Cap Materia Organica y Ciclos 3

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Capítulo 4 y 5: La biota del suelo
y la materia orgánica
Profesora: Consuelo Romero, Ph.D.
Edafología Grupos E y F
Departamento de Suelos
Facultad de Agronomía
2020-2
Ciclo online
Degradación de la materia orgánica oxidativa
u Cuando los tejidos orgánicos son agregados a un suelo aeróbico, 
ocurren tres reacciones principales:
u 1. Los compuestos carbonados son enzimáticamente oxidados
para producir CO2, agua, energía y biomasa descompuesta;
u 2. Los elementos esenciales tales como el N, P y S son liberados o 
inmobilizados por una serie de reacciones específicas, ùnicas para 
cada elemento;
u 3. Los compuestos muy resistentes a la acción microbiana son 
formados, sea a través de la modificación de compuestos en el 
tejido original o por síntesis microbiana.
Degradación de la materia orgánica oxidativa
u Cambios que suceden cuando residuos
frescos vegetales son añadidos al suelo.
u Las proteínas tambien sucumben a la 
degradación mineral, produciendo no sólo
CO2 y agua sino tambien aminoácidos tales 
como glicina y cisteína.
u En cambio, estos compuestos N y S son 
destruídos aún más produciendo NH4+, NO3-, 
SO42-, formas disponibles para las plantas.
u Ruptura de lignina: debido a su compleja
estructura sólo el hongo Phanerochaete
chyrsosporium es capaz de romper la 
estructura porque sintetiza peroxidasas y 
ligninasas. Inicialmente el carbon liberado durante la ruptura inicial de la materia orgánica se convierte en CO2;
El carbono restante se resintetiza microbianamente (biomasa) y eventualmente en humus del suelo.
Priming effect pasa, al final el nivel del humus se estabiliza
Degradación de la materia orgánica bajo 
condiciones anaeróbicas
u Ocurre cuando la descomposición de la 
materia orgánica se da en condiciones
de bajo contenido de oxígeno en el 
suelo (ejm. Bajo condiciones de 
inundación);
u Organismos aeróbicos ya no actúan, 
más bien los anaeróbicos y 
facultativos son los que se hacen
dominante.
u Bajo contenidos bajos de O2 la 
descomposición es más lenta, el suelo
tiende a acumular más materia
orgánica en una condición parcialmente
descompuesta.
u Los productos de descomposición
anaeróbica incluyen:
u -Acidos orgánicos
u -Alcoholes
u -Gas metano
u Estos productos finales contienen
mucha energía;
u Algunos productos (metano) producen
olores fuertes que inhiben crecimiento
de las plantas;
u Este es considerado también como un 
contribuyente al efecto invernadero.
IMPORTANTE: Producción de productos
inorgánicos simples….MINERALIZACION
u Mientras las proteīnas son atacadas por microbios, largas cadenas de aa son 
rotas, aa individuales aparecen en sol. Suelo + CO2
u Grupos (-R-NH2) y (-R-S) cambian a (NH4+) y (S2-) y 
estos últimos a (NO3- y SO42-)
u El término MINERALIZACION se aplica al proceso total que libera elementos
de los compuestos orgánicos para producir formas inorgánicas (minerales).
u La mayoría de iones inorgánicos liberados por mineralización estan
disponibles de inmediato para las plantas superiores y microorganismos.
u La degradación de los tejidos orgánicos es una fuente importante de N, S, P, y 
otros elementos esenciales para las plantas.
Factores que afectan el proceso de mineralización
• Bajo contenido de lignina y tamaño de 
partícula pequeño.
• Adecuado nitrógeno disponible o 
residuo con baja relación C/N.
Velocidad de mineralización
Azúcares y aminoácidos (rápida)
Almidón
Proteínas simples (solubles)
Proteínas estructurales
Hemicelulosa
Celulosa
Grasas, ceras, etc.
Lignina. (lenta)
Factores que afectan el proceso de mineralización
• Condiciones ambientales
• pH del suelo cercano a neutro para 
permitir diversas poblaciones microbianas 
activas.
• Adecuada humedad y aireación del suelo;
• Temperatura cálida del suelo con óptimo 
de 30 a 45 °C.
