadas pero todo depende del sistema y de su manejo
Las células de la mayoría de los organismos contienen aproximadamente 50 % de carbono. El proceso de convertir las fuentes de carbono (hojas, residuos animales etc.), es conocido como asimilación. Bajo condiciones aeróbicas se asimila entre un 20 y un 40 % del carbono del sustrato, el resto es liberado como CO2 o se acumula como productos de desecho. Esto es difícil de estimar debido a que parte del carbono liberado proviene de las células microbiales. La flora fungosa del suelo libera por lo general menos CO2 por cada unidad de carbono asimilada debido a que los hongos son más eficientes en su metabolismo. Las bacterias anaeróbicas utilizan carbohidratos muy ineficientemente, dejando muchos materiales carbónicos. Mucha de la energía de las sustancias originales no son liberadas por los anaeróbicos y los compuestos que no han sido del todo oxidados pueden ser utilizadas por otros organismos cuando el sistema se torne aeróbico.
Durante la descomposición por hongos de un 30 al 40 % del carbono metabolizado es usado para formar nuevo micelio, las bacterias aeróbicas asimilan de un 5 a un 10 % y las anaeróbicas incorporan de un 2 a un 5 %. Estos valores son aproximados debido a que hay muchas bacterias y algunos hongos mucho más eficientes.
Junto con el carbono los organismos asimilan nitrógeno, potasio, fósforo y azufre. Esto es muy importante en términos prácticos para el manejo agronómico de los cultivos, ya que esta inmovilización reduce la disponibilidad de nutrientes para los cultivos.
Esta inmovilización esta relacionada a la asimilación del carbono por un factor gobernado por las relaciones C:N, C:P, C:K y C:S. De acuerdo a esto si la composición promedio de la microflora descomponedora es 50 % de C y 5 % de N, el N inmovilizado va a ser un décimo de carbono que se uso para la producción de células micro viales.
La eficiencia de la síntesis celular depende en gran parte de las condiciones del suelo, por ejemplo las condiciones ácidas o alcalinas.
Debido a que la degradación de la materia orgánica es una característica de todos los heterótrofos se puede usar para calcular el nivel de actividad microbiana.
La velocidad de mineralización del humus varía ampliamente con el tipo de suelo. La velocidad con que se libera el CO2 varia con las condiciones pero puede variar entre 50 y 300 mg o mas por kilogramo de suelo. Existen formas relativamente fáciles de medir la respiración del suelo, sin embargo el CO2 obtenido puede provenir de la respiración de raíces y animales del suelo, además de una gran variación por temperatura, humedad del suelo.
Los factores que más influencian la mineralización del humus son el nivel de materia orgánica del suelo, laboreo del suelo, temperatura, humedad, pH, profundidad, y aeración.
La mineralización del carbono es más rápida a pH de neutros a ligeramente alcalinos, esto asumiendo que otros factores se mantengan estables.
La mineralización de carbono es estimulada por la aplicación de materiales orgánicos siempre que no haya limitación de sustancias inorgánicas como nitrógeno, fósforo, azufre, etc.
Lo mismo ocurre cuando hay suficiente cantidad de materiales carbonaceos en el suelo y la mineralización de estos materiales esta limitada por el nitrógeno, el fósforo o azufre. En estas condiciones hay una gran respuesta a la aplicación de sustancias inorgánicas.
La mayor evolución de CO2 cerca de la superficie del suelo donde se encuentra la mayor cantidad de residuos orgánicos. A profundidades de mas de 50 cm muy poco carbono es volatizado.
Cuando se añaden materiales orgánicos a un suelo hay un período en el cual no se llega a la máxima velocidad de oxidación. Este es el período necesario para que se dé el incremento de las poblaciones de microorganismos en el suelo necesario para lograr la un alto nivel de transformación de materia orgánica.
Las formas "modernas" de gestionar la fertilidad del suelo, han permitido intensificar el uso de las parcelas de cultivo e independizar su función del resto de los aprovechamientos agrícolas y ganaderos; pero por otra parte han acentuado la dependencia de la agricultura y la ganadería del uso de recursos renovables y no renovables, desencadenando al mismo tiempo serios problemas de residuos y contaminación en suelos y agua, y como consecuencia una pérdida grave de la capacidad productiva y funcional de los suelos de cultivo.
