El papel de la materia orgánica

Cuando decidimos cultivar nuestras hortalizas con el método ecológico, el primer valor que debemos tener en cuenta es la cantidad de materia orgánica del suelo. Según mi experiencia he visto que los suelos cultivados de forma convencional tienen un contenido de materia orgánica que oscila entre el 0,7 y el 1,2%; como referencia, conviene saber que en un bosque virgen se llega fácilmente al 10%. Cuando manejamos un suelo con el método ecológico, el valor en el que deberíamos situarnos ronda el 3% (obviamente, mejor si es mayor). Todas las labores que hacemos pueden aumentar o disminuir este porcentaje. Con una serie de labores equivocadas en momentos inadecuados, como por ejemplo una labor de arado a 40 cm en julio, podemos perder fácilmente incluso un 0,3% en un año, mientras que aumentarlo es mucho más difícil y requiere tiempo, salvo en momentos concretos mediante el estercolado. Cada vez que, como agrónomo, me han llamado para resolver situaciones difíciles causadas por estrés de distinto tipo, caídas drásticas de producción, carencias o ataques de diversa naturaleza a las plantas, he visto que la materia orgánica tenía un valor muy bajo. Las plantas se parecen un poco a las personas. Ya no es tabú afirmar que una alimentación sana, variada, con productos ecológicos y principalmente vegetariana contribuye a la salud en general. Las buenas prácticas para aumentar la materia orgánica son un tema importante que me impulsó a crear este sitio y se tratan en muchos capítulos.

Ampliación tomada del sitio ENVIRONNEMENT de Luisella Celi

En el suelo, la materia orgánica puede considerarse una mezcla de compuestos derivados de plantas y microorganismos en distintas fases de degradación, desde los residuos biológicos frescos hasta compuestos ya casi transformados en humus, es decir, en material orgánico capaz de mejorar la fertilidad del suelo. Contribuyen a ella los residuos vegetales y animales, los restos de las fases avanzadas de descomposición de los componentes de las células de los tejidos vegetales y animales, las sustancias segregadas en la superficie de las hojas y lavadas por la lluvia, las secreciones de las raíces, las raíces muertas, la fracción de biomasa microbiana y de fauna del suelo muerta y las excreciones de la fauna del suelo.

En la materia orgánica del suelo podemos encontrar:

• sustancias simples como aminoácidos, azúcares y ácidos orgánicos mono y dicarboxílicos;
• compuestos de alto peso molecular como polisacáridos, proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y ligninas;
• sustancias húmicas.

El primer grupo está formado por compuestos de bajo peso molecular y muy solubles en la solución del suelo, disponibles de inmediato como fuente de energía y por tanto fácilmente degradables por la flora microbiana, por lo que permanecen poco tiempo en el suelo. El segundo grupo está formado por compuestos de mayor peso molecular, poco o nada solubles en agua. Los polisacáridos, las proteínas y los ácidos nucleicos pueden ser hidrolizados por los microorganismos a compuestos simples y usados como fuente de energía, mientras que las ceras, las grasas, las resinas y las ligninas son difíciles de atacar por los microorganismos y por eso persisten mucho tiempo en el suelo. Las sustancias húmicas pueden constituir entre el 33% y el 65% de la materia orgánica del suelo y son el producto de los procesos de humificación de los productos de la descomposición y la transformación química y biológica de moléculas procedentes de los restos y las emisiones de organismos vegetales y animales. Cuando hacemos un compostaje de calidad, por ejemplo con el vermicompost, aumentamos el porcentaje de sustancias húmicas. Las sustancias húmicas son una mezcla heterogénea de compuestos amorfos, de color entre amarillo y pardo, sin ninguna característica química y física atribuible a un compuesto concreto, y presentan una gran resistencia a la degradación química y biológica.