Región Tasa de 
mineralización 
(%)
Costa 2 - 3
Sierra
Valles
interandinos
2 - 3
Altoandino 0.5 - 1
Selva
Alta 3 - 5
Baja > 5
Radio 
Carbono/Nitrógeno de la 
materia orgánica
u El radio C/N en resíduos de 
plantas (leguminosas y hojas 
verdes) varían entre 10:1 a 30:1
u En algunos materiales como el 
aserrin esta relacion llega a 
600/1
u El radio C/N de la m.organica 
del hz A de suelos cultivables es 
aprox. 12:1
u Generalmente, este radio se 
incrementa a medida que las 
plantas maduran (pierden 
proteínas);
Radio Carbono/Nitrógeno de la materia orgánica
u El contenido de C en la materia seca de una 
planta típica es cerca del 42%;
u El la materia orgánica del suelo el C va desde
40 a 52%;
u En contraste el contenido de N es mucho más
bajo (1-6%);
u Entonces:
u El radio C/N en resíduos orgánicos aplicados a 
los suelos es importante por 2 razones:
u 1.una intensa competencia entre m.org. 
ocurren por el N disponible cuando se aplica
un material con un radio C/N alto;
u 2.El radio C/N en resíduos ayuda a determinar
su tasa de degradación y la tasa a la cual el N 
es disponible para la planta.
EL HUMUS
u El término materia orgánica del suelo involucra todos los componentes orgánicos del 
suelo: 
u A) biomasa viviente
u 2) raices muestras y otros resíduos de plantas reconocibles;
u 3)una mezcla coloidal y amorfa de complejos organicos no identificables como
tejidos….esto es el HUMUS
Activa Residuos 
resistentes
Estable
Consecuencias de la aplicación de materiales altos 
en C/N
u En promedio los microoganismos del 
suelo deben incorporar en sus células
cerca de 8 partes de C por cada parte
de N (8:1);
u Debido a que solamente un tercio del C 
metabolizado por los microbios son 
incorporados en sus células (pérdida de 
CO2), los microbios necesitan encontrar
24 partes de C por cada parte de N 
asimilado (C/N de 24:1);
u Este requerimiento resulta en:
u 1.Si el material aplicado tiene un radio 
C/N mayor de 25 (25:1), los microbios
buscarán desesperadamente N en la 
solución suelo para obtener suficiente
N.
u De este modo, altos C/N bajará las 
concentraciones de N disponible en
solución causando problemas de 
deficiencia de N en las plantas….
u 2. La degradación de material orgánico
puede ser detenido si no hay suficiente
N que soporte al crecimiento
microbiano.
Grupo B 30 Set
Formación del humus
u Mientras la descomposición de la 
materia orgánica procede, los 
microbios rompen lentamente las 
estructuras complejas en unas más
simples;
u Ej. Lignina …… unidades fenólicas
u Usando algo del C no perdido como
CO2, más N, S y O de estos compuestos
obtenidos, los microorganismos
sintetizan nuevos componentes
celulares y biomolêculas;
u De allí, los microbios polimerizan estos
nuevos compuestos simples entre sí con 
productos complejos que no se 
descompusieron del todo…formando
cadenas complejas y largas, que 
resisten descomposición.
u Estos compuestos moleculares de 
alto peso molecular interactúan
con compuestos nitrogenados
(a.a.) dando como resultado al 
esperado HUMUS!
u Estas moleculas complejas
resistentes son llamadas sustancias
húmicas;
Las sustancias húmicas
u La ruptura y alteración de los residuos vegetales
por microorganismos y la concurrente sintesis de 
compuestos orgánicos nuevos, más estables, 
resultan en la formación de un material orgánico
colloidal de color oscuro llamado humus.
u Tiene alto grado de condensación de carbono
u Incluyen:
u Ácidos fúlvicos
u Ácidos húmicos
u Huminas.
Clasificación de los componentes
de la materia orgánica del suelo,
separables por criterios químicos
y físicos.
u Destino de 100g de residuos
orgánicos un año despues de 
haber sido incorporados al 
suelo.
u Más de 2/3 del carbon se ha 
oxidado a CO2;
u Y menos de 1/3 se queda en el 
suelo (en las células de los 
organismos del suelo, pero un 
gran componente como
humus).
