MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO y RESIDUOS VEGETALES

Transcripción

1 MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO y RESIDUOS VEGETALES

2 Definición general Comprende la totalidad de las sustancias orgánicas presentes en el suelo que proceden de restos de plantas y animales, en diferentes estados de transformación, exudadosradicales, aportesorgánicosexternosorgánicos 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 tamaño de partícula (<2mm) Rastrojo (capa O?) Suelo mineral formado por componentes minerales y MOS

3 Términos relacionados con la fracción orgánica del suelo Materia orgánica en sentido general Materiaorgánica en sentido estricto (MOS) Residuos orgánicos MOS Biomasa del suelo Edafon Humus AIRE AGUA FRACCIÓN MINERAL

4 Caracterización porcentual de los compuestos carbonados del suelo

5 Contenido y distribución de la MOS en el perfil del suelo El contenido de la MOS varia entre 0.5% a 15% dependiendo di d de los factores formadores del suelo. a. Relieve b. Clima c. Vegetación d. Material originario e. Tiempo

6 Rangos del contenido de MOS en otros suelos del país ORDEN DE SUELO Aridisol Entisol Molisol Alfisoll Vertisol RANGO DE LA MOS

7 PERFIL DE LA MOS CON LA PROFUNDIDAD MOLISOLES ESPODOSOLES ARIDISOLES OXISOLES

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

9 MEJORA EL USO DEL AGUA REGULA PROCESOS QUIMICOS INCREMENTA LA INFILTRACION INCREMENTA LA RETENCION REDUCE LA EVAPORACION FAVORECE EL DRENAJE INCREMENTA EL DESARROLLO RADICULAR INFLUYE SOBRE LAS PROPIEDADES FISICAS DEL SUELO FAVORECE: LA FORMACION DE AGREGADOS LA ESTABILIDAD DE LOS AGREGADOS LA POROSIDAD LA AIREACION REDUCE LA PLASTICIDAD Suministro de nutrientes durante su mineralización (N, S, P, micronutrientes) Estabiliza la acidez del suelo por su poder amortiguador Participa en el Completo de Cambio (CIC= /100g de MOS) Regula la disponibilidad de nutrientes, mediante la formación de complejos Participa en los procesos de adsorción (nutrientes, pesticidas) CENTRO DE LAS ACTIVIDADES BIOQUIMICAS DEL SUELO Fuente de C y nutrientes Fuente de energía (enlaces C C PARTICIPACION ACTIVA EN LOS PROCESOS EDAFOGENETICOS PEPTIZACION COAGULACION FORMACION DE QUELATOS

10 REPASO DE CONCEPTOS Y CICLOS

11 Los compuestos orgánicos son sustancias químicas que contienen carbono, formando enlaces covalentes carbono-carbono y/o carbono-hidrógeno. En muchos casos contienen oxígeno, y también nitrógeno, azufre, fósforo, boro, halógenos y otros os elementos. e e Estos compuestos os se denominan Moléculas oécu orgánicas. No son moléculas orgánicas los compuestos que contienen carburos, los 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 y han sido fabricadas por el hombre como los plásticos.

12 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 donde d el producto pasa a ser sustrato, t o bien son compuestos que pasan a integrar unidades d 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 forma inorgánica como resultado de la actividad microbiana. Los iones inorgánicos pueden ser absorbidos por las raíces. Tasa de mineralización: Seexpresa expresa por el porcentaje de carbono orgánico inicialque 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.

13 Estrategias de los organismos para obtener energía y nutrientes Una primera clasificación AUTOTROFOS HETEROTROFOS TIPO FUENTE DE ENERGIA FUENTE DE CARBONO EJEMPLO FOTOAUTOTROFOS LUZ CO 2 Plantas superiores FOTOORGANOTROFOS LUZ Sustancias Algunas algas y orgánicas bacterias QUIMIOAUTOTROFOS Sustancias minerales CO 2 Nitrificadores, Thiobacillus QUIMIOORGANOTROFOS Sustancias orgánicas Sustancias orgánicas Animales, hongos, y la mayoria de las bacterias