Uno de los componentes en los que más ha influído está forma unidireccional y tecnicista de contemplar la dinámica del medio edáfico ha sido sobre el componente orgánico; esta alteración de la fracción orgánica, está íntimamente relacionada con una disminución de la fertilidad global del suelo de cultivo y con la pérdida de su capacidad para optimizar la infiltración y la retención del agua y oponer resistencia a los fenómenos erosivos.
Se impone por lo tanto, una reflexión sobre nuestra incapacidad actual para resolver en un medio tan diverso como es el agrícola,. los problemas generados por la utilización de modelos de producción basados exclusívamente en el desarrollo de técnicas que maximicen las producciones.
En este sentido, la agroecología, reivindica la necesaria unidad entre los distintos espacios de conocimiento para comprender la interconexión entre procesos ecológicos, económicos y sociales. Este planteamiento le permite enfocar el manejo del sistema agrícola desde la complejidad de las múltiples interacciones que se establecen en el mismo a semejanza de los ecosistemas naturales y la capacita para dar soluciones a muchos de los problemas relacionados con las actuaciones agrícolas convencionales.
Desde un planteamineto agroecológico, nuestras decisiones sobre el diseño y el manejo dela diversidad de agrosistemas y medios, debe contemplarse dentro de un enfoque holístico y sistémico, que irá encaminado a dar cabida a la multicausalidad de los procesos que influyen sobre el sistema de producción.
En este contexto, y en relación al medio edáfico, el manejo perdurable de los agrosistemas en ambiente mediterráneo debe estar basado en un correcto "balance, de nutrientes para evitar su carencia; de agua para evitar su déficit –y la pérdida de su calidad-; de sales para evitar su acumulación y de materia orgánica", para optimizar los balances anteriores (Gascó, 1998).
Igualmente, el mantenimiento perdurable de la capacidad productiva requiere actívamente de "prácticas de conservación de suelos para mantener la integridad del perfil y evitar su degradación por deterioro de la estructura y por pérdida de las materias orgánicas y minerales más finas y activas como las arcillas" (Gascó, 1998) y prácticas de fertilización orgánica que permitan el suministro equilibrado de nutrientes esenciales, que potencian la biodiversidad edáfica y que optimizan los parámetros edáficos ligados igualmente a su conservación.
El contenido de materia orgánica de los suelos de cultivo, está estrechamente relacionado con su potencial productivo; así mismo es uno de los componentes que más influye sobre la optimización del balance hídrico del suelo. En relación con ésto, algunas de sus propiedades hacen referencia a que la materia orgánica puede absorber agua por encima del 90% de su peso, lo cual contribuye a aumentar la capacidad de retención de agua del suelo; igualmente mejora la estabilidad estructural de los agregados, lo que junto a una buena cobertura vegetal influye sobre la retención; mejora la cama de siembra al hacer al suelo más "mullido" optimizando el equilibrio entre oxígeno y agua, reduce los efectos de encostramiento, etc.
Sin embargo, su influencia sobre la mayor parte de los parámetros edáficos va a depender del estado en el que la misma se encuentre y de su origen, más que de la cantidad total de materia orgánica.
Respecto al agua, es esencial para la superviviencia y el crecimiento de las plantas, y para el desarrollo óptimo de la vida edáfica y al contrario que la mayoría de los nutrientes, que son retenidos en la planta, la característica del agua es su movimiento. Además actua como disolvente, reactivo hidrolizante, amortiguador de temperatura y agente dilatador y debilitador de la estructura.
Si nos centramos en el comportamiento del agua en el suelo éste va a depender de sus particulares propiedades, de su interacción con los demás componentes y organismos del suelo y de las fuerzas que actuan sobre ella.
