LA RELACIÓN C/N DE LOS SUELOS Y LOS PROCESOS DE MINERALIZACIÓN Y DESMINERALIZACIÓN

INTRODUCCION.La relación Carbono/Nitrógeno es un valor numérico que determina la proporción de Carbono/Nitrógeno que podemos encontrar en un suelo. El carbono y el nitrógeno son dos elementos indispensables para el desarrollo de la vida ya que afectan directa o indirectamente a todos los procesos biológicos. El carbono fijado por la biomasa proviene del CO2 atmosférico, reducido durante el proceso de fotosíntesis por las plantas, y suele oscilar en torno a un 50-60% de la materia orgánica. Sin embargo, el porcentaje de nitrógeno es muchísimo menor que el porcentaje de carbono. Debido a este y a la competencia que ejercen los distintos seres vivos para la obtención del elemento, puede ser un factor limitante. La relación C/N se utiliza para medir la biomasa y la evolución de la materia orgánica en los estudios de fertilidad del suelo.

1. RELACIÓN C/N DEL SUELO.El contenido en humus del suelo, del mismo modo que sus propiedades, depende de la capacidad mineralizante de la biomasa edáfica y del aporte de materia orgánica que se realiza al suelo de forma natural (hojarasca) o artificial (estiércol, compost, etc.). La biomasa representa aproximadamente un 1-2% del total de la materia orgánica del suelo. La fracción de la materia orgánica correspondiente a la biomasa está constituida por microorganismos, microfauna (como gusanos, pequeños insectos, etc.). (Garcia, 2014).

Desde un punto de vista biológico, la caracterización de los suelos no sólo se basa en la naturaleza y la descripción del humus, sino también en el contenido de materia orgánica total y la relación entre el C y el N del total del suelo (relación C/N). El C fijado por la biomasa proviene del CO2 atmosférico, reducido durante el proceso de fotosíntesis por las plantas, y suele oscilar en torno a un 50 – 60% de la materia orgánica (el C orgánico representa entre el 0.6 y el 1.7% del suelo). Sin embargo, el porcentaje de N es mucho menor y más variable. Por el N entran en competencia las raíces de las plantas y los microorganismos, por lo que puede ser un factor limitante. La presencia de N en el suelo depende de varios factores, como el contenido en N de las plantas que colonizan el suelo. (Garcia, 2014).

La relación C/N del suelo varía fundamentalmente en función de la relación C/N de la materia orgánica vegetal existente. Las leguminosas, por ejemplo, poseen una relación C/N de 9 – 10, lo que es muy beneficioso para el suelo.

Desde este punto de vista, por lo tanto, se considera que un suelo es fértil cuando la relación C/N se halla en torno a 10.

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1.1 LA HUMIFICACION Y LA RELACION C/N.

Para una buena humificación de la materia orgánica, es muy importante que la riqueza en Carbono y Nitrógeno esté situada entre unos determinados valores, debido a que la microflora edáfica, que actúa en la descomposición y mineralización de la materia orgánica, requiere Carbono como fuente de energía, y Nitrógeno como intermediario en la síntesis de proteínas. Si no disponen de alguno de estos elementos, la mineralización se ralentiza y por consiguiente la producción vegetal no dispone de suficientes nutrientes para su desarrollo y a su vez, el suelo puede perder parte de su estructura. (Wikipedia,2014, 16 de julio)

Tabla 1: Relación C/N en distintos tipos de materia orgánica

TIPO DE RESIDUO RELACIÓN C/N RANGOMicroorganismos 8

BajoLeguminosas 10Algas marinas 19

Guano 20

ModeradoHojas secas 50

Avena 60Maíz 60Paja 80

AltoCáscara de cereal 80Acículas de pino 100Serrín de madera 400

Fuente (Garcia, 2014)

La relación carbono-nitrógeno determina el grado de mineralización de la materia orgánica que existe en el suelo, así como el tipo de humus que se encuentra en él. (Cartagena, 2009).

Cuanto menor sea el valor de la relación mayor será el grado de mineralización de la materia orgánica y, por tanto, la calidad edáfica será superior. (Cartagena, 2009).

Tabla 2: Relación C/N y la calidad edáfica

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C/N CALIDAD EDÁFICA

< 8 Muy Buena

8 – 12 Buena

12 – 15 Mediana

15 – 20 Deficiente

20 – 30 Mala

> 30 Muy mala Fuente (Cartagena, 2009)

1.2 VALORES.

La relación C/N del suelo varía fundamentalmente en función de la relación C/N de la materia orgánica vegetal existente. Las leguminosas, por ejemplo, poseen una relación C/N de 9-10, lo que es muy beneficioso para el suelo. De este modo podemos determinar que un suelo se considera fértil si el valor numérico de esta relación se encuentra en torno a 10. (Camacho, 1997).

