MATERIA  ORGÁNICA DEL SUELO y RESIDUOS VEGETALES 

Definición generalComprende la totalidad de las sustancias orgánicas presentes en el suelo que proceden de restos de plantas y animales, en diferentes estados de transformación exudados radicales aportes orgánicos externos estiércoltransformación, exudados radicales, aportes orgánicos externos –estiércol, compost‐ y productos xenobioticos, organismos edáficos –biomasa del suelo‐ y los productos resultantes de su senescencia y metabolismo.

Nosotros adoptamos como limite el ptamaño de partícula (<2mm) 

Rastrojo (capa O?)

Suelo mineral formado por componentes minerales y MOS

Términos relacionados con la fracción orgánica del suelo 

•Materia orgánica en sentido general

•Materia orgánica en sentido estricto (MOS)•Materia orgánica  en sentido estricto (MOS)

•Residuos orgánicos

•Biomasa del suelo

MOS 

•Humus

Biomasa  del suelo

•EdafonAIRE

FRACCIÓN MINERAL

AGUA

Caracterización porcentual de los compuestos carbonados del suelo

Contenido y distribución de la MOS en el perfil del suelo

l id d l OS i 0 % % d di d dEl contenido de la MOS varia entre 0.5% a 15% dependiendo de los factores formadores del suelo.

a. Relieveb. Climac Vegetaciónc. Vegetaciónd. Material originarioe. Tiempo 

Rangos del contenido de MOS en otros suelos del país

ORDEN DE SUELO RANGO DE LA MOS

Aridisol 0.9‐1.2

Entisol 0.8‐4.8

Molisol 1.0 ‐4.0

Alfi l 0 7 3 0Alfisol 0.7 ‐3.0

Vertisol  6.0 ‐10.7 

PERFIL DE LA MOS CON LA PROFUNDIDAD

MOLISOLESESPODOSOLES ARIDISOLES OXISOLES

Distribución de la MOS en la provincia de Córdoba (información obtenida a partir de las Cartas de Suelo)

REGULA PROCESOS QUIMICOS

MEJORA EL USO DEL  AGUA

•Suministro de nutrientes durante su mineralización (N, S, P, micronutrientes)

•INCREMENTA LA INFILTRACION•INCREMENTA LA RETENCION•REDUCE LA EVAPORACION •Estabiliza la acidez del suelo por su poder amortiguador

•Participa en el Completo de Cambio (CIC= 100‐400/100g de MOS)•Regula la disponibilidad de nutrientes, mediante la formación de complejos

REDUCE LA EVAPORACION•FAVORECE EL DRENAJE •INCREMENTA EL DESARROLLO RADICULAR

INFLUYE SOBRE LAS 

PROPIEDADES

formación de complejos•Participa en los procesos de adsorción (nutrientes, pesticidas)

PROPIEDADES FISICAS DEL 

SUELO

PARTICIPACION ACTIVA EN LOS PROCESOS  

EDAFOGENETICOS

CENTRO DE LAS ACTIVIDADES EDAFOGENETICOSACTIVIDADES BIOQUIMICAS DEL SUELO

FAVORECE:• LA FORMACION DE AGREGADOS•LA ESTABILIDAD DE LOS AGREGADOS•LA POROSIDAD  •PEPTIZACION

•COAGULACION•LA AIREACION•REDUCE LA PLASTICIDAD

•COAGULACION•FORMACION DE QUELATOS

•Fuente de C y nutrientes•Fuente de energía (enlaces C‐C

REPASO DE CONCEPTOS Y CICLOS

•Los compuestos orgánicos son sustancias químicas que contienen carbono,

formando enlaces covalentes carbono-carbono y/o carbono-hidrógeno.formando enlaces covalentes carbono carbono y/o carbono hidrógeno.

•En muchos casos contienen oxígeno, y también nitrógeno, azufre, fósforo, boro,

halógenos y otros elementos. Estos compuestos se denominan Moléculasóge os y o os e e e os. s os co pues os se de o o écu s

orgánicas.

