1 y 2. concepto e import an cia del suelo
TRANSCRIPT
CONSERVACIÓN DE SUELOS Y AGUAS
UNIDAD 1
2
EL SUELOCOMO UN SISTEMA Abierto: entran y sale materia y
energía.
Estructurado: jerárquicamente organizado (partícula – perfil).
Polifásico: líquido, sólido y gaseoso.
Polidisperso: arena, limo, arcilla y materia orgánica.
Polifuncional: sostén - geomembrana.
Dinámico: tiempo y espacio
3
EL SUELO
Unidad de suelo(FAO-UNESCO)
Superficie (millones de
ha)
Proporción (%)
Leptosol lítico 29.2 14.83
Luvisol 17.3 8.78
Leptosol rendzico 13.4 6.79
Castañozem 29.0 14.75
Vertisol 9.5 4.81
Regosol 9.3 4.72
Yermosol 16.9 8.59
Andosol 7.3 3.72
Cambisol 3.9 1.95
Indeterminado 50.0 25.96
Total 195.8 100.00
Principales unidades en México
Fuente: Ortíz y Ortíz, 1984
4
Espesor del suelo
6
Funciones del suelo en el agroecosistema
IMPORTANCIA DE LA MATERIA IMPORTANCIA DE LA MATERIA ORGANICAORGANICA
DEL SUELO (MOS)DEL SUELO (MOS)
UNIDAUNIDAD 1D 1
Origen e importancia Distribución en el perfil Composición química de los restos
vegetales Evolución de los restos vegetales Papel de los microorganismos Esquema general del proceso de
humificación Estructura de las sustancias húmicas Aislamiento y fraccionamiento
Fuente de energía Suministro de nutrientes Reserva de nutrientes Cementación de partículas Alteración de las rocas Retención de humedad Disminución de la toxicidad Fijación de C en la biósfera
(Cambio Global)
•Aumento de la absorción solar•Aumento de la capacidad de intercambio catiónico•Aumento del poder amortiguador del suelo•Mejoramiento de la estructura del suelo
Indirectamente incide sobre: - Balance hídrico
- Nutrición de las plantas
- Mecanismo de erosión
Importancia de la Materia Importancia de la Materia Orgánica del SueloOrgánica del Suelo
(MOS)(MOS)
- Incremento de la capacidad de retención de agua
edáfica- Mejor aireación del suelo- Mejor friabilidad y textura del suelo- Reducción de la erosión- Mejora global del suelo
Beneficios de las Sustancias Húmicas en la Producción de Cultivos
Aproximación física
Aproximación química
Beneficios de las Sustancias Húmicas en la Producción de Cultivos
Beneficios de las Sustancias Húmicas en la Producción de Cultivos
Beneficios de las Sustancias Húmicas en la Producción de Cultivos
AtmósferaAtmósfera
PedósferaPedósferaEdafosferaEdafosfera
LitósferaLitósfera
HidrósferaHidrósferaBiósferaBiósfera
Ciclo elemental
Suelo, flora y fauna
Agua del suelo
Evaporación
Emis
ones
ga
seos
as
Inte
rcam
bio
de e
nerg
ía
Lixi
viac
ión
Form
ació
n de
l sue
lo
SUELOSUELO
LITOSFERALITOSFERA
(Material inorgánico)(Material inorgánico)
ATMOSFERAATMOSFERA
(Calor, agua)(Calor, agua)
BIOSFERABIOSFERA
(Material orgánico)(Material orgánico)
EL SUELO COMO ECOTONOEL SUELO COMO ECOTONO
VegetalesVegetales AtmósferaAtmósfera
HerbívorosHerbívoros
Residuos OrgánicosResiduos Orgánicos
MicroorganismosMicroorganismos
SueloSuelo
(Energía Solar)
RocaRoca
Carnívoros
Funcionamiento del medio natural, (ecosistema o biogeocenosis)Funcionamiento del medio natural, (ecosistema o biogeocenosis)
Transferencias : (Flujos)(Cíclos)(Interacciones)
H2O, Me
H2O, CO2
O2
N2
(Bioelementos)
(Gases)
*Energía*Materia*InformaciónEdafización
ATMOSFERAATMOSFERA
Desnitrificación
NN22O2 COCO22
Mineralización Fotosíntesis
Respiración
Combustión
Biomasa
Fijación deNitrógeno
SueloSueloActividad
microbianaDisoluciónAminoácidos
Residuosorgánicos
NH4+
NO3-
ProteínasCarbohidratos Excrementos
Transformación del C y del N en la Biosfera
M.O.edáfica
Disolución
Residuos de plantas
Plantas
Fase inorgánicasólida
Iones solublesMicrobios
Residuo microbiano
C-0-P
C-0-SPérdidas
Esquema del Ciclo de C, N, S y P en el Sistema Suelo-Planta Esquema del Ciclo de C, N, S y P en el Sistema Suelo-Planta
(Adaptado de McGill y Cole)
HumusC
N S
S
CO2
N2 yN2O
CO2
N2
suelosuelo
CO2
Relación entre el C y N de Suelos de Relación entre el C y N de Suelos de Diferentes RegionesDiferentes Regiones
Suelos y localización* C y S N y S
Coeficientes de correlación
C/N/S C/N/S
Escocia (10 suelos por grupo)
Granito
Pizarras
Areniscas rojas
Rocas ígneas básicas
Calizas
Todos los suelos
0.690
0.868
0.971
0.926
0.898
0.866
0.942
0.817
0.984
0.896
0.927
0.938
169:10:1.40148:10:1.4
130:10.1.4
140:10.1.4
113:10:1.3
140.10:1.4
14:1:0.1
*Para referencias específicas véase Freney y Stevenson.