Influencia de la materia
orgánica en las 
propiedades del suelo
u Alta capacidad de intercambio catiónico:
u 2-30 veces > que coloides minerales.
u > retención de nutrientes.
u > disponibilidad de nutrientes:
u Cationes fácilmente reemplazables.
u Provee N, P, S y micronutrientes en forma orgánica.
u Incrementa laeficiencia de los fertilizantes.
u Libera elementos de minerales por ácidos orgánicos.
u Estimula el desarrollo de las raíces.
Influencia de la materia
orgánica en las 
propiedades del suelo
u Efecto en el color del suelo.
u Incrementa el calor especifico.
u Disminuye el albedo.
u Influencia en las propiedades físicas:
u Incrementa la granulación y mejora la estructura del suelo.
u Disminuye la densidad aparente.
u Disminuye la plasticidad y la cohesión.
u Incrementa la retención de agua.
u Proporciona calor para la germinación y el brotamiento.
Ciclos biogeoquímicos
El ciclo del carbono
CO2
Humificación
Rizodeposición
Fotosíntesis CO2
Suelo
Planta
Min
eral
izac
ión
Entrada
Proceso
Salida
Atmósfera
~ 65 % C
Littering
Residuos
COS
CO2
~ 35 % C
Temperatura
Aireación
Humedad
Composición química
Reacción
Mapa del stock de C (t/ha) en los horizontes superficiales 
(0 - 0.3 m)
Fuente: Minasny et al. (2017) basado en Stockmann et al. (2015)
Distribución de la reserva de carbono en el suelo
Dungait et al., (2012)
560 Pg
1580 Pg
950 Pg
SOC = carbono orgánico del suelo
SIC = carbono inorgánico del suelo
Tiempo estimado de reciclaje para la materia orgánica del 
suelo en diferentes fracciones y en los agregados del suelo
Tipo de materia orgánica Tiempo estimado de reciclaje
(años)
Materia orgánica en fracciones
Hojarasca, residuo de cosecha 0.5 – 2.0
Biomasa microbiana 0.1 – 0.4
Materia macroorgánica 1 – 8 
Fracción ligera 1 – 15
Materia orgánica en agregados
Suelo no agregado 1 – 7
Macroagregados (> 250 µm diámetro) 1 – 23
Microagregados (20 – 250 µm diámetro) 3 – 80
Limo más arcilla (< 20 µm diámetro) 5 – 1000
Cambio de uso de la tierra
http://www.aidesep.org.pe/
Evolución histórica del contenido de CO2 atmosférico
De 280 a 412 µL L-1 en los últimos 150 años (Houghton et al., 2001)
Ciclo del N
u A fines del siglo XVIII: se descubre el nitrógeno (Scheele, 
Rutherford, Lavoisier)
u A mediados del siglo XIX: se descubre su esencialidad en las 
plantas (Boussingault, von Liebig)
u A fines del siglo XIX: se descubre la fijación natural de nitrógeno 
(Hellriegel, Wilfarth)
u A mediados del siglo XX: se extiende el uso de fertilizantes 
nitrogenados sintéticos
Ciclo del Nitrógeno
Destino del NH4
u 1. Inmobilización por microorganismos;
u 2. Remosión por absorción de plantas;
u 3. Iones amonio pueden ser fijaods por algunas arcillas de tipo 2:1;
u 4.Iones amonio pueden ser transformados en gas amonio y perdido a la 
atmósfera por volatilización;
u 5. Iones amonio pueden ser oxidados a nitrito y de alli a nitrato por el 
proceso microbiano llamado nitrificación.
u EL nitrógeno en forma de NO3- es 
altamete móvil en el suelo;
u Asi sea añadido por fertilizantes o 
producido en el suelo por 
nitrificación, el NO3- puede seguir 4 
rutas dentro del ciclo del N:
u 1. Inmobilización por los 
microorganismos;
u 2. Remosión por absorción de 
plantas;
u 3. Iones NO3- pueden ser perdidos
por lixiviación en agua de drenaje;
u 4. Iones NO3- se pueden perder por 
volatilización a la atmósfera como
gases nitrogenados (N2O, NO)
Fijación de NH4+ por arcillas minerales y 
volatilización de NH4+
u El NH4+ es un cation que se puede
adsorber superficialmente en el 
complejo de cambio;
u Sin embargo también puede ser 
fijado o atrapado dentro de 
‘cavidades’ encontrados en la 
estructura cristalina de algunos
tipos de arcillas (al igual que el K).