•No son moléculas orgánicas los compuestos que contienen carburos, losg p q ,

carbonatos y los óxidos de carbono.

•Las moléculas orgánicas pueden ser de dos tipos:

Moléculas orgánicas naturales: Son las sintetizadas por los seres vivos, y se llaman

biomoléculas, las cuales son estudiadas por la bioquímica.

Moléculas orgánicas artificiales: Son sustancias que no existen en la naturaleza yMoléculas orgánicas artificiales: Son sustancias que no existen en la naturaleza y

han sido fabricadas por el hombre como los plásticos.

☼Inmovilización : Incorporación de iones inorgánicos por los organismos vivos, pasando a formar parte de compuestos orgánicos. La inmovilización microbiana hace referencia al procesos de incorporación de elementos y iones por parte de los microorganismos, y que en cierta etapa de un cultivo, y bajo ciertas practicas de manejo, implica competencia por uno o varios nutrientes, entre la población microbiana y las plantas.

☼ Degradación: transformación de un compuesto a formas intermedias, a veces conocido como metabolitos. Las partes mas simples de una molécula son atacadas, posiblemente mineralizadas, y el resto del compuesto puede ser atacada por otro grupo microbiano en un ataque secuencial d d l d t t t bi t i t id ddonde el producto pasa a ser sustrato, o bien son compuestos que pasan a integrar unidades menos atacables o mas recalcitrantes, que pueden ser materia prima de la MOS.

☼Mineralización: transformación de un compuesto o elemento desde la forma orgánica a la p gforma inorgánica como resultado de la actividad microbiana. Los iones inorgánicos pueden ser absorbidos por las raíces.

☼ Tasa de mineralización: Se expresa por el porcentaje de carbono orgánico inicial que se☼ Tasa de mineralización: Se expresa por el porcentaje de carbono orgánico inicial que se mineraliza en un período de tiempo.

☼ Humificación: Es un proceso que ocurre en el suelo, implica cambios en la complejidad química de los compuestos orgánicos. Ocurren  reacciones químicas (oxidación, condensación y polimerización), procesos biológicos y síntesis microbiana, catalizado química o biológicamente.

Estrategias de los organismos para obtener energía y nutrientes

AUTOTROFOSAUTOTROFOS

HETEROTROFOSUna primera clasificación

TIPO FUENTE DE ENERGIA

FUENTE DE CARBONO

EJEMPLOENERGIA CARBONO

FOTOAUTOTROFOS LUZ CO2 Plantas superiores

FOTOORGANOTROFOS LUZ Sustancias Algunas algas yFOTOORGANOTROFOS LUZ Sustancias orgánicas

Algunas algas y bacterias

QUIMIOAUTOTROFOS Sustancias minerales

CO2 Nitrificadores, Thiobacillusminerales Thiobacillus

QUIMIOORGANOTROFOS Sustancias orgánicas

Sustancias orgánicas

Animales, hongos, y la mayoria de las 

bacteriasbacterias

ESQUEMA GENERAL DE LOS CICLOS BIOGEOQUIMICOS

PLANTA

RESTOS VEGETALES

Pérdidas por volatilización

Aportes de la atmósfera

Pérdidas por erosiónEntradas por 

SUELOmeteorización SUELO

Pérdidas por lavado

CO2

RespiraciónDisolución

FotosíntesisMeteorización

CombustiónMineralización

Animales y microorganismos

Plantas(CH )n

Disolución

CO (CH2)n CO2  en  el agua

Plantas  acuáticas

CO

ÁÁAnimalesacuáticos

acuáticasCombustibles 

fósilesMATERIA ORGÁNICA MATERIA ORGÁNICA 

DEL DEL SUELOSUELO

Precipitaciónf d

Metanización en condiciones anaerobias

MicroorganismosMicroorganismosen forma de

CaCO3CH4

Ciclo del Nitrógeno

Fuente: Sauchelli, 1964

Ciclo del FOSFORO en ecosistemas agrícolasCiclo del FOSFORO en ecosistemas agrícolas

Fertilizante

Residuos

P mineral  P orgánicoP l blFijación

Absorción

no lábilP orgánico no lábil

P soluble Biomasa microbiana

MineralizaciónInmovilización

P inorgánico lábil o asimilable

P orgánico lábil

Adaptado de Chauhan et al., 1981

Reducción AsimiladoraReducción AsimiladoraPlantas superirores, bacterias, etc.

