S. E. C. S., Abril-Mayo 2014

Materia Orgnica del Suelo: Naturaleza y

Funciones

Juan F. Gallardo Lancho

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CURSO DE FSICA YMANEJO DE SUELOS

La Materia Orgnica del Suelo (MOS)

ASPECTOS BASICOS A IMPARTIR

Origen e importancia de la MOS La distribucin de la MOS en el perfil La composicin qumica de los restos vegetales La evolucin de los restos vegetales El papel de los microorganismos El esquema general del proceso de humificacin La estructura de las sustancias hmicas Problemtica de su aislamiento y fraccionamiento Dinmica de la MOS

Importancia de la Materia Orgnica del Suelo (MOS)

Fuente de energa (bioqumica y microbiologa) Suministro de nutrientes (fisicoqumica) Reserva de nutrientes (qumica) Cementacin de partculas (fsica y fisicoqumica) Alteracin de las rocas (geoqumica) Retencin de humedad (fsica) Disminucin de la toxicidad (fisicoqumica y bioqumica) Cambio global (biogeoqumica) Fijacin de C en la bisfera

Segn D.C. Whitehead, Soils Fert., 26: 217 (1963)

Aumento de la absorcin solar (fsica)

Aumento de la capacidad de intercambio catinico (fisicoqumica)

Aumento del poder amortiguador del suelo

- Amortiguacin fisicoqumica- Amortiguacin microbiolgica

Mejoramiento de la estructura del suelo (fsica)

E indirectamente incide sobre:

- Balance hdrico (fsica)

- Nutricin de las plantas (fisicoqumica)

- Mecanismo de erosin (fsica)

Importancia de la Materia Orgnica del Suelo (MOS)

Segn D.C. Whitehead, Soils Fert., 26: 217 (1963)

Propiedades generales del Humus y efectos asociados sobre el SueloPropiedades Observaciones Efecto sobre el suelo

Color El tpico color oscuro de muchos suelos es causado por la MOS

Puede facilitar el calentamiento

Retencin del agua La MOS puede retener agua en 20 veces su peso Ayuda a prevenir el secado y el agrietamiento del suelo.

Puede mejorar significativamente la capacidad edfica de retener agua

Combinacin con las arcillas edficas

Cementacin de las partculas edficas en unidades estructurales llamados agregados.

Permite el intercambio de gases, estabilizar la estructuras edficas e incrementar la permeabilidad del suelo

Quelacin Formacin de complejos estables con Cu2+, Mn2+, Zn2+ y otros cationes polivalentes

Puede potenciar la disponibilidad de los micronutrientes para las plantas

Solubilidad en agua Insolubilidad de la MOS es causada por la unin con las partculas arcillosas. Tambin se producen insolubilizaciones por la precipitacin de las fracciones orgnicas con cationes di- y tri-valentes. la MOS aislada slo es parcialmente soluble en agua (COD).

La MOS se pierde escasamente por lixiviacin (lavado del suelo)

Accin tampn o de amortiguacin (buffer)

La MOS exhibe mejor poder de amortiguacin en los rangos de dbilmente cido a alcalino.

Ayuda a mantener una reaccin uniforme en el suelo

Intercambio inico La acidez total de las fracciones de la MOS oscila entre 300 a 1400 cmol/kg

Puede incrementar la capacidad de intercambio inico (CIC) del suelo. La MOS es responsable del 20 al 70 % de la CIC edfica (v. g., Mollisoles)

Mineralizacin La descomposicin de la MOS produce CO3=, NH4

+, NO3-,

PO43- y SO4

=.Fuente de nutrientes para el crecimiento de

las plantas

Combinacin con molculas orgnicas

Afecta la bioactividad, persistencia y biodegradabilidad de los pesticidas

Modifica la carga de aplicacin (efecto) de los pesticidas (control efectivo)

Quntuple aproximacin para mejorar la produccin en un solo paso

- Aproximacin fsica

- Aproximacin fisicoqumica

- Aproximacin bioqumica

- Aproximacin biolgica

- Aproximacin econmica

- Incremento de la capacidad de retencin de agua edfica

- Mejor aireacin del suelo

- Mejor friabilidad y textura del suelo

- Reduccin de la erosin

- Mejora global en general del suelo.