Tabla 3: Valores de la relación C/N en los suelos

RELACIÓN C/N DEL SUELO

INTERPRETACIÓN

< 5

Excesiva mineralización. El contenido en material orgánica es bajo.Escasa fertilidad.Destrucción de la microflora y microfauna.

5 – 8

Tendencia hacia la mineralización de la material orgánica. La fertilidad es de baja a moderada.Puede aumentarse la tasa orgánica del suelo mediante aportaciones grandes y continuadas.

8 – 12

Equilibrio entre mineralización y humificación.La fertilidad es elevada.Para conserver esta tasa es recommendable realizar aportes periódicos.

> 12Tendencia a la humificación.Poco frecuente en suelos cultivados.

Fuente (Garcia, 2014)

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Tabla 4: Nitrógeno y la relación C/N en varias materias

Fuente (Ambientum, 2015)

Esta relación indica la fracción de carbono orgánico frente a la de nitrógeno. Prácticamente la totalidad del nitrógeno orgánico presente en un residuo orgánico es biodegradable y, por tanto disponible. Con el carbono orgánico ocurre lo contrario ya que una gran parte se engloba en compuestos no biodegradables que impiden su disponibilidad en la agricultura. (Ambientum, 2015).

El rango óptimo en los residuos orgánicos para un correcto compostaje se encuentra entre 20 y 50 a 1. Los excesos de cualquiera de los dos componentes conlleva a una

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situación de carencia. Si el residuo de partida es rico en carbono y pobre en nitrógeno, la fermentación será lenta, las temperaturas no serán altas y el carbono se perderá en forma de dióxido de carbono. Para el caso contrario, en altas concentraciones relativas de nitrógeno, éste se transformará en amoníaco, impidiendo la correcta actividad biológica. (Ambientum, 2015).

2. Mineralización.

La mineralización es la transformación de la materia orgánica del suelo a través de un proceso que conduce a la formación de sales minerales, en las que los elementos fertilizantes son asimilables para las plantas.

Esta transformación de los restos orgánicos, pasa por diferentes etapas sucesivas:

a) Una transformación química inicial que sufren los restos vegetales antes de caer al suelo.

b) La acumulación y destrucción mecánica una vez sobre el suelo, en el que se van destruyendo mecánicamente por la acción de los animales principalmente.

c) Alteración química, etapa en que se produce una intensa transformación de los materiales orgánicos y su mezcla e infiltración en el suelo, adquiriendo un color cada vez más negro y adquiriendo una constitución y composición absolutamente distintas de los originales.

Los restos transformados se van desintegrando, difuminándose en el suelo y finalmente se integran con la fracción mineral, formando parte íntima del plasma basal del suelo.

2.1 En el Nitrógeno.

El nitrógeno es uno de los elementos más abundantes en la superficie terrestre. En las plantas es el cuarto elemento más abundante después del C, H y O, siendo un macronutriente esencial que forma parte de biomoléculas como proteínas, ácidos nucleicos, porfirinas y alcaloides.

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La figura muestra los principales procesos e interacciones entre el nitrógeno de la atmosfera, el suelo y los seres vivos en lo que se conoce como ciclo biogeoquímico del nitrógeno. La litosfera dispone de la mayor reserva de N, sin embargo este nitrógeno mineral se encuentra atrapado en rocas ígneas y tiene una escasa participación en el ciclo del N. De esta forma es el N presente en la atmósfera (78%) la principal fuente de N que interviene en este ciclo.

El proceso por el cual el N atmosférico se reduce a amonio (NH3) se denomina fijación de N y puede llevarse a cabo de forma industrial, a través de la reacción de Haber-Bosch, o biológica, a través de organismos fijadores de nitrógeno. La fijación atmosférica debida a descargas eléctricas es poco relevante en cuanto al volumen de N fijado. La fijación Biológica de Nitrógeno (FBN) es el principal punto de entrada de N atmosférico en el ciclo biogeoquímico.

Una vez en la solución del suelo, el amonio puede ser transformado en NO3- por las

bacterias nitrificantes (nitrificación) o ser tomado como tal por las plantas o microorganismos convirtiéndose en N orgánico. Las plantas pueden obtener el nitrógeno en forma de nitrato (NO3

-) y amonio (NH4+). En algunos casos, las plantas pueden

obtener el N a través de la FBN formando asociaciones simbióticas con organismos fijadores de N. Esta forma de adquisición de N es especialmente importante dentro de la familia de las leguminosas. La transformación de N orgánico en NH4+ se denomina mineralización. Este NH4+ puede volver de nuevo a la atmósfera mediante procesos de desnitrificación.