14 ESQUEMA GENERAL DE LOS CICLOS BIOGEOQUIMICOS PLANTA RESTOS VEGETALES Pérdidas por volatilización Entradas por meteorización SUELO Aportes de la atmósfera Pérdidas por erosión Pérdidas por lavado

15 CO 2 Respiración Combustión Plantas CO (CH 2 )n Fotosíntesis Animales y microorganismos Mineralización Meteorización Disolución CO 2 en el agua Combustibles fósiles MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO Plantas acuáticas Animales acuáticos Metanización en condiciones anaerobias CH 4 Microorganismos Precipitación en forma de CaCO 3

16 Ciclo del Nitrógeno Fuente: Sauchelli, 1964

17 Ciclo del FOSFORO en ecosistemas agrícolas Fertilizante Residuos Absorción P mineral no lábil Fijación P soluble Biomasa microbiana P orgánico no lábil Mineralización Inmovilización P inorgánico lábil o asimilable P orgánico lábil Adaptado de Chauhan et al., 1981

18 SO = 4 Reducción Asimiladora Plantas superirores, bacterias, etc. Reducción NO Asimiladora desulfovibrio Oxidación quimiosintética Oxidación respiratoria Otros compuestos azufrados S = Cisteína Metionina Cistina Tiamina Biotina Acido Lipoico Coenzima Q

19 Componentes de la MOS Materia orgánica No Humificada Biomasa Vegetal (raíces, tallos, hojas, frutos) y animal senescente (cuerpos y excretas) Biomasa Microbiana (estructuras y productos del metabolismo) Humus Sustancias no Húmicas Materiales orgánicos sencillos: azúcares y aminoácidos Materiales orgánicos de elevado peso molecular: Polisacáridos y aminoácidos Sustancias Húmicas en sentido estricto

20 Composición bioquímica Sustancias no Húmicas Materiales orgánicos cuyas características químicas todavía son identificables Sustancias Húmicas Las sustancias húmicas se caracterizan por no tener propiedades físicas y químicas específicas que los caracterice Algunas estructuras químicas Lignina Celulosa y Hemicelulosa Glúcidos Proteínas Péptidos Aminoácidos Grasas Ceras Ácidos orgánicos de bajo PM La mayoría de estos compuestos son fácilmente biodegradables y tienen corta vida en el suelo. Características generales Color oscuro Carga negativa Carácter ácido Predominantemente aromáticos Hidrofílicos (tambien hay ypartes hidrofobicas) Elevado PM Relativamente oxidados. Resultan de procesos de descomposición, ió degradación y síntesis, denominado humificación.

21 Estructura de la celulosa S.Hang

22 Estructura de la lignina Unidad estructural básica FENIL

23 Estructura hipotética de un Acido Húmico museum.soils.wisc.edu/som/index.html p// / /

24 Composición elemental de la MOS Composición elemental porcentaje Carbono C 50 Oxigeno O 40 Nitrógeno N 5 Hidrogeno H 5 Sustancias que la forman: Sustancias Húmicas Sustancias no Húmicas Estructura elemental de las sustancias húmicas Composición elemental porcentaje Carbono C Oxigeno O Nitrógeno N 3 6 Hidrogeno H 2 12

25 Organismos Ambiente Calidad del residuo CO 2 Residuos orgánicos que ingresan Materia orgánica del suelo Procesos de Incorporación Sustancias húmicas - Descomposición de los tejidos orgánicos por acción mecánica de la fauna y microorganismos. - Biodegradación y cometabolismo. - Reorganización ió de productos de la degradación d con biosíntesis i de nuevos componentes orgánicos.

26 Transformaciones de los residuos vegetales Los restos orgánicos (vegetales y animales) al llegar al suelo son descompuestos por losorganismosdel organismos suelo Se estima que entre un 60 70% se transforma (descomposición y mineralización) ió en un lapso de meses a 2 años Simultáneamente, una parte se reorganiza formando compuestos p g p más estables que siguen siendo sustancias orgánicas pero su tasa de mineralización es mucho mas lenta, entre 1.5 a 2% anual.

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

28 Fracciones orgánicas de distinta estabilidad biológica Residuos d carbonados de bajo peso molecular l que se mineralizan en CO2, nitratos, fosfatos, sulfatos, otros. Lignina 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.