S=Reducción NO AsimiladoraReducción NO Asimiladora

desulfovibrio

SOSO == S

Oxidación quimiosintéticaOxidación quimiosintéticaCisteína

SOSO44==

Oxidación quimiosintética Oxidación quimiosintética 

Oxidación respiratoriaOxidación respiratoria Metionina

Cistina Tiamina BiotinaOtros compuestos azufradosAcido Lipoico Coenzima Q

Componentes de la MOS

Materia orgánica No Humificada

Bi V l i lBiomasa Vegetal (raíces, tallos, hojas, frutos) y  animal senescente (cuerpos y excretas)

Biomasa Microbiana (estructuras y productos del metabolismo)

HHumusSustancias no Húmicas• Materiales orgánicos sencillos: azúcares y aminoácidosg y• Materiales orgánicos de elevado peso molecular: 

Polisacáridos  y aminoácidos

Sustancias Húmicas en sentido estricto

S i ú i

Composición bioquímica

Sustancias no HúmicasMateriales orgánicos cuyas características químicas todavía son identificables

Sustancias HúmicasLas sustancias húmicas se caracterizan por no tener propiedades físicas y químicas químicas todavía son identificables específicas que los caracterice

• Lignina•Celulosa y Hemicelulosa•Glúcidos

Características generales

• Color oscuroC i

Algunas estructuras químicas

•Glúcidos• Proteínas• Péptidos• Aminoácidos

• Carga negativa• Carácter ácido• Predominantemente aromáticos • Hidrofílicos (tambien hay partes

L í d t t

• Grasas• Ceras• Ácidos orgánicos de bajo PM

( y phidrofobicas)• Elevado PM• Relativamente oxidados. R lt d d d i ióLa mayoría de estos compuestos son

fácilmente biodegradables y tienen cortavida en el suelo.

Resultan de procesos de descomposición, degradación y síntesis, denominado humificación.

Estructura de la celulosa

S.Hang

Estructura de la ligninaUnidad estructural

FENIL

Unidad estructural básica

Estructura hipotética de un Acido Húmico

http://virtual‐museum.soils.wisc.edu/som/index.htmlp // / /

Composición elemental de la MOS

Composición elemental porcentajep p j

Carbono C 50

Oxigeno O 40

Nit ó N 5Nitrógeno N 5

Hidrogeno H 5

Sustancias Húmicas 60‐90

Sustancias no Húmicas 10 40

Sustancias que la forman:

Sustancias no Húmicas 10‐40

Estructura elemental de las sustancias húmicas

Composición elemental porcentaje

Carbono C 45‐65

Oxigeno O 27‐50

Nitrógeno N 3‐6

Hidrogeno H 2‐12

COOrganismosAmbiente

id

CO2

Materia

Calidad del residuo

Residuos orgánicos que 

ingresan

Materia orgánica del suelo

Sustancias húmicas

Procesos de Incorporación- Descomposición de los tejidos orgánicos por acción mecánica de la faunaDescomposición de los tejidos orgánicos por acción mecánica de la fauna y microorganismos.- Biodegradación y cometabolismo.

R i ió d d t d l d d ió bi í t i d- Reorganización de productos de la degradación con biosíntesis de nuevos componentes orgánicos.