VIII.- INTRODUCIÉNDONOS EN LA DINÁMICA DE LA MATERIA ORGÁNICA
Dentro de una hipotética secuencialidad, estos restos orgánicos denominados como "materia orgánica fresca", que representan la principal fuente de energía para la realización de los procesos bioquímicos edáficos, serían en una primera etapa, transformados por vía biológica hasta los componentes elementales de sus constituyentes básicos -proteínas, hidratos de carbono, ácidos orgánicos complejos, etc.- es decir, en esta etapa se produce una "simplificación" de su estructura a compuestos más "sencillos" y en general solubles. Parte de estos compuestos sufren, por acción microbiana, un proceso de mineralización -proceso eminentemente biológico y preferentemente aeróbio- pasando a formas inorgánicas, bien solubles (PO43-, SO42-, NO3-, etc.) o bien gaseosas (C02 y NH4+). Al mismo tiempo, algunos de estos nutrientes pueden sufrir una inmovilización temporal –reorganización- en la biomasa microbiana –fundamentalmente el nitrógeno-.
La fracción de la materia orgánica que no se mineraliza en esta primera fase, a través del proceso de humificación, es sometida a reacciones bioquímicas y químicas, de resintesís y polimerización, que incrementan su complejidad, y que darán lugar a nuevos productos -macromoléculas más o menos policondensadas-, que reciben el nombre de sustancias húmicas. La mineralización de las sustancias húmicas es más lenta, debido a su complejidad estructural y a su estabilidad, gracias a su unión con cationes di y trivalentes, a la formación de complejos organo minerales –con arcillas y óxidos fundamentalmente-, y la localización en agregados, o entre las láminas de arcillas.
Teniendo en cuenta los diferentes estados, al hablar de materia orgánica en el suelo, nos interesa conocer tanto el contenido de la misma, como su dinámica.
En la dinámica de la materia orgánica, distinguimos en primer lugar, dos tipos de procesos evolutivos, uno que conlleva su "simplificación" denominado mineralización y otro que incrementa su complejidad denominado humificación. En segundo lugar, destacar que en el suelo existen diferentes "tipos" de materias orgánicas, entre ellas: la correspondiente a la biomasa, a la materia orgánica "fresca", a los productos orgánicos intermedios y a la materia orgánica humificada.
A no ser que recientemente se hayan realizado estercoladuras, o se hayan enterrado restos de cultivos, el humus de un suelo agrícola representa aproximadamente el 90% de la materia orgánica total, (Saña, 1996), a pesar de ello, la cuantificación analítica del "estado orgánico del suelo" se suele reducir a su expresión como contenido de materia orgánica total oxidable.
Los efectos agronómicos de la transformación de la materia orgánica en el sistema suelo, estan relacionados preferentemente con la velocidad con que ésta evoluciona y con el equilibrio alcanzado entre los procesos de formación y degradación de la misma -humificación y mineralización-; su influencia abarca a todos los parámetros edáficos y es decisiva para el mantenimiento perdurable de la fertilidad global del suelo agrícola.
En relación con lo anterior y con vistas al diagnóstico de las necesidades de materia orgánica en los suelos agrícolas, algunas evidencias señalan que (Saña, 1996):
Interesa que los suelos arcillosos tengan un nivel notable de materia orgánica –siendo óptimos los demás condicionantes- para mantener estructurados los abundantes coloides de arcilla; los suelos arenosos deben poseer un buen nivel para sustituir a los inexistentes coloides minerales, lograr cohesionar mínimamente las partículas de tamaño intermedio, y conseguir unas correctas capacidades de retención de agua y de intercámbio catiónico.
Un suelo arcilloso y/o con carbonatos que esté sometido al mismo régimen de aportes orgánicos que otro sin tales características acumulará a lo largo del tiempo más materia orgánica. En cierta manera lo que se viene a decir es que los suelos calcáreos o arcillosos deben poseer unos niveles más altos de materia orgánica para compensar, con la cantidad, su inferior ritmo de mineralización.
En los suelos ácidos es usual encontrar concentraciones importantes de materia orgánica, ya que un pH excesivamente ácido ralentiza la actividad microbiana y en consecuencia disminuye el ritmo de mineralización. En suelos muy básicos, también puede enlentecerse la mineralización y acumularse la materia orgánica; en ambos casos los efectos del pH sobre la mineralización van unidos a otros factores.
