Del objetivo depende de la fuente

A pesar de su baja proporción en la mayoría de los casos (normalmente, no más allá de un 4%), la materia orgánica es fundamental en la calidad física, química y biológica del suelo. A nivel físico, contribuye a la agregación del suelo y, por lo tanto, a su estructura y la relación aire/agua, mientras que a nivel químico contribuye directa e indirectamente a la fertilidad, pues aporta nutrientes a partir de su mineralización y es responsable, en gran parte, de la capacidad de intercambio catiónico (CIC), aportando carga eléctrica variable. A nivel biológico, la materia orgánica es fundamental en la actividad y diversidad del microbioma del suelo, aportando energía (C) y nutrientes para su desarrollo y actividad. La materia orgánica tiene varias fracciones que impactan sobre los distintos indicadores de calidad del suelo.

En términos ambientales, la materia orgánica estable del suelo es responsable del secuestro de C y contribuye a reducir las emisiones de CO2 y el calentamiento global. Existen diversas fuentes de materia orgánica, con distintos niveles de labilidad (recalcitrancia), lo que determina su uso y efectos en el suelo.

Determinación de la MO del suelo

Para determinar la concentración de materia orgánica (MO) en el suelo, normalmente se mide el carbono del suelo, el cual se convierte en MO de acuerdo con la siguiente ecuación:

MO = C x 1,72

En promedio, la MO del suelo tiene un 58% de C, por lo tanto, 100/58=1,72. Algunos autores utilizan 2 como factor, el cuales aceptado para realizar las conversiones de MO a C y viceversa.

La determinación del C en el suelo se realiza a través de varios métodos, incluyendo combustión seca, colorimetría o titulación, utilizando la reducción del Cr+6a Cr+3 en presencia de H2SO4 (método de Walkley and Black), o reflectancia de infrarrojo cercano (NIR).

En el caso de algunos materiales orgánicos, y en particular compost, se utiliza el procedimiento de calcinación (Loss of Ignition, LOI), donde la muestra es calcinada, hasta cenizas, asumiéndose que la materia orgánica corresponde al peso perdido. Este método entrega valores mayores al de la determinación de C, por lo que debe tomarse con precaución a la hora de comparar fuentes de materia orgánica.

Fracciones y recalcitrancia de MO

La recalcitrancia de la materia orgánica (MO) se refiere a su resistencia a la descomposición y degradación. Recalcitrancia y labilidad son términos opuestos. La materia orgánica del suelo tiene varias fracciones de distinta recalcitrancia. En la figura 1, se presentan las fracciones o pooles más usados para fraccionar la MO, según su nivel de recalcitrancia, expresado como tiempo medio de descomposición. Así, por ejemplo, la materia orgánica (C) soluble tiene tiempos de descomposición muy rápidos, menores a un año, mientras una MO humificada requiere de varias décadas. Desde el punto de vista de secuestro de C en el suelo se busca generar fracciones más recalcitrantes. Varias características clave determinan la recalcitrancia (labilidad) de las fuentes de MO, entre ellas:

Composición química: Las fuentes de materia orgánica ricas en moléculas complejas como la lignina, la celulosa y ciertos tipos de proteínas tienden a ser más recalcitrantes. Estos compuestos son más resistentes a la descomposición microbiana en comparación con moléculas más simples como los azúcares, ácidos carboxílicos y los aminoácidos.

Estructura molecular: La complejidad estructural de las moléculas orgánicas, incluida la presencia de anillos aromáticos y enlaces cruzados, puede aumentar la recalcitrancia. Estas estructuras son más difíciles de descomponer para los microorganismos y por lo tanto tendrán mayor duración en el suelo.

Origen de la materia orgánica: A menudo la MO derivada de plantas terrestres contiene compuestos más recalcitrantes como la lignina, en comparación con la MO de plantas acuáticas y algas, que en general son más lábiles.

Condiciones ambientales: Factores como la temperatura, la disponibilidad de oxígeno y la composición de la comunidad microbiana, pueden influir en la tasa de degradación de la MO. Por ejemplo, las condiciones de anoxia pueden ralentizar el proceso de descomposición, haciendo que la MO tenga mayor recalcitrancia.

