MATERIA ORGÁNICA Y PROCESOS DE HUMIFICACIÓN

Introducción

Se entiende como materia orgánica al conjunto de células animales y vegetal, que debido a la acción de determinados microorganismos han sufrido una descomposición total o parcial que se superponen al suelo mineral en los medios naturales o se incorporan al mismo en los ecosistemas agrícolas. Engloba, por tanto, los restos de plantas y animales en diferente grado de transformación y la biomasa edáfica, compuesta por microorganismos, microfauna y enzimas extracelulares. En definitiva, la materia orgánica del suelo es un continuo de compuestos heterogéneos con base de carbono, formados por la acumulación de materiales. Su proceso de descomposición está acompañado de una liberación de dióxido de carbono y de los nutrientes que se encuentran contenidos en los residuos orgánicos. En ocasiones, el término humus se utiliza para designar el concepto explicado anteriormente a pesar de no ser correcto, puesto que este término únicamente abarca la fracción humificada de la materia orgánica total presente en el suelo, la cual presenta una naturaleza coloidal que le da una serie de propiedades características. Su estado, así como su origen van a influir directamente en la manera que afectan a la mayor parte de los parámetros edáficos. Ambas características tienen mayor importancia que la cantidad total de materia orgánica.

Puede establecerse que el nivel de materia orgánica de un suelo está estrechamente relacionado con su potencial productivo, de gran importancia dentro de los sistemas agrícolas, sobretodo en aquellos lugares con suelos frágiles. La importancia radica en su relación con la capacidad de intercambio catiónico del suelo y, como consecuencia de ello, con la retención de los nutrientes, siendo una fuente importante de nitrógeno y fósforo. Asimismo, asegura un mantenimiento de la agregación, estructura física y retención del agua en el suelo. Si queréis saber más sobre la textura y estructura del suelo, en relación con la fertilidad del suelo podéis encontrar una publicación en el blog sobre ello. La capacidad de intercambio catiónico (CIC), corresponde a la cantidad total de cargas negativas que están disponibles  sobre la superficie de las partículas en el suelo o lo que es lo mismo, el número total de cationes intercambiables que un suelo es capaz de retener.

Entre el 75 y el 90% de los restos orgánicos están compuestos por agua. Una fracción más pequeña está constituida por:

  • Carbohidratos: grupo en el que se encuentran agrupados los monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, de entre los cuales destaca fundamentalmente la celulosa. Tienen una gran importancia, puesto que sirven de enlace entre las partículas inorgánicas, participando además en la formación de complejos, estimulando la germinación de las semillas y la elongación de las raíces, afectando a la capacidad de intercambio catiónico, la retención de iones y, por último, la actividad biológica.
  • Aminoácidos: constituyen la base de las proteínas y su polimerización lleva a la formación de dipéptidos y tripéptidos. Existe una gran variedad de factores cuya influencia afecta a la presencia de aminoácidos en los suelos, como son las condiciones de humedad, el tipo de planta, el estado de crecimiento y las prácticas culturales.
  • Grasas, ceras y resinas: las grasas son sustancias de reserva, las cuales se acumulan en las diferentes partes de la planta, especialmente en las semillas. Son compuestos derivados de la glicerina esterificada. Se conoce como resina a toda sustancia orgánica de origen vegetal de consistencia pastosa, pegajosa, transparente o traslúcida, que al contacto con el aire se solidifica. Este compuesto puede obtenerse también de manera artificial, a través de una serie de reacciones de polimerización.
  • Ligninas: son los polímeros orgánicos complejos más abundantes en el mundo vegetal. Se trata de la única fibra que no se agrupa dentro de los polisacáridos. Queda depositada en las paredes celulares secundarias y a veces primarias. Es una sustancia hidrofóbica con la capacidad de eliminar el agua de las paredes celulares, limitando la difusión lateral, facilitando el transporte longitudinal y reforzando la resistencia mecánica de los tejidos, mejorando también la resistencia de las células frente a los ataques bacterianos. En definitiva, se trata de un polímero polifenólico que aporta resistencia mecánica a las paredes celulares. La lignificación de la pared celular sucede durante la diferenciación de las células, aunque también puede darse en respuesta a ciertos cambios ambientales, como la sequía, bajas temperaturas o la disminución de los nutrientes.