29 Síntesis de las sustancias húmicas

30 Mecanismos que participan en la formación de las macromoléculas de las sustancias húmicas Polimerización Es un proceso bioquímico por el cual los reactivos, monómeros, se agrupan químicamente dando lugar a un polímero lineal o una macromolécula tridimensional. Por adición La molécula entera del monómero pasa a formar parte del polímero. No genera subproductos fenol Por condensación Parte de la molécula del monómero se pierde cuando el monómero pasa a formar parte del polímero. Generalmente pierde agua, pero pueden ser otros compuestos o átomos. Hay procesos de oxidación (fenoles a quinonas) Produce subproductos quinona

31 Núcleos o monómeros de las sustancias húmicas

32 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, 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

33 Proceso de descomposición y mineralización de los residuos vegetales

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

36 Capacidad buffer de ph del suelo

37 Cargas variables o dependientes d del dlph

38 Complejación Anión complejante orgánico ó Ligando + Ión metálico Complejo órgano mineral QUELATO: 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 R Me n+ Con ácido oxálico y cobre O O C Cu C O O

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

40 Participación porcentual de cada grupo en la Acidez Total 39 % 61 % 71 % 51 % 43 % 58 % 18 % 18 % 47 % 53 % 9 % 50 %

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42 Acción cementante: agregados de materia orgánica y partículas minerales. Estructura del suelo Disminuye el riesgo de erosión Mayor movimiento de agua en profundidad, pero también mayor retención Menor compactación: mayor aireación y penetración de raíces

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44 Efecto de la MOS sobre la estabilidad de los agregados Actividad microbiana Precursores de sustancias húmicas Sustancias húmicas

45 SINTESIS

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47 Distribución de los componentes humificados no humificados de la MOS 80-90% % Materia orgánica humificada Pool lpasivo Pool Intermedio Materia Orgánica No humificada Pool Activo

48 Humus Componente relativamente estable del suelo Humificación directa compuestos orgánicos sencillos a SH Humificación lenta, de biomasa microbiana a SH Factores internos Composición del material Factores externos Tipo, cantidad y actividad de microorganismos Textura ph Humedad relativa Régimen de temperatura Régimen de humedad Alternancia desecación /humectación Manejo del suelo Tasa de mineralización 2 a 5 % % Humus joven años Humus más evolucionado (cientos a miles de años) Algunos factores determinantes Edad d del suelo Ubicación del horizonte en el perfil Condiciones del medio etc.

49 RESIDUOS VEGETALES: COMO LOS PRINCIPALES PRECURSORES DE LA MATERIA ORGANICA 75% agua Composición 25% Materia seca 10% minerales 15% compuestos orgánicos Composición Elemental l 90 % H>C>O N, S, P, K, Ca, Mg, y microelementos Todos estos elementos se agrupan para formar: 1 Hidratos de Carbono (30 a 80%) 2 Lignina (10 30%). 3 Proteínas (1 15%). 4 Ceras, grasas, resinas y otros (1 8%).

50 ESQUEMA SIMPLIFICADO DE LA TRANSFORMACIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA DEL SUELO

51 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% Suelos de secano semiárido 1-2% Suelos bajoriego 2-4% Suelos de zona templada húmeda 6-8% Residuos Vegetales %

52 Actividades

53 Explicar las siguientes figuras y sus relaciones

54 Casos A) Determinar las tn de MOS y de C de un suelo 1 En los primeros 20 cm. 2 Contenidos en una profundidad de 100 cm Dt Datos: DA g /cm3 % de C de la MOS 58 % B) 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 %.

55 Realizar la comparación entre la composición de la MOS y residuos vegetales de distintos orígenes Organismos Leguminosas herbáceas Raíces Hojas %Peso Ceras, Grasas, Resinas Proteínas Celulosa Hemicelulosa, carbohidratos Lignina y derivados C/N Gramíneas Perennes Raíces Árboles caducifolios Hojas Maderas Coníferas Hojas Maderas Bacterias Mucosidad Musgos no - Algas MOS

56 Proponer valores de tasas en los sucesivos procesos