Soraya P. Alvarado Ochoa Octubre 31, 2008

XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo
Soraya P. Alvarado Ochoa
Octubre 31, 2008
Quito, 29-31 de Octubre del 2008
XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo
Tópicos:
™Conceptos generales
¾ Ciclo global del carbono
¾ Ciclo del carbono terrestre
¾ Componentes de la materia orgánica
™Descomposición de compuestos
orgánicos en el suelo
™Mecanismos de estabilización de
la materia orgánica
g
en el suelo
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XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo
Ciclo Global del Carbono
Quito, 29-31 de Octubre del 2008
(Brady y Weil, 2002)
XI Congreso Ecuatoriano de la Ciencia del Suelo
Transformaciones del Carbono Terrestre
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Composición del Suelo
Aire
20-30%
Sólido
Mineral
45%
Sólido
Orgánico
5%
Agua
g
20-30%
Rangos de Materia Orgánica en Suelos
• Horizontes superficiales de suelos minerales: 0.5-5%
• Mollisoles: 5%
• Andisoles: 6-35%
• Histosoles: 100%
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Funciones de la Materia Orgánica
g
9 Capacidad de intercambio catiónico
9 Capacidad de retención de agua
9 Reservorio de nutrientes para las plantas
9 Fuente de energía y constituyentes para
microorganismos
9 Estimulante directo del desarrollo de
plantas
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Componentes de la Materia Orgánica
Materia Orgánica
Organismos vivientes:
Biomasa
Tejidos muertos
identificables
Sustancias
S
t
i
húmicas
Orgánica
soluble
Extracción con
base (NaOH)
Sustancias orgánicas que no
son tejidos: Humus
Sustancias
S
t
i nohúmicas
Orgánica
Insoluble
Tratado con ácido (pH 1)
Huminas
Precipitado
Ácidos
Húmicos
Soluble
Ácidos
Fúlvicos
(Stevenson, 1994)
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Sustancias Húmicas
¾ Representan 60-80% de la materia orgánica
¾ Moléculas de estructura y composición
variable
¾ Producto de procesos de condensación de
productos simples y complejos de
descomposición microbiana de residuos
orgánicos
¾ Resistentes al ataque microbiano
¾ Tiempo de vida media entre 10-50 años
(ácido fúlvico) y varios siglos (ácido
húmico)
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Formación de Sustancias
Hú i
Húmicas
Residuos de Plantas
Transformación a través de microorganismos
Azúcares
Polifenoles
Quinonas
Qu
o as
Compuestos
Aminados
Ligninas
modificadas
Productos de
descomposición
de la lignina
Quinonas
Qu
o as
Sustancias Húmicas
(Stevenson, 1982)
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Concepto de ácidos húmicos: una
estructura química propuesta
(Azúcar)
Hhhhmmmmmmmmmmm
mmmmmmmmmmmmmm
mmmmmm
(Péptido)
Mmmm
mmm
(Stevenson, 1982)
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Concepto de ácidos húmicos: una
configuración propuesta para un
polímero de peso molecular 150000
(Oades, 1989)
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Sustancias Húmicas
Huminas
Ac.Húmico
Ac. Fúlvico
H
Peso Molecular
Capacidad de Intercambio Catiónico y Acidez (cmol/kg)
Contenido de Carbono (g/kg)
Contenido de Oxígeno (g/kg)
Contenido de Nitrógeno (g/kg)
Contenido de Hidrógeno (g/kg)
(Oades, 1989)
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Sustancias No-Húmicas
¾ Representan 20-30% del humus
¾ Bio-moléculas específicas
¾ Producidas por plantas y microorganismos
¾ Menos complejas y resistentes al ataque
microbiano comparadas con las
sustancias húmicas
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Sustancias No-Húmicas
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Descomposición de Compuestos
O á i
Orgánicos
en ell Suelo
S l
CO2
(60-80 g)
Residuos orgánicos (100 g)
Biomasa
No-Húmicas
Húmicas
(3-8 g)
(3-8 g)
(10-30 g)
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Descomposición de Compuestos
O á i
Orgánicos
en ell Suelo
S l
Condiciones Aeróbicas
¾ Oxidación de compuestos orgánicos
R (C 4H) + 2O2
R-(C,4H)
CO2 + 2H2O + Energía
E
í (478 kJ/mol)
kJ/ l)
¾ Liberación o inmovilización de nutrientes
¾ Formación de compuestos resistentes al ataque microbiano
Condiciones Anaeróbicas
¾ Proceso de descomposición lenta
¾ Se producen compuestos orgánicos parcialmente oxidados
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Factores que Controlan la Tasa de
D
Descomposición
i ió y Mineralización
Mi
li
ió
• pH
H
• Humedad
• Aereación
• Temperatura
• Calidad de los residuos
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Factores que Controlan la Tasa de
D
Descomposición
i ió y Mineralización
Mi
li
ió
C lid d d
Calidad
de llos residuos
id
¾ Condición física
Tamaño de partícula
p
Ubicación: sobre la superficie o
incorporado al suelo
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Factores que Controlan la Tasa de
D
Descomposición
i ió y Mineralización
Mi
li
ió
C lid d d
Calidad
de llos residuos
id
¾Relación carbono/nitrógeno
C/N en residuos de plantas: 10:1 a 600:1
C/N en microorganismos: 5:1 a 10:1
Requerimiento de microorganismos: 1 g
de N por cada 24 g C
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Factores que Controlan la Tasa de
D
Descomposición
i ió y Mineralización
Mi
li
ió
Calidad de los residuos
Implicaciones:
™ Residuos con altas relaciones C/N
agotarán el N disponible.
™ La
L d
descomposición
i ió se retardará
t d á sii
no existe suficiente N disponible.
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Factores que Controlan la Tasa de
D
Descomposición
i ió y Mineralización
Mi
li
ió
Calidad de los residuos
¾ Contenido de lignina y polifenoles
Formación de complejos
p j altamente
resistentes al ataque microbiano
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Mecanismos de Estabilización de la
M t i Orgánica
Materia
O á i
Estabilización Química
Unión química o bioquímica entre la materia
orgánica y la fracción mineral
Puente de Agua
H
M+n O
O-H
H…..O
O=C-R
CR
Enlace Covalente
≡ Si-OH + (RCO)2O → ≡ Si-OCOR + RCO2H
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Mecanismos de Estabilización de la
M t i Orgánica
Materia
O á i
Protección Física
Los agregados se constituyen en barreras
físicas entre microorganismos y enzimas y
los sustratos respectivos.
Estabilización Bioquímica
Debido
D
bid a lla propia
i composición
i ió química
í i ya
través de reacciones químicas de
complejación
l j ió
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Modelo Conceptual de la Dinámica de la
Materia Orgánica en Suelos con Fracciones
Medibles
Carbono no-protegido
C no-protegido
Calidad de residuos
Desintegración de agregados
C asociado con microagregados
Adsorción/desorción
Carbono
físicamente
protegido
C asociado con limo y arcilla
Condensación/complejación
C no-hidrolizable
Carbono
bioquímicamente
protegido
(Six et al., 2002)
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Evaluación de la Dinámica de la
M t i Orgánica
Materia
O á i
9 Falta de métodos físico o químicos para
aislar fracciones sugeridas por estudios de
descomposición.
9 Existen modelos de simulación para
cuantificar el impacto de los diferentes factores
que controlan la dinámica de la materia
orgánica.
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