Biosíntesis de la materia orgánica del suelo

La evolución de la materia orgánica del suelo depende del conjunto de procesos a los que se someten los residuos biológicos, como la mineralización, la humificación y la interacción con la fracción mineral, que controlan la orientación y la velocidad de transformación. La mineralización de la materia orgánica, favorecida en ambientes bien aireados y con intensa actividad biológica, lleva a la descomposición del material orgánico y se produce en presencia de microorganismos heterótrofos que necesitan energía y fuentes de nitrógeno para sus funciones y la síntesis de sus compuestos. La materia orgánica se degrada a dióxido de carbono y agua, y el nitrógeno se reutiliza en procesos que llevan a una reducción global de la relación carbono/nitrógeno. La humificación comprende una serie compleja de reacciones que llevan a la formación de macromoléculas con una estructura cada vez más alejada de la original a medida que avanza la humificación. Se forman así los ácidos fúlvicos, los ácidos húmicos y la humina. La velocidad de degradación no depende solo de la resistencia intrínseca de las moléculas según su estructura química, sino también de su interacción con la fracción mineral. La interacción de la materia orgánica con la fracción mineral se produce mediante enlaces iónicos o por intercambio de ligandos entre la fracción mineral y los compuestos orgánicos. Se forman complejos muy estables que en general aumentan la agregación y la estabilidad del suelo y ralentizan la degradación microbiana de la materia orgánica, ya que la interacción con las arcillas o el atrapamiento en los microporos de los agregados pueden ejercer una protección física contra el ataque microbiano. En otros casos, en cambio, la fracción mineral puede acelerar ciertas reacciones bioquímicas. Las transformaciones de la materia orgánica del suelo se producen gracias a un conjunto de reacciones químicas y biológicas en las que la fauna del suelo tiene un papel fundamental. Al principio, los animales (macro y mesofauna) reducen el tamaño de los restos vegetales. Las enzimas producidas por los microorganismos son importantes en esta primera fase de descomposición, en la que se pierden rápidamente los compuestos fácilmente degradables como azúcares simples, aminoácidos, muchas proteínas y algunos polisacáridos. En una fase posterior se atacan los compuestos más resistentes, como la celulosa y la lignina. La acumulación o la disminución de la materia orgánica del suelo depende también de la cantidad y calidad de los residuos biológicos que llegan al suelo y del tipo de microflora presente. La velocidad de descomposición de la materia orgánica depende además de otros factores, como las condiciones climáticas, las propiedades del suelo, las necesidades de nutrientes de la planta y el uso del suelo. Las condiciones climáticas influyen mucho en la renovación de la materia orgánica, porque la disponibilidad de agua y la temperatura del suelo regulan las reacciones de oxidación e influyen de forma distinta en el crecimiento vegetal y en la actividad microbiana. Por ejemplo, el crecimiento de las plantas se detiene por debajo de una tensión del agua en el suelo de -1,5 MPa, mientras que la respiración microbiana continúa hasta -9 MPa, lo que en suelos áridos favorece la descomposición frente a la acumulación, mientras que en suelos húmedos es la escasa oxigenación la que frena la descomposición, más que la producción de biomasa vegetal. También la temperatura tiene valores óptimos distintos para la producción vegetal (25-30 °C) y para la respiración del suelo (35-40 °C). Los climas fríos, como los de montaña, llevan por tanto a la acumulación, porque predomina la producción vegetal sobre la microbiana, mientras que los climas cálidos (> 30 °C) dan contenidos bajos de materia orgánica en el suelo (MOS). Otro aspecto que hay que considerar respecto a la temperatura es que los aportes de material orgánico al suelo dependen de la temperatura del aire, mientras que la tasa de descomposición la controla la temperatura del suelo. En climas fríos, como en las altas latitudes o en altura, la temperatura del suelo se mantiene baja todo el año, mientras que la del aire sube lo suficiente en verano como para permitir cierta producción de biomasa vegetal. Por eso estos suelos contienen grandes cantidades de carbono. También las propiedades del suelo pueden influir en la velocidad de descomposición de la materia orgánica. La textura es importante, porque en suelos con mucha arcilla se forman complejos órgano-minerales que protegen la materia orgánica de la degradación, mientras que en suelos arenosos la degradación es más rápida. Hay que tener en cuenta que también la disponibilidad de los nutrientes N (nitrógeno), S (azufre) y P (fósforo) ejerce un control importante sobre la descomposición de la materia orgánica. De hecho, estos elementos están contenidos en gran parte en la MOS, pero las plantas solo pueden asimilarlos en forma inorgánica. Por eso su liberación mediante la mineralización de la materia orgánica regula su absorción por las raíces y la producción de biomasa vegetal. Así, la cantidad de carbono de un ecosistema está condicionada por la disponibilidad de otros nutrientes esenciales. Otro parámetro muy importante es la acidez del suelo, que no solo influye en las reacciones químicas sino que orienta la actividad biológica, ya que el pH óptimo para las poblaciones bacterianas ronda 6-7, mientras que en suelos ácidos y subácidos la actividad biológica la llevan a cabo sobre todo los hongos. El uso del suelo influye en pocos años en las dos principales reservas terrestres de C: la materia orgánica del suelo y la biomasa vegetal. Cuando un suelo en condiciones naturales se altera por actividades agrícolas o recreativas, normalmente se reduce la llegada de material orgánico al suelo y disminuye el contenido de C orgánico. La producción primaria neta aumenta, sobre todo con la fertilización, pero gran parte de la biomasa se retira con la cosecha. Además, las altas producciones típicas de la agricultura intensiva se obtienen haciendo que las plantas desarrollen más la parte aérea que las raíces, lo que reduce la cantidad de material orgánico que queda en el suelo. Por otra parte, las labores destruyen los macroagregados, mezclan los horizontes superficiales simplificando mucho la estratificación, reducen la densidad aparente y alteran la temperatura del suelo. La fragmentación de los agregados órgano-minerales provoca pérdidas de humus por la erosión del viento y por la lixiviación de las lluvias. Además, la aireación que sufren los suelos tras el arado, la exposición de partículas de materia orgánica antes protegidas por la fracción mineral y el riego sistemático estimulan intensamente la actividad degradadora de la biomasa microbiana del suelo, con una reducción drástica de los niveles de materia orgánica. Todos estos factores influyen en la velocidad de descomposición de la materia orgánica y determinan cuánto material orgánico llega al suelo, cuánto se convierte en CO2, cuánto se incorpora a la biomasa del suelo y cuánto se transforma en sustancias húmicas. Mantener un nivel de equilibrio de la materia orgánica requiere que la cantidad de C que llega al suelo sea aproximadamente igual a la emisión de CO2 a la atmósfera. En un ecosistema sometido a la acción humana, el equilibrio entre el C que entra en el sistema y el C perdido por la mineralización se desplaza mucho hacia este último.

