Materia orgánica del suelo: sus fracciones como indicadores de calidad y funciones en el suelo

La materia orgánica del suelo o MOS (en inglés Soil Organic Matter – SOM) constituye la fracción orgánica no viviente del suelo y proviene exclusivamente de carbono de animales, plantas o microorganismos. Representa, en promedio, entre el 1 y 5% de la masa total del suelo, aunque existen suelos con contenidos mucho más elevados, y, aun así, es el mayor reservorio de C orgánico del planeta. Juega un papel fundamental en la fertilidad, productividad, salud y calidad de los suelos pues tiene un gran efecto sobre las propiedades y funciones ecosistémicas que presta en la naturaleza.

La MOS contiene N orgánico que, vía mineralización, se hace disponible para los cultivos, y es responsable de una importante fracción de la capacidad de intercambio catiónico (CIC) en el suelo. Adicionalmente puede retener compuestos tóxicos como metales (Al⁺³, Cu⁺²) y sales en exceso, reduciendo su disponibilidad en la solución del suelo, en beneficio de las plantas y microorganismos del suelo.

En general, los suelos con mayor contenido de materia orgánica son más fértiles que aquellos con menor contenido y proporciona un ambiente propicio para que ocurran los procesos y relaciones planta – suelo – microorganismos. La MOS integra múltiples funciones químicas, físicas y biológicas que soportan no solo el desarrollo de la vida en el suelo, sino que también promueven el potencial productivo, la tolerancia y resiliencia de suelos agrícolas y forestales.

Estas funciones están perfectamente soportadas por las diferentes fracciones de la MOS, pues lo que denominamos Materia Orgánica del Suelo, es mucho más que el porcentaje de materia orgánica que entregan los análisis químicos al que estamos acostumbrados en agricultura.

En el presente artículo se explican las diferentes fracciones de la MOS y su relación con la calidad del suelo y sus funciones.

FRACCIONES DE LA MATERIA ORGÁNICA

El componente orgánico del suelo consta de tres partes principales: 1) residuos de plantas frescos y pequeños organismos vivos del suelo, 2) materia orgánica en descomposición y 3) materia orgánica estable o humus. Por otra parte, los materiales orgánicos del suelo se pueden clasificar en las siguientes formas:

• Litter (hojarasca): materia macro orgánica que se encuentra en la superficie del suelo, por ejemplo, residuos de cultivos y hojas que pueden ser fácilmente distinguibles.

• Fracción ligera: residuos vegetales y sus productos de descomposición parcial que residen dentro del suelo.

• Biomasa microbiana: células de microorganismos vivos, en particular bacterias, actino bacterias, hongos, algas y cianobacterias.

• Biomasa de fauna: tejidos de animales, principalmente invertebrados.

• Componentes vegetales subterráneos: principalmente raíces y exudados.

• Orgánicos solubles en agua: sustancias orgánicas disueltas en la solución del suelo.

• Humus estable.

De acuerdo con Waksman (1936), el termino humus proviene del tiempo de los romanos, quienes hicieron referencia a la “gordura del suelo”, asociándolo a la fertilidad, mientras que Wallerius (1761) fue el primero en definir el humus en términos de materia orgánica descompuesta. Por otra parte, en el siglo XIX, Linneaus clasifica los suelos de acuerdo con su contenido de sustancias húmicas. Sin embargo, el proceso de separación a través de la extracción de sustancias húmicas dio paso a las fracciones y pools de materia orgánica y al papel de cada una como indicadores o predictores de la productividad del suelo y la eficiencia con la que el suelo cicla y reserva materia y energía, dependiendo de factores edáficos, ambientales y antropogénicos que regulan su dinámica.

El término “fracción” es utilizado para describir los componentes medibles de la materia orgánica, mientras que el termino pool es usado para referirse a los componentes que presentan cinéticas (tasas de degradación y acumulación) diferentes.

Las diferentes fracciones de carbono se clasifican por su reactividad frente a condiciones biológicas, químicas o físicas que afectan la degradación o la estabilidad en suelo (Figura 1).

En términos generales, pueden identificarse tres fracciones de materia orgánica:

1. Materia orgánica activa: tiene relaciones C/N de entre 15 y 30 y tiempos medios de degradación de 1 a 2 años.
2. Materia orgánica lenta: tiene relaciones C/N de entre 10-25 y tiempos medios de degradación de 15 a 100 años.
3. Materia orgánica pasiva: tiene relaciones C/N de entre 7-10 y tiempos medios de degradación de 500 a 5000 años.