Beneficios de las Sustancias Hmicas en la Produccin de Cultivos

Aproximacin fsica

Aproximacin fisicoqumica y qumica

Beneficios de las Sustancias Hmicas en la Produccin de Cultivos

- Incremento del contenido de los nutrientes edficos- Conversin de formas no disponibles para las plantas en formas

asimilables

- Retencin de los fertilizantes inorgnicos en la zona radicular- Prevencin de la contaminacin de aguas subterrneas- Reduccin de la lixiviacin de fertilizantes, por lo que una ms baja

cantidad aplicada al campo puede producir los mismos resultados que otra ms alta

- Incremento de la capacidad tampn del suelo disminuyendo la posibilidad de estrs.

Aproximacin biolgica

Beneficios de las Sustancias Hmicas en la Produccin de Cultivos

- Estimulacin del crecimiento microbiano y aceleracin de la descomposicin de la materia orgnica

- Coadyuvante al transporte de nutrientes a travs de la pared celular - Acelerador de la divisin celular- Incrementa la respiracin celular- Estimula brotes nuevos y el crecimiento radicular, originando una ms

fuerte estructura de planta

- Incrementa la nascencia de las semillas y el porcentaje de germinacin- Mejora el contenido de materia seca de la planta.

Beneficios de las Sustancias Hmicas en la Produccin de Cultivos

Aproximacin econmica

- Mejora la utilizacin de nutrientes reduciendo la necesidad de fertilizaciones

- Incrementa la velocidad de crecimiento de las plantas procurando ms altos rendimientos

- Favorece un perodo de crecimiento ms corto, originando productos ms tempranos cara al mercado

- Origina mayor resistencia de las plantas a las enfermedades, con una reduccin de prdidas.

SUELO

LITOSFERA(Material inorgnico)

ATMOSFERA(Calor, agua)

BIOSFERA(Material orgnico)

EL SUELO COMO ECOTONO

Atmsfera

PedsferaEdafosfera

Litsfera

HidrsferaBisferaCiclo elemental

Suelo, flora y fauna

Agua del suelo

EvaporacinE

m

i

s

o

n

e

s

g

a

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e

o

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a

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I

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F

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u

e

l

o

Interaccin entre Esferas (Compartimentos) Terrestres

Diagrama de Equilibrio del Potencial Reduccin-Oxidacin vs pH: Sistema C-H2O (25 C)

Ev (voltios)

pH

CO3=

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

-2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 162.22.01.81.61.41.21.00.80.60.40.2

0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.4-1.6-1.8

2.22.01.81.61.41.21.00.80.60.40.2

0-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0-1.2-1.4-1.6-1.8

H2C2O3H2CO4

CO2

H2CO3-

HCO3-CO3=

CH3OH

CH4

4 39 5 40

-2 -4 -6

a 9

Log PCO2=0

C

Log C=0-2-4-6

3536

3711

10

41

Log PCH40-2-4-6

Log PCO2=0-2-4-6

B

CO2

Encuadre fisico-

qumico de la Biosfera

(Ev vs. pH)

H2CO3-

Carbono Inorgnico Disuelto

[CO2] + [H2O] [H2CO3]

[H2CO3] [H+] + [HCO3-]

[H+] + [CO3=] [HCO3-]

[CaCO3] [Ca2+] + [CO32-]Precipitacin

Disolucin

(pH agua mares: aprox. 8,0)

Rango de agua mares

C

o

n

c

e

n

t

r

a

c

i

o

n

e

s

(

l

o

g

)

pH (aguas)