Relación entre el C y N de Suelos de Diferentes RegionesRelación entre el C y N de Suelos de Diferentes Regiones
Suelos y localización*
Iowa (USA)
Cultivado (6)
Brasil
Agrícola (6)
C y S
0.980
0.850
N y S
0.970
0.890
C/N/S
110:10:1.3
194:10:1.6
C/N/S
11:1:0.1
19:1:0.2
*Para referencias específicas ver Freney y Stevenson.
Los resultados de Canadá, Iowa, y Brasil son recientes. Las figuras en paréntesis significan número de
muestras
Coeficiente de correlación
Composición Media de la MOS y Número de Composición Media de la MOS y Número de Microorganismos en un Suelo FértilMicroorganismos en un Suelo Fértil (3.5 % MOS)
Composición de la MOS
Número individuos
(por mg suelo)
Peso
(Mg/ha)
Porcentaje sobre MOS
(% en peso)
Substancias orgánicas no humificadas
Subtotal
0
0
0
25
100
125
20
75
95
Substancias húmicas
(Ratio MOS/biomasa entre 20 a 50)
Bacterias
Hongos
Actinomicetos
Algas
Protozoos
Subtotal
1 000 000
1 000
10 000
1 000
1 000
1 013 000
3
3
1
0.1
0.1
7.2
1.5
1.5
1.5
0.05
0.05
4.6
Composición Media de la MOS y Número de Composición Media de la MOS y Número de Microorganismos en un Suelo FértilMicroorganismos en un Suelo Fértil (3.5 % MOS)
Composición de la MOS
Número individuos
(por mg suelo)
Peso
(Mg/ha)
Porcentaje sobre MOS
(% en peso)
Nemátodos
Anélidos
Crustáceos
Insectos
Arácnidos
Subtotal
0.001
0.0000008
0.0000002
0.0000008
0.0000003
0.001
0.1
0.5
0.025
0.5
0.05
1.18
0.05
0.3
0.02
0.3
0.03
0.7
Composición Media de la MOS y Número de Composición Media de la MOS y Número de Microorganismos en un Suelo FértilMicroorganismos en un Suelo Fértil (3.5 % MOS)
Composición de la MOS
Número Individuos
(por mg suelo)
Peso
(Mg/ha)
Porcentaje sobre MOS
(% en peso)
Macrofauna
Subtotal
0.0003
0.0003
0.045
0.045
0.03
0.03
Total suma 1013000 133 100
(Ratio M.O.S./biomasa entre 20 a 50)
Composición Media de la MOS y Número de Composición Media de la MOS y Número de Microorganismos en un Suelo FértilMicroorganismos en un Suelo Fértil (3.5 % MOS)
Composición de la MOS Número individuos
(por mg)
Peso
(Mg/ha)
Porcentaje sobre MOS
(% en peso)
Número Estimado y Biomasa del SueloNúmero Estimado y Biomasa del Suelo
Animales y Microorganismos en el Horizonte Superficial
AbundanciaOrganismos
(por m 3) (por gramo) (kg/ha) (g/m2)