Interacciones con minerales del suelo: La MO que se une a los minerales o forma complejos con los metales puede volverse más recalcitrante. Estas interacciones pueden proteger a la MO del ataque microbiano y la degradación enzimática.

Otras características de los materiales orgánicos tales como las relaciones C/N y lignina/N afectan fuertemente la recalcitrancia de los materiales orgánicos en el suelo. Una MO con una alta relación C/N (> 20) tiende a ser más recalcitrante, dado que la mayor presencia de compuestos complejos ricos en carbono como lignina y celulosa, que son más difíciles de descomponer para los microorganismos del suelo. Por el contrario, una materia orgánica con una baja relación C/N (< 20), como los guanos o estiércoles, es generalmente más lábil y fácil de descomponer. Esto se debe a que tiene una mayor proporción de nitrógeno, que es un nutriente crítico para el crecimiento y la actividad microbiana, y menos carbono. Una elevada relación C/N puede ralentizar el proceso de descomposición de la materia orgánica dado que los microorganismos necesitan más nitrógeno para descomponer un material rico en carbono. Por el contrario, una relación C/N más baja puede acelerar la descomposición, ya que el nitrógeno está fácilmente disponible para el uso microbiano.

Junto a la relación C/N, la relación lignina/nitrógeno (lignina/N) es un indicador significativo de la recalcitrancia de la MO. Una alta relación lignina/N es generalmente propia de una MO más recalcitrante. La lignina es un biopolímero complejo y resistente, y una alta proporción de lignina en relación con el nitrógeno indica que la MO es más difícil de descomponer para los microorganismos. Por el contrario, una MO con una baja relación lignina/N es más lábil y se descompone con más facilidad, porque hay menos lignina para resistir el ataque microbiano, y el mayor contenido de nitrógeno apoya el crecimiento y la actividad microbiana. La relación lignina/N afecta a las etapas iniciales de la descomposición. Altas relaciones lignina/N ralentizan las primeras etapas de la descomposición, ya que los microorganismos consumen inicialmente las fuentes de carbono más accesibles (lábiles). Con el tiempo, a medida que estos componentes lábiles se agotan, otras fracciones recalcitrantes, como la lignina se convierten en el sustrato principal. Materiales con altas relaciones lignina/N contribuyen a la formación de materia orgánica estable en el suelo, que puede secuestrar carbono durante períodos más largos.

Recalcitrancia y movilidad de metales en el suelo

La recalcitrancia de la MO y su interacción con la movilidad de los metales en los suelos es un tema complejo y muy significativo, especialmente en suelos contaminados con cobre, como es el caso de los suelos de la zona central de Chile. La materia orgánica y los metales interactúan a través de distintos mecanismos que determinan su disponibilidad en la solución del suelo:

Unión e inmovilización: Las materias orgánicas recalcitrantes, como las sustancias húmicas, pueden unirse a los metales pesados a través de procesos de complejación y adsorción. Esta unión puede inmovilizar los metales, reduciendo su movilidad y biodisponibilidad en la solución del suelo.

Formación de complejos estables: Metales como el hierro (Fe) y el aluminio (Al) pueden formar complejos estables con MO recalcitrante. Estos complejos pueden formar parte de los agregados del suelo, lo que reduce la movilidad del metal.

pH del suelo: El pH del suelo puede afectar la interacción entre la MO y los metales. Por ejemplo, en suelos ácidos, es más probable que los metales se movilicen, mientras que, en suelos neutros a alcalinos, tienden a formar complejos estables con MO.

Actividad microbiana: El ataque microbiano de la MO puede influir en la movilidad del metal. Los microorganismos pueden degradar la MO lábil, movilizando inicialmente los metales, pero produciendo compuestos más recalcitrantes que pueden unirse a los metales de manera más efectiva.

Materia orgánica disuelta en la solución del suelo: La materia orgánica disuelta(DOM), que incluye tanto fracciones lábiles como las recalcitrantes, puede afectar la movilidad del metal. La DOM lábil puede aumentar su movilidad mediante la formación de complejos solubles, mientras que la DOM recalcitrante tiende a inmovilizarlo.

Condiciones ambientales: Factores como la temperatura, la humedad y la presencia de otros iones también pueden influir en la interacción entre la MO y los metales.