1. Materia orgánica activa:

La fracción activa de MOS incluye las fracciones soluble y particulada. Está constituida por biomasa viva, partículas finas de detritus (materia orgánica particulada), la mayoría de los polisacáridos, otras sustancias no húmicas como ácidos orgánicos de bajo peso molecular, algunos materiales proteicos y algunos de los ácidos fúlvicos más lábiles. La relación C:N promedio de las fracciones activas de la MOS es de 15 a 30. Permanece en el suelo por un período de algunos meses a algunos años.

Estas fracciones activas proporcionan la mayor parte del nitrógeno fácilmente mineralizable. Su mayor efecto beneficioso sobre el suelo es la estabilidad estructural, que conduce a una mayor infiltración de agua, resistencia a la erosión y facilidad de labranza. La incorporación de residuos de cultivos puede aumentar fácilmente la porción activa que también se pierde fácilmente bajo la labranza intensiva. Las fracciones activas comprenden más del 10-20% de la materia orgánica total.

En esta fracción se incluye la biomasa microbiana y aquellos sustratos lábiles o residuos procedentes de raíces u organismos vivos como polisacáridos (activos, secuestrados o de alta persistencia), compuestos proteicos o con aminoácidos.

Los métodos utilizados para estimar esta fracción son:

• La biomasa microbiana se determina por lo general en relación a sus concentraciones de C y N utilizando el método de fumigación-extracción. También se emplean métodos de determinación de C lábil en microondas para estimar el tamaño de la biomasa, o bien se determina la concentración de fósforo presente en fosfolípidos (P-fosfolípido) para determinar la biomasa viva del suelo.
• La respuesta respiratoria de suelos por adición de sustrato es utilizada para estimar la biomasa de un pool funcional especifico que describe el estatus metabólico del suelo.
• Determinación de fracciones fácilmente oxidables, como ácidos orgánicos o N mineralizable por incubación en el laboratorio, en condiciones parcialmente anaeróbicas, que también es utilizada para estimar el N disponible para la planta.
• Determinación de amino azúcares, como la quitina que está relacionada con la biomasa de hongos y bacterias.
• La determinación de la materia orgánica disuelta en agua (MOD), también llamada WSC, definida como la fracción de MOS disuelta en agua que pasa un filtro de 0,45µ.

La fracción particulada (MOP) incluye litter, materiales parcialmente descompuestos, glicoproteínas y materia orgánica protegida en agregados. El litter hace referencia a MOS cuyo tamaño es superior a la arena (2 mm). En el caso de detritus (restos de material en descomposición), las subdivisiones comúnmente incluyen clasificación por baja densidad (1,4-2,2 g cm^-3) o por tamaño del material de >53 µm-100, material entre 53-250 µm y > a 250 µm. El material es fácilmente reconocible, hifas y esporas de hongos, residuos de plantas o insectos y carbón, este último asociado a incendios previos o a la geología del terreno.

2. Fracción de lenta degradación o resistente:

La fracción lenta de la materia orgánica tiene propiedades intermedias entre las fracciones activas y pasivas. Esta fracción incluye tejidos vegetales muy finamente degradados, ricos en lignina y otros componentes químicamente estables y de descomposición lenta. La vida media de estos materiales puede ser de décadas. Las fracciones lentas son importantes fuentes de N mineralizable y otros nutrientes para las plantas. Es la fuente de alimento para el metabolismo estable de los microorganismos autóctonos del suelo.

Esta fracción incluye materia orgánica que se encuentra físicamente protegida o que por su localización no se encuentra disponible ni humificada. Contiene componentes hidrofílicos e hidrofóbicos, puede favorecer la sorción de la materia orgánica a minerales como oxihidroxidos de Fe y Al y, de igual forma, la dispersión de arcillas, en especial cuando la materia orgánica lenta está compuesta por ácidos fúlvicos o compuestos de orgánicos de bajo peso molecular exudados por las raíces de las plantas. Igualmente, en esta fracción se encuentran incluidos algunos compuestos orgánicos como la glomalina, una glicoproteína fúngica que, aunque depende de muchos factores como la relación con plantas y otros microorganismos del suelo, se asocia a la presencia de hongos de micorriza arbuscular.