Biomasa
Bacterias
Actinomicetos
Algas
Protozoarios
Hongos
Microorganismos
Lombrices de tierra
Nemátodos
Otros animales edáficos
200-2000
107-108
104-106
1014-1015
1013-1014
1011-1012
1010-1011
1010-1011
<1/kg
104-105
Variable
108-109
107-108
105-106
104-105
104-105
110-1100
11-110
17-170
450-4500450-4500
1120-11200
56-560
17-170
11-110
1-11
2-17
45-450
45-450
112-1120
6-56
2-17
N. B.: Los valores de biomasa se basan en peso vivo por hectárea de capa arable (ha).
Fuente: Brady, 1990
Mesofauna
EL PROCESO DE DESCOMPOSICIONEL PROCESO DE DESCOMPOSICION
Número aproximado de organismos comunes encontrados en el sueloa
Número estimado/g suelo
Bacterias
Actinomicetos
Hongos*
Levaduras
Algas
Protozoarios
Nemátodos
3.000.000-500.000.000
1.000.000-20.000.000
5.000-900.000
1.000-100.000
1.000-500.000
1.000-500.000
50-200
Organismosb
a De Martin y Focht b El número de bacterias, actinomicetes, hongos y levaduras se basa en conteos en placa petri.Otros organismos encontrados en el suelo incluyen virus, artrópodos y gusanos de tierra.
*10 a 1000 mg/g de micelio fúngico*10 a 15000 especies/g de diversidad* < 1 % de ocupación espacial
1. Descomponen la materia orgánica (vegetal y/o animal) y otros residuos orgánicos, con liberación de nutrientes
7. Poseen acción controladora (antagónica) de organismos patógenos
6. Mejoran la nutrición radicular mediante formación de micorrizas
5. Fijan Nitrógeno atmosférico
8. Compiten con las plantas frente a bioelementos
4. Solubilizan nutrientes a partir de formas insolubles (minerales primarios, complejos orgánicos)
3. Mejoran las propiedades físicas edáficas (mucílagos)
2. Elaboran o conforman substancias húmicas
Actividades de los Micro-organismos Edáficos
Papel de los Microorganismos en la Transformación de la MOSPapel de los Microorganismos en la Transformación de la MOS
Algas: autótrofos
Hongos: heterótrofos
Bacterias: autótrofos y heterótrofos
Estos microorganismos tienen una serie de funciones:
a) Descomponen los restos vegetales y animales y originan su humificación
Glúcido no se humifican (mineralización total).
Celulosas y hemicelulosasAnaerobio
ácidos orgánicos
alcoholes
sulfídrico, metano
Aeróbico (mineralización primaria)
Polifenoles Sustancias prehúmicas
Grupos fenólicos Azotobacter
Oxidan
Sustancias quinoideas Humus
Ligninamuy lentamente
Sustancias prehúmicas
b) Forman el humus microbiano:
Microorganismos
c) Mineralizan el humus formado: Mineralización secundaria
Secreciones
Humus
Lisis
Papel de los Microorganismos en la Transformación de la MOS
Distribución Hipotética de la Materia Distribución Hipotética de la Materia Orgánica EdáficaOrgánica Edáfica
Hongos
Bacterias
Actinomicetos
Lombric
esNem
átod
osPr
otoz
oos
Otros
Estimación distributiva de principales organismos edáficos (total: 273 g/m2)
MOS30 < (M.O.T./Biomasa) < 50Restos vegetalesSustancias húmicas ~ 75 %Microflora, microfauna ~ 5 %
50 g/m2
50 g/m2
40 g/m214 g/m29 g/m2 10 g/m2
100 g/m2
~ 0.5 Mg/ha
~1/10 Mg/ha
x100 kg/ha
Anaerobios
40
20
No. microorganismos
Prof
undi
dad
(cm
) Aerobios
Suelo
Totales
0.1 1 10 102 103 104 105 106 Millones/m2
Microflora
ProtozoosCilióforos
0.1 1 10 102 103 104 105 106
Mesofauna
Macrofauna
(¿Megafauna?)
Proturos
DiplópodosGastrópodos
Otros Insectos
No
cele
ntér
eos,
ni e
quin
oder
mos
BacteriasActinomicetosHongosAlgas
RizópodosFlagelados
RotíferosNemátodosAcarosColémbolos
Pauropodos
EnquitreídosSínfilosDípterosColeópteros
Quilópodos
ArañasLombrices
Estimación de Números de Organismos Edáficos Estimación de Números de Organismos Edáficos (en millones o número por m2)
Número/m2
Hojarasca
Superficie
Profundidad
Poros
Hojarasca (troceadores, etc.)