Conocer y comprender los factores que afectan la recalcitrancia de los materiales orgánicos es crucial para manejar adecuadamente el ciclo del carbono y predecir el comportamiento de las diferentes fuentes de MO y sus efectos sobre el suelo, la planta y las emisiones de CO2. Por ejemplo, en presencia de Cu elevado en el suelo (> 10 mg/kg Cu-DTPA), deben usarse materiales recalcitrantes, para “secuestrar” el metal, y mantener el pH de los suelos lo más alto posible.

Recalcitrancia de algunas materias orgánicas comerciales

Las materias orgánicas comerciales presentan distinto grado de recalcitrancia, lo que determina su uso y comportamiento en el suelo. En la figura 2, se presenta una escala arbitraria de labilidad observándose que materiales como los ácidos carboxílicos y aminoácidos son más lábiles que el compost, y éste a su vez es más lábil que los ácidos húmicos.

Los guanos o estiércoles presentan una baja recalcitrancia (alta labilidad), por lo que se consideran más fertilizantes que enmiendas de suelo y deben ser usados con precaución, especialmente en suelos contaminados con Cu, controlando las dosis de aplicación.

Fracciones de MO en los productos comerciales

Cualquier materia orgánica puede ser fraccionada en distintas pooles o fracciones para conocer su potencial comportamiento en el suelo. Entre las fracciones más comunes se tienen:

1.Carbono soluble en agua. Corresponde a la fracción soluble en agua y por lo tanto más lábil.

2.Carbono de ácidos fúlvicos.

3.Carbono de ácidos húmicos.

4.Carbono de humina.

En la figura 2, se presenta el fraccionamiento de la materia orgánica en ácidos húmicos, fúlvicos y huminas. El material orgánico se extrae con una base fuerte obteniéndose dos fracciones:

1. Materia orgánica extraíble en base: Son las llamadas sustancias húmicas e incluyen materia orgánica soluble, ácidos húmicos y fúlvicos.

2. Huminas: Es la fracción que no se disuelve en base y está compuesta principalmente por lignina.

Posteriormente las sustancias húmicas se acidifican y producen un precipitado que corresponde a la fracción húmica (ácidos húmicos, AH), mientras que lo que se mantiene en solución corresponde a la fracción fúlvica (ácidos fúlvicos, AF). Si se desea solubilizar nuevamente la fracción húmica se aplica más base.

En términos de recalcitrancia, la materia orgánica soluble en agua es, en general, más lábil que la fracción fúlvica (AF), y ésta más lábil que la fracción húmica (AH), sin embargo, cuando se comparan fuentes, no es lo mismo un ácido fúlvico de leonardita que un ácido fúlvico de un extracto vegetal. Normalmente un extracto de plantas, por ejemplo, será 100% extracto fúlvico pero esto no significa que este extracto tenga propiedades similares a un extracto fúlvico de leonardita.

Efectos en el suelo según recalcitrancia

Todas las fuentes de materia orgánica se comportan como bioestimulantes y mejoradores de suelo, sin embargo, su grado de recalcitrancia define en parte su efecto. En términos generales, mientras más recalcitrante sea la fuente de materia orgánica usada, más mejorador de suelo será. Por otra parte, mientras más lábil sea la fuente de MO, mayor efecto como biofertilizante y bioestimulante tendrá. Si el objetivo es mejorar suelos, por ejemplo, en un suelo arenoso de baja CIC, la fuente preferida será un C recalcitrante que se degrade lentamente para que las aplicaciones sucesivas permitan su acumulación en el suelo. La concentración de la aplicación también define en parte su comportamiento en el suelo, por ejemplo, tanto fuentes lábiles como recalcitrantes aplicadas a bajas dosis se pueden comportar como bioestimulantes.

Comentarios finales

Conocer y comprender los factores que afectan la recalcitrancia o labilidad de los materiales orgánicos es crucial para manejar adecuadamente el ciclo del carbono y predecir el comportamiento de las diferentes fuentes de MO y sus efectos sobre el suelo, la planta y las emisiones de CO2.

La decisión de qué fuente de MO aplicar dependerá del objetivo perseguido y las características de la materia orgánica. Así, mientras mejor información se tenga acerca de la fuente de MO elegida, mejor será la estimación de sus efectos sobre el suelo, la planta y el medio ambiente.