Todos estos componentes son materia orgánica soluble en agua y reciben el nombre de sustancias no húmicas. Las sustancias húmicas son generalmente polímeros condensados a partir de compuestos aromáticos y alifáticos, obtenidos de la transformación de la lignina de las plantas, los polifenoles de las células y la síntesis microbial. Constituyen la fracción más representativa y estable de carbono:

  • Ácidos húmicos: ácidos polibásicos de débil disociación. Dentro de este grupo se engloban las materias que pueden extraerse del suelo mediante la aplicación de distintos disolventes, precipitándose en forma de un gel oscuro al realizar un proceso de acidificación con ácidos minerales. A pesar de la gran diversidad existente respecto a los ácidos húmicos, como las turbas y restos vegetales en descomposición, todos ellos conservan unos principios de estructura comunes o muy semejantes. Los grupos más característicos son los carboxilos e hidroxilos fenólicos, en cuya composición el hidrógeno es susceptible a las reacciones de sustitución.
  • Ácidos fúlvicos: se distinguen de los ácidos húmicos por la diferencia de coloración, que en este caso es más clara, debido al contenido relativamente bajo en carbono y por su solubilidad en agua, alcohol, álcalis y ácidos minerales. Tienen alta capacidad de cambio y actúan destructivamente sobre los minerales. Al igual que los ácidos húmicos en su composición se encuentra nitrógeno. Las propiedades comunes entre los ácidos húmicos y los fúlvicos son la falta de homogeneidad y la posibilidad de separación en una serie de fracciones al llevar a cabo distintos procedimientos.
  • Huminas: bajo este término se engloban aquellos compuestos no extraíbles con la aplicación de reactivos alcalinos, representando un grupo de sustancias muy diferentes entre sí, cuyo origen puede tener lugar mediante la vía de herencia o la de neoformación, que se explicarán detenidamente a continuación.

Dentro de los sistemas de cultivo presenta un sistema complejo y dinámico, debido a la diversidad de constituyentes que lo conforman y a que se encuentra en constante evolución, ya que existe un continuo proceso de transformación. De esta manera, lo que se denomina como materia orgánica fresca, en un primer momento, experimenta una simplificación a través de una vía biológica hasta sus componentes elementales de sus constituyentes básicos, como son las proteínas, los hidratos de carbono y los ácidos orgánicos complejos. Posteriormente una parte de estos componentes se ve sometida a un proceso de mineralización, mediado por la acción de microorganismos, pasando de compuestos orgánicos a formas inorgánicas simples, que a su vez pueden clasificarse en solubles y gaseosas. La fracción que no pasa por este proceso, va a formar parte de nuevos compuestos, concretamente macromoléculas más o menos poli-condensadas, todo ello a través de complejas reacciones bioquímicas de resíntesis y polimerización, las cuales se conocen con el nombre humificación. Estas sustancias húmicas sufrirán nuevos procesos de mineralización, aunque, por norma general, suelen ser más lentos.

Humificación

Dentro del proceso de humificación, se puede hacer una distinción entre dos vías, que son la neoformación y la humificación por herencia: 

  • Humificación por neoformación: durante la descomposición de los residuos vegetales, la materia orgánica se degrada, transformándose en pequeñas moléculas con fracciones solubles en agua a un ritmo variables aunque relativamente rápido. De esta manera los compuestos fermentados se solubilizan y algunos de estos alcanzan la mineralización rápidamente, como las proteínas y carbohidratos. Los constituyentes de las membranas vegetales, por el contrario, se descomponen mucho más lentamente. De todos ellos, las celulosas y hemicelulosas se degradan más rápidamente que las ligninas. Esta primera etapa de descomposición tiene como resultado precursores de cadenas alifáticas y de aquellos que aportan núcleos fenólicos al proceso final de polimerización. Los precursores alifáticos, que presentan estructuras en cadena como péptidos, polisacáridos y aminoazúcares, son el resultado de la corta vida de la biomasa microbiana, cuyo alimento y aporte energético principal proviene tanto de los azúcares, como los aminoácidos resultantes del proceso de lisis de células y proteínas vegetales. Como resultado de los procesos de polimerización, debido a la acción de determinadas enzimas, los precursores fenólicos se oxidan a semiquinonas, adquiriendo una forma condensada que se asocia con cadenas alifáticas, dando lugar así los ácidos fúlvicos. Posteriormente se forman los ácidos húmicos, como consecuencia de un aumento de la condensación y volumen de los núcleos aromáticos y disminución de las cadenas alifáticas. En caso de que exista en el suelo una cantidad suficiente de hierro activo, el punto de final de los procesos de polimerización lleva a la formación de la humina. 
  • Humificación por herencia: proceso más lento que el anterior, el cual afecta fundamentalmente a las membranas insolubles de los constituyentes vegetales, como ocurre con la lignina, que sin necesidad de pasar por una fase soluble, se transforma en una humina, denominada humina heredada, cuya composición es muy semejante a la de la materia orgánica fresca del suelo. La principal diferencia radica en los enlaces con las arcillas, que tienen poca estabilidad. Este mecanismo es considerado una vía indirecta de humificación, que consiste en la pérdida de los grupos metoxilos de la lignina y adquisición de determinados grupos carboxilos, formando huminas de insolubilización sin llegar a pasar por las formas intermedias características de la humificación por neoformación, que corresponden con los ácidos húmicos y fúlvicos. La humina obtenida sufre entonces un proceso de mineralización.