Esquema de los Ciclos de C, N, S y P en el Sistema Suelo-Planta

Residuos de plantas

Plantas

Fase inorgnicaslida

Iones solublesMicrobios

Residuos microbianos

C-0-P

C-0-SPrdidas

(Adaptado de McGill y Cole)

HumusC

N S

S

CO2

N2 yN2O

CO2

N2

SueloSuelo

CO2

Relacin entre el C y N de Suelos de Diferentes Regiones

Suelos y localizacin* C y S N y S

Coeficientes de correlacin

C/N/S C/N/S

Escocia (10 suelos por grupo)Sobre granitosSobre pizarras

Sobre areniscas rojasSobre rocas gneas bsicas

Sobre calizas

Todos los suelos

0,690,87

0,97

0,93

0,90

0,87

0,940,82

0,98

0,90

0,93

0,94

16,9:1:0,14

14,8:1:0,14

13,0:1:0,14

14,0:1:0.14

11,3:1:0,13

14,0:1:0,14

14 :1: 0,1

*Para referencias especficas vase Freney y Stevenson.

Relacin entre el C, N y S de Suelos de Diferentes Regiones

AustraliaSuelos agrcolasPastizales

Nueva ZelandaPraderas (todas)Haploboroll ardico (6)Haploboroll tpico (13)Haploboroll dico (9)Suelos transicionalesCryoboralf tpico (12)

0,980,88

--

--

--

--

--

0,980,91

--

--

--

--

--

0,97 13:1:0,139,3:1:0,169,4:1:0.1511,3:1:0,1412,5:1:0,1311,9:1:0,09

12 :1: 0,1

12 :1: 0,1

15:1:0,1311,3:1:0,12

Suelos y localizacin* C y S N y S C/N/S C/N/SCoeficientes de correlacin

Para refencias especfas vase Freney y Stevenson. Resultados de Canad, Iowa y Brasil.

Los nmers en parntesis significan nmero de muestras.

Relaciones en el suelo de C orgnico, N total, y P y S orgnicos

Localizacin ReferenciaC/N/P/SNmero de suelosC/N/P/S

*Valor de S dado referido a S total.** Los valores para horizontes subsuperficiales (35-53 cm) fueron 105:1:0,4:0,1.

Brasil

Escocia*

India

Iowa

Nueva Zelanda**

- No calizos

- Calizos

6

6

10

40

22

9

11:1:0,1:0,13

19:1: 0,1:0,16

11:1: 0,1:0,13

15:1:0,2:0,14

14:1:0,2:0,21

14:1:0,2:0,18

Neptune et al.

Neptune et al.

Williams et al.

Williams et al.

Walker y Adams

13:1:0,2:0,1

Somani y Sarena

Relacin entre el C y N de Suelos de Diferentes Regiones

Suelos y localizacin*

Iowa (USA):Cultivados (6)

Brasil:

Agrcolas (6)

C y S

0,98

0,85

N y S

0,97

0,89

C/N/S

11,0 :1: 0,13

19,4 :1: 0,16

*Para referencias especficas ver Freney y Stevenson.

Los resultados de Canad, Iowa y Brasil son ms recientes.

Los nmeros entre parntesis (6) significan nmero de muestras

Coeficientes de correlacin

Validez de la relacin C/N edfica

En conclusin, las relaciones entre las relaciones C/N edfica oscilan en poco (de 9,0 a 22, contrariamente a las relaciones C/N de los vegetales).

Sin embargo, desde el punto de vista cientfico, determinar el contenido de C (o de N) a travs de la relacin 10/1 en los suelos cultivados es un craso error, dado que para conocer la calidad de la MOS es necesario tener un valor seguro de la razn C/N (siendo obligada la determinacin exacta tanto de C como de N).

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N. b.: Ese listado sigue amplindose constantemente, luego no puede ser exahustivo.

FIN de la INTRODUCCION

Se exponen, a continuacin,los temas a desarrollar

C.S.I.C., S.E.C.S. y S.I.A.P. (Ecuador)Quito, Abril-Mayo, 2014