Tragadores (e. coprógenos)
Pasajes (hormigueros, etc)
Secos (ácaros)
Húmedos (protozoos, nemátodos)
Huecos (depredadores)
Amontonadores (termitas, topos, etc)
Tubos (lombrices, arañas)
Física del Suelo
Bioquímica del Suelo
Organismos endo- o exo-pédicos
Clasificación Ecológica de Organismos Clasificación Ecológica de Organismos EdáficosEdáficos Influencia sobre
Efectos Positivos y Negativos de los Efectos Positivos y Negativos de los Animales EdáficosAnimales Edáficos
- Ausencia de mezclado y contrabalance - Ausencia de mezclado y contrabalance gravitatoriogravitatorio- Ausencia de renovación de rizosistemas- Ausencia de renovación de rizosistemas
- Disminución de la porosidad- Disminución de la porosidad- Bloqueo de nutrientes- Bloqueo de nutrientes
Si no Si no existieran:existieran:
- Acumulación de hojarasca y - Acumulación de hojarasca y cadáverescadáveres
AhuecanMezclanAmontonanExcretan
Depredan
Reciclan
Simbi
otan
Para
sita
n
Alimentan
Desomponen
Trocean
Airean
ErosionanProtege
n
Estru
ctur
an
Relle
nan
Suelo
• ¿Puede la Edafofauna servir de indicador
sensible de los suelos y los cambios del medio?
• ¿Es posible realizar clasificaciones de suelos
bióticas (Animal + Planta)?
• Al menos animales y plantas pueden servir
como indicadores bióticos de salud del suelo…
Generalidades sobre Materia Orgánica Generalidades sobre Materia Orgánica del Suelodel Suelo
• Hay que recordar que los efectos positivos directos de la materia orgánica son más evidentes de carácter físico y físico-químico, menos químicos y, aún menos, nutricionales
• Hay que distinguir la materia orgánica en el suelo (humus) de la materia orgánica sobre el suelo (hojarasca, “mulch”)
• La materia orgánica sobre el suelo (“mulching”) actúa como:
- Capa aislante (de temperatura, menos de humedad)
- Capa antierosiva (favorece la percolación, proteje del impacto)
• Según el tipo de complejo arcillo-húmico, la materia orgánica del suelo se puede fraccionar químicamente, originando compuestos denominados ácidos fúlvicos, ácidos húmicos, ácidos himatomelánicos y huminas, de acuerdo a su grado de polimeración y/o unión con la matriz edáfica.
• Existen varias propuestas de fraccionamiento químico, aunque tediosas.
- Por el tipo de unión física, la MOS puede fraccionarse en “joven”, “activa” o “lábil”, y “humificada”, “madura”, “vieja” o “pasiva”. Hay varias propuestas de separación de ese tipo, pues es rápido y económico.
• En ecosistemas naturales y/o forestales se pueden describir las formas clásicas de humus: “mor”, “moder” y “mull”.
Generalidades sobre Materia Orgánica Generalidades sobre Materia Orgánica del Suelodel Suelo
FACTORES FACTORES INFLUYENTES EN LA INFLUYENTES EN LA
M.O.S.M.O.S.
Biósfera
SUELO
Litósfera
(Material inorgánico)
(Materia orgánica)
Atmósfera
Hidrósfera
Ecotono
Factores Condicionantes de la Materia Factores Condicionantes de la Materia Orgánica EdáficaOrgánica Edáfica
Clima Material original
Suelo
Hombre(Agricultura/Ganadería)
Edafoclima
TopografíaRestos de
microorganismos
Vegetación
HUMUS
FACTORES HUMUS
(complejo acillo-húmico)
- Forma de humus
- Cantidada) Clima
b) Factores edáficos
c) Composición edáfica
d) Vegetación
e) Actividad microbiana, mesofauna,
f) Influencia antropozoógena
- Distribución en el perfil
- Composición y naturaleza de la M.O.S.