u Ejm. Vermiculitas, micas de grano
fino, algunas esmectitas.
u Se encuentran entonces en forma 
no intercambiable, y su liberación
es muy lenta.
u La volatilización del gas NH3 puede
ser producido en el Sistema suelo
planta, perdiéndose en la 
atmósfera;
u La fuente de NH4+: estiercol de 
animals, fertilizantes, 
descomposición de plantas
(leguminosas);
u Reacción:
u NH4+ + OH- H2O + NH3
u Preferiblemente en suelos alcalinos
Nitrificación
u El NH4+ del suelo puede ser oxidado enzimáticamente por ciertas bacterias
del suelo, por el grupo Nitrosomonas y por el grupo Nitrobacter
u Afecta a la nitrificación: la aeración y buen drenaje, el nivel de amonio, 
mucho NH3 puede inhibir nitrificación, humedad, temperature (20-30oC), 
adecuada cantidad de cations basicos tipo Ca y Mg, fertilizantes (algunos
nutrients estimulan la nitrificación), tipo de arcillas (alofano tiende a fijar
SOM y reduce tasa de nitrif).
Denitrificación
u El nitrógeno puede ser perdido a la atmósfera cuando los iones NO3- son convertidos
a formas gaseosas del N;
u Se da por reacciones bioquīmicas llamada denitrificación;
u Llevados a cabo por bacterias anaeróbicas como Pseudomonas, Bacillus, Micrococcus 
y Achromobacter.
u Reacciones:
u 2NO3- 2NO2- 2NO N2O N2
u Requisitos: N debe estar disponible, compuestos orgánicos disponibles como fuente
de energía, baja [O] disuelta en solución,temperature de 2 a 50oC, pH<5 inhibe
denitrificación con N2O como prod. dominante.
Ciclo del Azufre
u La importancia del azufre ha sido largamente reconocia por su necesaria
presencia en el crecimiento de las células vivas;
u Es responsible por varios tipos de contaminación de aire, agua y suelos, y 
por lo tanto es de sumo interés;
u Problemas incluyen Lluvia ácida, muerte de bosques, drenaje de minas 
ácidas, suelos ácidos con sulfatos, agua contaminada.
Formas orgánicas de S
O
NH2
SH OH
O
NH2
SH OH
O
NH2
SOH
O
NH2
S OH+
Cisteina Cisteina Cistina
O
NH2
S
CH3 OH
Metionina
CH2
OSO3
- S
HO
CH2
NH2
COOH
N
CH
R
H
H
C
H
Colina sulfato
N
H3C
H3C CH3
CH2
HO3SO
Sulfato fenolico
HO
OH
H H
-O3SO
Glucosinolatos
SO3
-R
Sulfamatos
N
H
Ciclo del Fósforo
u El fósforo es un element 
crítico en ecosistemas 
agrícolas en el mundo.
u Es un macronutriene 
componente de la célula y 
vital para la vida vegetal y 
animal.
u En el mundo agrícola, el 
manejo del fósforo está en 
Segundo lugar solamente 
despues del nitrógeno y es 
importante y esencial su 
presencia,
u Asociado con la actividad 
humana y animal (huesos y 
dientes contienen mucho P en 
su composición);
Microorganismos
solubilizadores de 
fosfatos
u Bacillus megaterium ssp phosphaticum (Phosphobacterin). 
u Algunas especies: 
u Rhodococcus, Arthrobacter, Serratia (Chen et al., 2006)
u Klebsiella oxytoca (Illmer et al., 1995)
u Erwinia herbicola (Whitelaw et al., 1999)
u Chaetomium globosum (Tarafdar y Gharu, 2006)
u Aspergillus niger (Barroso y Nahas, 2005)
u Penicillium rugulosum (Reyes et al., 1999) 
u P. radicum (Whitelaw et al., 1999)
u P. implicatum, Paecilomyces spp. (Useche et al., 2004)
u Los mecanismos incluyen:
u Liberación de protones (Illmer y Schinner, 1995)
u Secreción de ácidos orgánicos
u Metabolismo (Illmer et al., 1995).
Fin de Capítulos!