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Elementos técnicos sobre la aplicación de materiales orgánicos en el suelo

Elementos técnicos sobre la aplicación de materiales orgánicos en el suelo

Mundoagro
Elementos técnicos sobre la aplicación de materiales orgánicos en el suelo

Una de las medidas clave de adaptación frente al cambio climático es el mejoramiento integral de la calidad del suelo (ver Mundoagro 124, 2020), lo que implica mejorar sus propiedades físicas, químicas y biológicas, para aumentar la infiltración y almacenamiento de agua, además de mejorar su eficiencia de uso, lo que contribuye a la obtención de plantas más sanas, tolerantes a situaciones de estrés bióticos y abióticos.

El uso de materia orgánica es la base del mejoramiento del suelo. Sin embargo, existen aún brechas de información que permitan entender las diferencias y similitudes entre los diferentes materiales orgánicos, sus efectos y duración en el suelo.

En el presente artículo se entregan los principales elementos técnicos respecto a la aplicación de materiales orgánicos y sus efectos sobre la calidad de suelo.

MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO

La materia orgánica (MO) es el componente orgánico del suelo y puede variar entre puede variar entre <1% hasta 20% en suelos agrícolas. Normalmente se estima a través de la determinación de Carbono Orgánico del Suelo (COS), el cual se multiplica por un factor (~2) para obtener el contenido de MO. La MO está formada por cuatro pools principales: residuos vegetales frescos, organismos vivos del suelo, materia orgánica activa o en descomposición y materia orgánica estabilizada o humificada (Figura 1).

Elementos técnicos sobre la aplicación de materiales orgánicos en el suelo
Figura 1

El contenido de carbono (C) o materia orgánica (MO) del suelo es uno de los principales indicadores de salud y calidad de suelo, pues sirve como reservorio de nutrientes para los cultivos, favorece procesos físicos como la agregación y aireación del suelo, aumenta el intercambio de nutrientes, retiene la humedad, reduce la compactación, reduce la formación de costras en la superficie y aumenta la infiltración y disponibilidad de agua en el suelo, además de aportar C y energía para mantener la diversidad microbiana y su actividad.

DEGRADACIÓN DE MO

Según Chapin y colaboradores (2011), el proceso de descomposición de la materia orgánica fresca se puede explicar por múltiples curvas que describen al menos cuatro fases (Figura 2). La primera está dominada por la lixiviación de los compuestos celulares solubles. Las hojas frescas o la hojarasca, por ejemplo, pueden perder el 5% de su masa en 24 horas solo por lixiviación.

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Figura 2

La segunda fase de la descomposición ocurre más lentamente e involucra una combinación de fragmentación por fauna del suelo, alteración química por microorganismos y lixiviación de productos de des – composición de la hojarasca. Durante la segunda fase de descomposición, relativa – mente lábil, los sustratos se descomponen, dejando más materiales recalcitrantes.

La tercera etapa de des – composición involucra los mismos procesos que la segunda, pero ocurre más lentamente porque los compuestos restantes son más recalcitrantes y se descomponen más despacio.

La cuarta y última fase de descomposición ocurre muy lentamente e involucra la alteración química de la materia orgánica, que se mezcla con suelo mineral, y la lixiviación de productos de No sé si será estratos en vez de estratas. La duración de cada fase está fuertemente influenciada por el clima y las condiciones ambientales, siendo más cortas en el trópico que en el ártico, por ejemplo (Figura 2).

La degradación inicial de la materia orgánica fresca está dada por la actividad física, química y enzimática de los organismos presentes en el suelo, dando como resultado diferentes fracciones de C (glucosa, ácidos carboxílicos, aminoácidos, etc.), las cuales con el tiempo se estabilizan en compuestos aromáticos o cíclicos hasta la polimerización que dará origen a las sustancias húmicas. Este mismo proceso de degradación ocurre en el compost, donde mediante la actividad de microorganismos anaeróbicos y calor, es posible la degradación, mineralización y estabilización de la materia orgánica con formación de sustancias húmicas.

PÉRDIDAS DE MO

La MO del suelo puede perderse por varios mecanismos, siendo la erosión y la respiración de raíces y microorganismos los principales. Por ejemplo, la erosión de manto, en suelos volcánicos del sur de Chile, provoca la pérdida de hasta 2 mm de suelo por año, lo que significa, en promedio, la pérdida de 15 ton/ha de suelo, lo que se traduce entre 400 y 1000 kg de C, perdidos por este concepto cada año.