Transformaciones de los residuos vegetalesTransformaciones de los residuos vegetales 

Los restos orgánicos (vegetales y animales) al llegar al suelo son descompuestos por los organismos del suelodescompuestos por los organismos del suelo

Se estima que entre un 60‐70% se transforma (descomposición y i li ió ) l d ñmineralización) en un lapso de meses a 2 años

Simultáneamente, una parte se reorganiza formando compuestos p g pmás estables que siguen siendo sustancias orgánicas pero su tasa de mineralización es mucho mas lenta, entre 1.5 a 2% anual.

Relación C/N :un índice de la degradabilidad de los compuestos orgánicos

~---

Fracciones orgánicas de distinta estabilidad biológica

d b d d b l l lResiduos carbonados de bajo peso molecular que se mineralizan en CO2, nitratos, fosfatos, sulfatos, otros.

Lignina y otros productos resistentesLignina y otros productos resistentes.

Biomasa del suelo (células y productos de síntesis microbiana).

Compuestos orgánicos adsorbidos a los coloides del suelo.

Sustancias “precursoras” del humus.p

Síntesis de las sustancias húmicas

Mecanismos que participan en la formación de las macromoléculas de las sustancias húmicasmacromoléculas de las sustancias húmicas

PolimerizaciónEs un proceso bioquímico por el cual los reactivos, monómeros, se agrupan químicamente dando lugar a un polímero 

lineal o una macromolécula tridimensional .

Por adiciónLa molécula entera

del monómero pasa a 

Por condensaciónParte de la molécula del monómero se pierde cuando el monómero pasa a 

formar parte del polímeroformar parte del polímero.No genera 

subproductos

formar parte del polímero. Generalmente pierde agua, pero pueden ser otros compuestos o 

átomos. Hay procesos de oxidación (fenoles a quinonas) Produce 

subproductosfenol

quinona

Núcleos o “monómeros”  de las sustancias húmicas

Humificación biológica y no biológica

Humificación biológica da lugar a sustancias húmicas de relación C/N 10/1 ‐12/1 de color oscuro muy polimerizadas ricas en bases baja solubilidad no12/1, de color oscuro, muy polimerizadas, ricas en bases, baja solubilidad, no muy acidas, alto peso molecular. Participan organismos y enzimas.

Humificación no biológica  da lugar a sustancias húmicas muy acidas baja saturación con bases, bajo contenido de N por eso las relación C/N es de 15‐30, peso molecular bajo lo que aumenta su solubilidad, mas lenta que la H. biológica.

Factores que influyen en la humificación•Aireación•Humedad•Temperatura•Acidez 

Proceso de descomposición y mineralización de los residuos vegetales

ALGUNAS FUNCIONES DE LA MATERIA ORGANICA(también ver importancia de la MOS)

Capacidad buffer de pH del sueloCapacidad buffer de pH del suelo

bl d d d lCargas variables o dependientes del pH

Complejación

Anión complejante orgánico   ó Ligando

Ión metálico+ Complejo órgano‐mineral

QUELATO: cuando dos ó más grupos funcionales orgánicos de un mismo ligandoQUELATO: cuando dos ó más grupos funcionales  orgánicos de un mismo ligando coordinan el ión metálico de un complejo, y se forma una estructura en anillo.

La estructura general

Con ácido oxálico y cobre

R Me n+

La estructura generalO

O

O

O

C

CCu

OO

Complejos órgano‐minerales: permiten la movilidad de Fe, Al Zn Mn Cu NiAl, Zn, Mn, Cu, Ni

39 % 61 % 71 % 51 %Participación

43 % 58 % 18 % 18 %Participación 

porcentual de cada grupo en la Acidez 

Total47 % 53 % 9 % 50 %

• Acción cementante: ”agregados” de materia orgánica• Acción cementante:  agregados  de materia orgánica y partículas minerales. Estructura del suelo

Disminuye el riesgo de erosióny g

Mayor movimiento de agua en profundidad, pero también mayor retencióntambién mayor retención 