arcillas
bases
Factores Condicionantes de la Materia OrgánicaFactores Condicionantes de la Materia Orgánica
Resintesis microbiana
ResiduosMicrobianos
(origensecundarios)
Hojarasca y otros residuos de plantas (origen primario)
Sustancias húmicas (Producto final)
Resistenciaselectiva
Transformación directa
Distribución del Carbono Orgánico en el Suelo (COS)Distribución del Carbono Orgánico en el Suelo (COS)
(Mg/ha,año)Producción Taiga
Bosque templado
15 20 10Estepa Saban
a
Selva pluvial
8 80
TIPOS DE SUELO
PodsolGreizem
Suelo pardo
Chernozem
SierozemLaterítico Ferrasol
Prof
undi
dad
Prof. cm
25
50
75
100
Ecosistema yProducción
Contenido orgánico
(porcentaje)
Tipo Suelo
Perfi
l ed
áfico
Contenido
orgánico (por ha)
80 Mg/ha
250 Mg/ha400 Mg/ha240 Mg/ha 160 Mg/ha
2 4 2 4 2 4 2 4 2 4
COS (%)
MOS (Mg/ha)
De origen radicular De origen foliar
Pradera > Pasto > Estepa > Matorral < Coníferas < Bosques caducifolios
Razones C/N de Diferentes Residuos Razones C/N de Diferentes Residuos OrgánicosOrgánicos
Carbohidratos: >30; hongos: 10; proteínas: 6; plasma microbiano: 5
Mejorantes:
Trébol: 12
Aliso, acacia: 16
Estiércol: 20
Heno (alfalfa): 23
Olmo: 25
Fresno: 28
Lodos: 10
Indiferente:
Tilo: 38
Roble: 42
Abedul: 44
Haya: 45
Serbal: 54
Castaño: 40
Acidificantes:
Pino escocés: 91Pajas: 80-400
Pinos: 65
Serrín: 400
Caña maíz: 55
Mazorca: 100
Turba: 60
Características de las Substancias Húmicas de Características de las Substancias Húmicas de Varios SuelosVarios Suelos
(comparados con ácidos fúlvicos)(comparados con ácidos fúlvicos)
M.O.S. Podsoles Alfisoles Mollisoles AridisolesAcidos fúlvicos
% Extraíble E4/E6
80 % 5.0
60 % 3.5
20 % 3.8
30 % 4.2
100 % ~7.0
Chernozems > Vertisoles > Kastanozems > Rendsinas > Greizems >> Podsoles
Contenidos decrecientes en ácidos húmicos:
El contenido de MOS incrementa con:
• La precipitación (Buke et al. 1989).
• El contenido en arcilla (Nichols 1984).
• Producción y aportes orgánicos (Franzluebbers et al. 1998).
•Labranza de conservación (West y Post 2002).
• Inversamente con la temperatura media (Jenny 1980).
• Inversamente a la intensidad de pastoreo (Parton et al. 1987).
• Inversamente a intensidad y mal manejo de cultivos (Burke et al 1989).
0 10 20
Temperatura media anual (ºC)
10
5
Mat
eria
Org
ánic
a de
l sue
lo
(%
)
Contenidos de C orgánico de Horizontes Ah vs. Contenidos de C orgánico de Horizontes Ah vs. Precipitación AnualPrecipitación Anual
COS = -4.033 + 6.967 * 10-3P – 1.155 * 10-6 P2
r = 0.853 (***)
10
8
6
4
2
00 500 1000 1500 2000 2500 3000
C or
gáni
co s
uelo
(%)
Precipitación media anual (mm/año)
Influencia de la Precipitación Anual sobre el Influencia de la Precipitación Anual sobre el Contenido Orgánico de SuelosContenido Orgánico de Suelos
Bosque
250
500
750
2.5
5
Precipitación media anual (mm/año)
Mat
eria
Org
ánic
a de
l Sue
lo
(%)
Cultivo
• Intensidad y carga pastoreo (Disminución: Parton et al., 1987; Schnabel et al., 2001)
Los factores que incrementan la MOS son:
• Temperatura media anual (disminución: Jenny, 1980)
• Precipitación media anual (incremento: Buke et al., 1989)
• Contenido arcilla (Incremento: Nichols, 1984)
• Manejo de cultivos con aportes orgánicos (Incremento: Franzluebbers et al., 1998)
• Intensidad de cultivos (Disminución: Burke et al., 1989)
• Labranza reducida (Incremento: Rasmussel y Collins, 1991; West y Post, 2002)
Relación entre Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) Relación entre Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) y C .O.S.y C .O.S.
(horizontes Ah )(horizontes Ah )40
30
20
10
00 2 4 6 8 10
CIC = 3.806 + 2.427 COSr = 0.904**
C.O.S. (%)
CIC
en a
ceta
toam
ónic
o (
cmol
/kg)
Densidad Aparente Edáfica vs. C.O.S. Densidad Aparente Edáfica vs. C.O.S. (Horizontes Ah)(Horizontes Ah)
COS (%)
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.60 2 4 6 8 10
Da = 1.135 – 0.489 logCOS
r = 0.956***
Den
sida
d ap
aren
te
(M
g m
-3)