Por otro lado, solo por actividad microbiana, se pierden anualmente entre 500 y 2000 kg C/ha en forma de CO2. Esto significa que este C debe ser repuesto al suelo a través de la aplicación de distintas fuentes de materiales orgánicos.

FUENTES DE MO

Estiércoles frescos y estabilizados

 Si bien es cierto los estiércoles frescos y estabilizados aportan buenos contenidos de materia orgánica al suelo, dada su baja relación C/N, aportan además importantes cantidades de nitrógeno y fósforo, lo que los define como fertilizantes más que mejoradores de suelo. Los efectos esperados de la aplicación de estiércoles frescos y estabilizados son principalmente el aporte de nutrientes al suelo, además de un incremento de la biomasa microbiana. Los aportes de materiales más recalcitrantes son menores, en comparación a materiales de origen vegetal.

Compost

El compost es el material resultante del proceso de compostaje, es decir de la degradación aeróbica de materia orgánica fresca, por parte de microorganismos presentes en el material procesado. El mate – rial crudo inicial es degradado y con el tiempo, en condición termofílica, bajo condiciones de aireación y humedad, se lleva a cabo el proceso de mineralización y humificación del material. De esta forma, el compost maduro resulta no solo en una fuente que contiene todas las fracciones de C aprovechables, es decir C lábil soluble, ácidos carboxílicos, ácidos fúlvicos y ácidos húmicos.

Además, es un material seguro por cuanto durante el proceso se lleva a cabo la sanitización, o eliminación de patógenos huma – nos, vegetales y semillas de malezas, por las altas temperaturas que se producen. Su aplicación al suelo aporta distintas fracciones de materia orgánica incluyendo carbono lábil, que estimula la actividad microbiana, y formas más recalcitrantes de C, como sustancias húmicas y fúlvicas que aportan grupos funcionales tales como carboxílicos y fenólicos que impactan las propiedades físicas y químicas del suelo.

Ácidos carboxílicos

Son compuestos orgánicos que presentan grupos funcionales reactivos, como carboxílicos (-COOH) y fenólicos (-OH), por tanto incluyen tanto ácidos de bajo peso molecular (LMWOAs) como de cadena pesada (HMWOAs), siendo estos últimos, los ácidos húmicos y fúlvicos de los que hablare – mos posteriormente. Los ácidos cítrico, málico, succínico, malónico, oxálico, fórmico, tartárico son ácidos di/tri carboxílicos mientras que los ácidos fórmicos, acético, propiónico, butírico, valérico y láctico son mono-carboxílicos, todos de cadena corta (LMWOAs). Se originan naturalmente en el suelo ya sea por efecto de líquenes y algas, por la respiración de plantas o microorganismos o producto de la degradación de la materia orgánica. La concentración varía según el tipo de microorganismos presente, por ejemplo, hongos de micorriza y bacterias fosfato solubilizadores incrementan la concentración de ácido cítrico y oxálico en suelo y el P soluble (ecuación 1). Tienen capacidad de mantener pH ácido en rizósfera y el grupo –COOH hace que sean compuestos cargados negativamente, reactivos con iones presentes en la solución de suelo por lo que participan activamente en la adsorción de metales, sales y en la detoxificación de suelo, así como en la solubilización de P o K. Son empleados como base para fertilizantes micronizados, donde se aprovecha la capacidad del ácido como agente quelante de iones K, Ca, Mg, Fe. Ca3 (PO4)2 + C2O6H2 ➝ 2CaHPO4 + CaO4 Fosfato tricálcico + ácido oxálico ➝ fosfato dicálcico + oxalato de Ca.

Melaza

La melaza es un producto viscoso que resulta de la refinación del azúcar. Su composición varía según la materia prima, el método de extracción y la planta. La melaza es una forma de carbono muy lábil y su efecto principal en el suelo es un incremento en la actividad microbiana. Su degradación en el suelo es muy rápida y posiblemente el tiempo medio de residencia en el suelo es menor a una semana.

Vinaza

Vinaza es el principal residuo generado producto de la destilación del alcohol. Su composición química varía con la materia prima, el tipo y eficiencia de la fermentación, destilación y la madurez de la fruta empleada. Si bien su aplicación aporta materia orgánica al suelo, los aportes son modestos y la MO es lábil y por lo tanto de corta duración. Además, aporta importantes cantidades de potasio y sodio, lo que, en el largo plazo, causa desbalance de cationes y deterioro en la calidad del suelo.