Influencia de la materia orgánica en las propiedades físico-químicas del suelo.

¿Qué importancia tiene la materia orgánica para la vida del suelo y de las plantas? La materia orgánica tiene un efecto directo sobre el crecimiento de las plantas por su influencia en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo. Al favorecer la estructuración, facilita los cultivos y permite la circulación de gases y soluciones dentro del perfil del suelo. Tiene una gran superficie específica, interactúa con los metales y con los minerales arcillosos, actúa como intercambiador iónico y es una reserva de nitrógeno. La materia orgánica contiene además el 20-80% del fósforo del suelo y, en suelos no calizos, más del 90% del azufre total. Es la fuente de energía de las bacterias fijadoras de nitrógeno, favorece el desarrollo de las raíces (y por tanto las posibilidades de nutrición de la planta), la fotosíntesis y la germinación de las semillas. Estimula procesos fisiológicos y bioquímicos del metabolismo celular y actúa como filtro, reduciendo los efectos tóxicos de metales pesados y pesticidas. Viendo en detalle cada función, la materia orgánica puede dar lugar a agregados de tamaño variable según la textura del suelo, es decir, según la proporción de arena, limo y arcilla. Estas partículas pueden disponerse y organizarse en el espacio gracias a iones o cementos orgánicos e inorgánicos y formar lo que se llama la estructura del suelo, que determina la forma y el tamaño de los espacios vacíos (o poros). La presencia de materia orgánica garantiza una buena porosidad, que aumenta la aireación y el drenaje del suelo. Esto favorece el desarrollo de las raíces, la actividad de la biomasa y los ciclos de los nutrientes de los que depende la fertilidad del suelo. Conservar una buena estructura tiene además implicaciones ambientales relacionadas con la erosión. La disgregación de los agregados y la escorrentía tras lluvias violentas provocan la pérdida de las capas superficiales más ricas en nutrientes, empobreciendo el suelo y causando eutrofización y aterramiento de canales y ríos. La pérdida de materia orgánica tiende a agravar el fenómeno, aumentando progresivamente la predisposición del suelo a la erosión. La materia orgánica influye en la capacidad de retención de agua no solo porque aumenta la porosidad y mejora la estructura, sino también porque es capaz de retener grandes cantidades de H2O como agua de hidratación. El agua retenida por la materia orgánica influye mucho en el régimen de temperatura del suelo por su capacidad térmica: el suelo se enfría y se calienta mucho más despacio cuando su contenido de agua es alto. Un factor muy importante en la temperatura del suelo es también su color. Incluso contenidos bajos de materia orgánica pueden cambiar mucho el color del suelo, porque la materia orgánica puede estar finamente dividida y recubrir las partículas de arcilla. La materia orgánica influye además mucho en el pH del suelo, ya que lo acidifica al estimular el crecimiento de la biomasa microbiana, que produce dióxido de carbono. Además, las raíces de muchas plantas liberan ácidos orgánicos como el oxálico, el cítrico o el propiónico, y numerosos microorganismos son capaces de sintetizar ácidos orgánicos de bajo peso molecular para aumentar la solubilidad de los silicatos y hacer asimilables los nutrientes que contienen. Esto, además de acidificar el suelo, acelera su formación, como se ve a menudo bajo las coníferas. La materia orgánica, al favorecer una buena estructura y por tanto una porosidad adecuada, optimiza los intercambios de gases con la atmósfera y favorece el drenaje