3. Materia orgánica pasiva o recalcitrante:

La fracción pasiva de la MOS incluye materiales muy estables que permanecen en el suelo de cientos a miles de años. Eso significa que sus cambios en el suelo ocurren muy lentamente. Incluye la mayor parte del humus protegido físicamente en complejos arcilla-humus, la mayor parte de la humina y gran parte de los ácidos húmicos. Las fracciones pasivas, en la mayoría de los suelos, representan del 60 al 90% de la materia orgánica. Está estrechamente asociada con las propiedades coloidales del humus del suelo y es responsable de la mayor parte de la CIC y la capacidad de retención de agua del suelo.

FRACCIONES DE LA MO COMO INDICADORES DE CALIDAD

De acuerdo con sus propiedades, cada fracción de la MOS se puede utilizar para predecir efectivamente el suministro de nutrientes, las relaciones suelo-agua, la aireación, la inmovilización de plaguicidas o metales pesados y las tendencias en el secuestro de carbono.

1. Indicadores de manejo de suelos

La materia orgánica particulada (MOP) es un indicador temprano, muy reconocido, del manejo de suelos. En la determinación de la MOP un factor importante a tener en cuenta es el muestreo pues además de los criterios básicos de momento, intensidad de muestreo, patrón de muestreo a utilizar, esta fracción varía espacialmente, así como con la profundidad de muestreo y la estación. De acuerdo con algunos autores como Hook & Bruke (2000), la MOP es especialmente importante en la retención de N y su disponibilidad, especialmente en suelos arenosos, dado que la proporción de N en el material particulado es mayor que en el material fino del suelo.

2. Indicadores de actividad biológica de suelo

La materia orgánica lábil está asociada a la actividad biológica del suelo, o de cómo una práctica agrícola determinada, ya sea laboreo o aplicación de un bioproducto como PGPR o bioestimulante por ejemplo, puede influir en el suelo como un ecosistema vivo. Está en directa relación con los organismos vivos y activos, ya sea porque se determina directamente la biomasa en términos de C o N o porque se determina el C-CO₂ producido durante la respiración del suelo con o sin influencia de un sustrato.

3. Indicadores de uso de suelo

La materia orgánica disuelta en agua (MOD) puede ser de particular importancia también para activar o procesos de transporte y degradación, pero principalmente como fuente de energía para microorganismos en ambientes subsuperficiales donde los microorganismos no cuentan con residuos orgánicos frescos para este proceso. Según autores como Chantigny (2003), las concentraciones de MOD son típicamente más bajas en praderas o sistemas forestales y mayores en sistemas agrícolas que reciben enmiendas orgánicas en combinación con fertilizantes minerales o donde se trabaja con intercropping o abonos verdes.

4. Indicadores de mineralización

En general, se acepta que la baja calidad del carbono del suelo limita la cantidad de energía disponible para los microorganismos del suelo y, a su vez, la tasa de mineralización del carbono del suelo. El efecto priming, es decir, el aumento en la tasa de descomposición de la materia orgánica del suelo (MOS) después de la entrada de materia orgánica fresca, normalmente se atribuye un aumento global en la actividad microbiana debido a la mayor disponibilidad de energía liberada por la descomposición ésta. Sin embargo, la investigación hasta la fecha sugiere que el suministro de energía (C) disponible no induce ningún efecto sobre la mineralización de la MOS.

Los mecanismos del efecto priming son mucho más complejos de lo que se cree. Después de la entrada de materia orgánica fresca a los suelos, muchos microorganismos especializados crecen rápidamente y solo descomponen esta fracción de la materia orgánica. Fontain y colaboradores (2003) postulan que el efecto priming resulta de la competencia por la adquisición de energía y nutrientes entre los microorganismos especializados en la descomposición de materia orgánica fresca y aquellos que se alimentan de MOS polimerizada.

A través del envío de una muestra de suelo (con residuos superficiales presentes) al laboratorio es posible determinar las distintas fracciones de C (materia orgánica) del suelo. Este fraccionamiento es muy útil previo a la introducción de manejos del tipo orgánico al suelo, incluyendo la aplicación de distintas fuentes de materia orgánica e inoculantes de suelo.