Aminoácidos

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Los aminoácidos constituyen una fuente muy lábil de materia orgánica. Cuando son aplicados al suelo son rápidamente degradados, liberándose carbono soluble y amonio (NH4) que pueden ser usados por los microorganismos del suelo, y en el caso de la planta, por las raíces de la misma.

Sustancias húmicas

 Las sustancias húmicas constituyen el mayor componente orgánico del suelo. Son una mezcla de partículas de diferente estructura, masa, tamaño, composición y propiedades (ver Mundoagro 88 p. 52-55). El contenido de sustancias húmicas en la materia orgánica está determinado por el grado de humificación que depende de las propiedades químicas, físicas, biológicas y ambientales y es un pool importante para definir la calidad de la materia orgánica del suelo (SOM).

Las sustancias húmicas se pueden subdividir en tres fracciones principales: ácidos húmicos, ácidos fúlvicos y huminas. Las observaciones con microscopio electrónico revelan que los ácidos húmicos de diferentes suelos tienen una estructura polimérica, que aparece en forma de anillos, cadenas y grupos funcionales. El tamaño de sus macromoléculas varía de 60 a 500 A y se decide principalmente por el proceso de humificación que ocurre, que también ejerce una influencia en su estructura espacial.

Los ácidos húmicos (AH) comprenden una mezcla de ácidos orgánicos alifáticos y aromáticos débiles, que contienen grupos carboxílicos y fenólicos. Los AH no son solubles en agua en condiciones ácidas, pero sí lo son en agua en condiciones alcalinas y precipitan en soluciones acuosas cuando el pH disminuye por debajo de 2. Los AH tienden a ser más aro – máticos y propensos a precipitarse en condiciones ácidas comunes en los suelos, lo que los hace menos móviles.

Los ácidos fúlvicos (AF) son sustancias húmicas solubles en agua a cualquier pH. Son menos aromáticos que los ácidos húmicos. Esta parte de la MO humificada permanece en solución después de la eliminación de los ácidos húmicos por acidificación. Los AF tienen un contenido de oxígeno dos veces mayor que el de los ácidos húmicos, dando una característica más ácida que el del AH y por ende mayor capacidad de intercambio (el doble de los AH).

Las huminas son la fracción de sustancias húmicas, más recalcitrantes (lenta descomposición) pero juegan un papel importante en la calidad del suelo al mejorar la estructura, la retención de nutrientes y agua del suelo.

Los efectos de los ácidos húmicos son diversos, pero se destacan el aporte a la capacidad de intercambio catiónico (CIC) de los suelos, así como efectos sobre la actividad enzimática y metabolismo de proteínas, absorción de agua y nutrientes. Igualmente se reconoce la participación de las sustancias húmicas como bioestimulantes en plantas por su participación en los flujos hormonales y la permeabilidad de la membrana vegetal.

Tanto los AH como los AF poseen fracciones lábiles que son inmediatamente aprovechadas por los microorganismos del suelo y que tienen una duración media de alrededor de 9 y 30 días para AF y AH, respectivamente. Por otro lado, la fracción recalcitrante de los ácidos húmicos es un poco mayor que la de los ácidos fúlvicos, Y tienen una duración media en el suelo de 10 y 4 años, en cada caso.

Elementos técnicos sobre la aplicación de materiales orgánicos en el suelo
Tabla 1

Esto significa que para efectos de estimular la actividad microbiana en el suelo las sustancias húmicas deberían ser aplicadas varias veces durante la temporada. Además, dada la lenta descomposición de su fracción recalcitrante es posible construir materia orgánica con aplicaciones anuales de sustancias húmicas, contribuyendo al mejoramiento biológico, químico y físico del suelo (Tabla 1).

COMENTARIOS FINALES

El conocimiento de las características y funciones de cada tipo de material orgánico disponible per mite una mejor recomendación agronómica de acuerdo a los objetivos buscados (Tabla 2). Así, por ejemplo, si se desea secuestrar cobre que se encuentra alto en el suelo, debería utilizarse una fuente de carbono tipo ácidos húmicos. En cambio, si la función requerida fuese estimular la biomasa microbiana y movilizar nutrientes, la práctica recomendada sería la aplicación de ácidos fúlvicos o ácidos carboxílicos.

El uso de compost de buena calidad, dadas sus múltiples fracciones, permite alcanzar muchos de los objetivos perseguidos al aplicar materia orgánica del suelo.

Elementos técnicos sobre la aplicación de materiales orgánicos en el suelo

Por: Rodrigo Ortega Blu, PHD y María Mercedes Martínez PHD, Universidad Técnica Federico Santa María

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