Menor compactación: mayor aireación y ó d ípenetración de raíces

Efecto de la MOS sobre la estabilidad de los agregados Actividad microbiana

Precursores de sustancias húmicas

Sustancias húmicas

SINTESIS

Distribución de los componentes humificados‐no humificados de la MOS

80-90% 10-20 %

Materia Materia orgánica humificada Orgánica

Nohumificada

P l P i

Pool Activo

Pool Intermedio

Pool Pasivo

Humus Componente relativamente estable del suelo

Humificación directa compuestos orgánicos sencillos a SH

Humificación lenta, de biomasa microbiana a SH

Factores internosComposición del material

Factores externosTipo, cantidad y actividad de microorganismosTextura pHpHHumedad relativaRégimen de temperaturaRégimen de humedadAlternancia desecación /humectación M j d l l

Humus joven25-35 años

Tasa de mineralización

Manejo del suelo

2 a 5 %

Algunos factores determinantes Ed d d l l

Humus más evolucionado(cientos a miles de años)

Tasa de mineralización0.7-3 %

Edad del sueloUbicación del horizonte en el perfil

Condiciones del medioetc.

RESIDUOS VEGETALES:COMO LOS PRINCIPALES PRECURSORES DE LA MATERIA ORGANICA

75% agua

ComposiciónComposición

25%Materia seca10% minerales

25% Materia seca 15% compuestos orgánicos

ó l ló l lN, S, P, K, Ca, Mg, y microelementos

Composición Elemental Composición Elemental  90 %  H>C>O

1‐Hidratos de Carbono (30 a 80%)2‐ Lignina (10‐30%)

Todos estos elementos se agrupan para formar:

2‐ Lignina (10‐30%).3‐ Proteínas (1‐15%).4‐ Ceras, grasas, resinas y otros (1‐8%).

ESQUEMA SIMPLIFICADO DE LA TRANSFORMACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO

Cantidad de MOS = Biomasa total recibida ‐ Biomasa mineralizada (rápida + lenta)

Contenido de MO oxidable característicos para horizontes de superficie de algunos ecosistemas 

Suelos de pradera 5-8%

p p g

Suelos de secano semiárido 1-2%

Suelos bajo riego 2-4%j g

Suelos de zona templada húmeda 6-8%

Residuos Vegetales 60‐80 %

Actividades 

Explicar las siguientes figuras y sus relaciones

CasosCasos

A) Determinar las tn de MOS y de C de un suelo) y1‐ En los primeros 20 cm.2‐ Contenidos en una profundidad de 100 cm

D t DA 1 2 / 3Datos: DA. 1.2 g /cm3% de C de la MOS 58 %

B) E ti l did l d C l i 20 d l bl t i iB) Estimar la perdida anual de C para los primeros 20 cm del problema anterior, si la tasa de mineralización de la MOS para la zona es de 2%.

C) Determinar los kg /ha de rastrojo que debieran aportarse por año para reponer la pérdida de C estimado en B (estimar una tasa de humificación de un rastrojo de maíz del 18 %.

Realizar la comparación entre la composición de la MOS y residuos vegetales de distintos orígenes

%Peso

O i

Ceras,Grasas,R i

Proteínas Celulosa Hemicelulosa,carbohidratos

Lignina y derivados C/N

Organismos Resinas carbohidratos derivados

Leguminosas herbáceas•Raíces•Hojas

10-12 10-1512-20

20-2515

25-3010-12

10-155

-12-16

•Hojas

Gramíneas Perennes•Raíces 5-12 5-10 25-30 25-30 15-20 15-20

Árboles caducifolios•Hojas•Maderas

3-5-

4-100.5-1

15-2540-50

10-2020-30

1020-25

40-50-

Coníferas•Hojas 20-25 5-7 20 15-20 15 60-70•Maderas - 0.1-1 45-50 15-25 25-30 -

Bacterias - 40-70 - Mucosidad - 8-12

Musgos - 5-10 15-25 30-60 no -

lAlgas - 10-15 5-10 50-60 - -

MOS 0.8-7.7 30-35 3-5 5-12 30-50 8-15

Proponer valores de tasas en los sucesivos procesos