También debemos hablar, aunque no es corriente de un "nivel excesivo" de materia orgánica. Su acumulación en los suelos agrícolas, en nuestras condiciones, suele ser síntoma de una mala actividad de la biomasa edáfica.
En la dinámica del ciclo orgánico, el contenido de humus o grado de humificación es, el cómputo que resulta de la capacidad mineralizadora de la biomasa edáfica y de las incorporaciones de material orgánico. La capacidad mineralizadora depende básicamente de los factores que afectan a la biomasa: clima, pH, estructura, textura, carbonatos, humedad, nutrientes y grado de intervención; las entradas de material orgánico están ligadas a la actuación del agricultor: elección de cultivos, rotaciones, aportes orgánicos (Saña, 1996).
La cantidad de humus generado dependerá de la diversidad de los residuos orgánicos dejados sobre el terreno y de la propia composición de los mismos. El humus generado a partir de los residuos vegetales de los cultivos y el que proviene de las incorporaciones de abonos orgánicos, va a estar cuantificado por el coeficiente isohúmico" K1, que expresa el rendimiento potencial en humus de la materia seca del material orgánico aportado.
Relacionado con lo anterior, existen otros métodos que completan, la noción de K1 y ayudan a caracterizar la evolución del comportamiento en el suelo de las materias orgánicas. En este sentido, se han desarrollado algunos métodos enfocados a la identificación de las diferentes fracciones de la materia orgánica por separación bioquímica para deducir conciendo su composición, la resistencia a la biodegradación.
Dos de esos métodos son: El Índice de Estabilidad Bioquímica, (Linères, 1993) y La Caracterización Bioquímica de la Materia Orgánica (Robin, 1997). Estos métodos, no sólo ayudan a caracterizar las materias orgánicas con más precisión que el sólo uso del coeficiente K1, sino que determinan objetivamente el concepto de calidad de una materia orgánica.
Ambos métodos han permitido agrupar los diferentes productos orgánicos en cuatro clases (Chaussod, 1999):
Productos ricos en fracciones solubles y nitrógeno total, fácilmente mineralizables
Productos ricos en fracciones solubles y hemicelulosa (algo más del 45% de la materia orgánica), considerados como productos con un débil rendimiento en humus.
Productos ricos en celulosa y lignina (algo más del 65% de la materia orgánica) considerados como enmienda orgánica verdadera.
Productos con una débil cantidad de materia orgánica (materia mineral mayor del 40% de la materia seca) con valor preferentemente enmienda organo-mineral.
"K2" es el "coeficiente de mineralización" y depende más estrechamente de las condiciones climáticas, de las características edáficas y del manejo del suelo y en general de todos aquellos factores que afecten desfavorablemente a la actividad microbiana.
La relación C/N también nos señala si las sustancias húmicas son el material claramente hegemónico o no dentro de la materia orgánica del suelo. Sabemos que la media en la relación C/N del humus es aproximadamente 10, mientras que en la materia orgánica fresca es muy superior, pudiendo alcanzar valores de 50 o más. Por ejemplo, las relaciones C/N demasiado bajas pueden indicar un agotamiento del suelo, una acumulación de nitrógeno amoniacal provocado por la ralentización o el cese de la nitrificación o por exceso de abonados minerales nitrogenados
También podemos interpretar determinados valores de las sustancias húmicas en la relación con la fertilidad, así podemos encontrarnos con valores extremadamente bajos de ácidos fúlvicos y húmicos lo que sugiere suelos muy empobrecidos –esto se corroborará con un nivel bajo de materia orgánica y alto de huminas; si aparecen simultáneamente valores altos de ác.fúlvicos y bajos de ác. húmicos, es decir un índice de polimerización bajo, debe pensarse en un freno a la humificación bien por un alto índice de estabilidad estructural o por aportes recientes de abonados orgánicos (Saña, 1996).
El mantenimiento de un contenido óptimo y una dinámica satisfactoria de la materia orgánica va a venir precedida de un diseño adaptado a las particularidades agronómicas, ambientales y a las condiciones socioeconómicas locales; diseño que contemple un aporte orgánico adecuado y diversificado, la integración si es posible en sistemas mixtos y una disminución de las pérdidas..