Ambos procesos tienen una duración de incluso años, es decir, son lentos, debido a que son transformaciones ocurridas como consecuencia de intervenciones de tipo biológico, climático, mecánico, físico y químico, todo ello asociado con el tipo de suelo.

Seguidamente se presenta una tabla en la que se resumen los efectos de la materia orgánica en los suelos de cultivo, ya que actúa como agente cementante de las partículas de arcilla floculada y las de tamaño limo, constituyendo macroagregados y aportando así un cierto grado de estabilidad. Tiene además una capacidad de intercambio catiónico muy superior a la de la arcilla y favorece la asimilabilidad de los nutrientes, en especial de los oligoelementos, al conformar con ellos compuestos de coordinación. Cuando se produce su mineralización, los nutrientes que en ella se encuentran son liberados, quedando disponibles para las plantas y los microorganismos, sirviendo además como fuente de energía para la biomasa edáfica. La materia orgánica que se encuentra humificada, aporta H+, lo cual favorece la solubilidad y la asimilabilidad de los elementos nutritivos.

Parámetros edáficos

Efectos de la materia orgánica humificada

FÍSICOS

Aumenta y mantiene la estabilidad de la estructura

Participa en la agregación y cohesión de partículas elementales

Aumenta la permeabilidad y la capacidad de retención hídrica

Facilita el drenaje del agua y el intercambio de gases

Aumento de la capacidad calorífica

Mantiene un régimen térmico más estable

Reduce la evaporación

Reduce la erosión y el encostramiento

QUÍMICOS

Aumento del poder tampón del suelo y regula el pH

Aumenta la capacidad de intercambio catiónico

Aumenta la solubilidad/asimilabilidad de oligoelementos

Forma fosfohumatos, quelatos y complejos

Provee y mantiene las reservas orgánicas de nitrógeno y otros

Mejora la nutrición mineral de los cultivos

BIOLÓGICOS

Favorece la respiración radicular

Favorece la germinación de las semillas y la rizogénesis

Favorece la aparición de micorrizas

Regula la actividad macro y microbiana

Es fuente de energía para microorganismos heterótrofos

El CO2 desprendido favorece la solubilización mineral

Contrarresta el efecto de toxinas y biocidas

Aumenta la actividad enzimática y la biotransformación

En relación a este cuadro se establecen una serie de evidencias, en relación con los suelos agrícolas y las necesidades de materia orgánica:

  • En los suelos arcillosos es necesario mantener un nivel notable de materia orgánica, puesto que son la base para la estructuración de los coloides de arcilla. En los suelos arenosos, debe existir un buen nivel, puesto que debe sustituir los inexistentes coloides minerales, logrando así una cohesión mínima entre las partículas de tamaño intermedio. De esta manera se puede garantizar una correcta capacidad de retención de agua e intercambio catiónico.
  • Si a un suelo arcilloso y/o con carbonatos se le realizan los mismos aportes orgánicos que a otro sin esas características, este acumulará una cantidad de materia orgánica mayor a lo largo del tiempo. En definitiva, los suelos calcáreos o arcillosos deben mantener unos niveles más altos de materia orgánica, con el fin de compensar así el ritmo más lento de mineralización.
  • En suelos ácidos, por norma general, las concentraciones de materia orgánica son mayores, puesto que un pH muy ácido ralentiza la actividad microbiana, disminuyendo el ritmo de mineralización. En suelos básicos también puede darse esta situación, aunque asociada a otros factores.
  • Aunque no es algo muy común, también es necesario hablar de un nivel excesivo de materia orgánica en el suelo, que de darse en los suelos agrícolas, debido a su acumulación será un síntoma de una mala actividad de la biomasa edáfica.
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