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2.2 En el Carbono.En la mineralización de la materia orgánica el carbono orgánico (principal componente de los seres vivos) es oxidado hasta CO2 como resultado de la respiración de los microorganismos. Este CO2 va a la atmósfera, de donde será tomado por las plantas en la fotosíntesis cerrando el ciclo del carbono.

Ciclo del carbonoEl ciclo comprende la transferencia del bióxido de carbono y el carbono orgánico entre la atmósfera, donde está principalmente en forma de CO2, y la hidrosfera y litosfera donde está en forma de carbono orgánico e inorgánico. El proceso de fijación del carbono atmosférico se produce por microorganismos fotolitotrofos y quimiolitotrofos. El carbono fijado (reducido) vuelve a la atmósfera como resultado de la respiración.La formación de metano (CH4) por bacterias metanógenas es una desviación del ciclo llevada a cabo por arqueobacterias. El metano no es utilizable por otros organismos. La principal fuente de metano atmosférico es la biógena y, dentro de ella, la producción de este gas durante el proceso de fermentación que tiene lugar en el rumen de los herbívoros.

Relaciones tróficasEl carbono fijado por los productores primarios (producción primaria bruta) comienza a ser consumida por los propios productores primarios y mineralizado por ellos a CO2. Sólo una parte de la producción primaria (producción primaria neta) sirve de alimento para los productores secundarios y así se forman las cadenas tróficas.La mayor parte del carbono se pierde de forma en forma de CO2 por lo que conforme se asciende en la cadena trófica la cantidad de biomasa es menor. Por otra parte, el balance entre el carbono fijado por la fotosíntesis y el consumido durante la respiración da lugar a una acumulación o reducción de la biomasa total del ecosistema. Normalmente, entre el 85% y el 90% de la energía acumulada en forma de carbono orgánico en un nivel trófico es consumida por la respiración durante la transferencia al siguiente nivel. Por esto, la cantidad de biomasa en niveles tróficos superiores es cada vez menor.

Se pueden establecer cadenas tróficas de materia viva (organismos depredadores) y cadenas tróficas de materia muerta (detritus) en la que la actividad de los microorganismos conduce a la mineralización (producción de CO2) o la reinserción en el ciclo (formación de biomasa por los microorganismos consumidores de detritus) biológico del material inutilizable.

Los microorganismos son los principales responsables de la mineralización de la materia orgánica de los detritus. Los distintos productos orgánicos tienen diferentes tasas de

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mineralización por los microorganismos. Así mismo, en la velocidad de mineralización microbiana tiene una gran influencia el pH, temperatura, humedad y grado de aireación del suelo; factores que influyen también los tipos de poblaciones microbianas que van a desarrollar los respectivos procesos.

3. Conclusiones.

Relación del C/N.El rango óptimo en los residuos orgánicos para un correcto compostaje se encuentra entre 20 y 50 a 1. Los excesos de cualquiera de los dos componentes conlleva a una situación de carencia. Si el residuo de partida es rico en carbono y pobre en nitrógeno, la fermentación será lenta, las temperaturas no serán altas y el carbono se perderá en forma de dióxido de carbono. Para el caso contrario, en altas concentraciones relativas de nitrógeno, éste se transformará en amoníaco, impidiendo la correcta actividad biológica.

Si el material final obtenido, tras la fermentación, tiene un valor C/N alto, indica que no ha sufrido una descomposición completa y, si el índice es muy bajo, puede ser por una excesiva mineralización, aunque todo ello depende de las características del material de partida

Nitrógeno.En la mineralización de la materia orgánica se libera nitrógeno inorgánico. En la mineralización se produce la transformación del nitrógeno orgánico en nitrógeno mineral, fundamentalmente nitrato y amonio, los que ayudan a la descomposición de la MO que son favorables para los suelos y para preservar los nutrientes que serán asimilados por las plantas.

Carbono.El suelo es un importante compartimiento dentro del ciclo global del C. Además, el suelo puede actuar como fuente o reservorio de C hacia la atmósfera, dependiendo del uso que se le asigne. El manejo agrícola convencional de suelos, con uso intensivo del arado, promueve la liberación de C hacia la atmósfera, mientras que el uso conservacionista favorece la acumulación de C en formas orgánicas dentro del suelo. El COS favorece la agregación del suelo y consecuentemente interviene en la distribución del espacio poroso del suelo, afectando diversas propiedades físicas, como humedad aprovechable, capacidad de aire y movimiento de agua y gases en el suelo. Además el COS, formado por compuestos de diversa naturaleza química y estado de descomposición, interviene en las propiedades químicas del suelo, aumenta la CIC y la capacidad tampón

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sobre la reacción del suelo (pH). Producto de la mineralización de la MOS, se liberan diversos nutrientes para las plantas, muchos de los cuales son aportados en forma deficitaria por los minerales del suelo. El C orgánico del suelo interviene en las propiedades biológicas, básicamente actuando como fuente energética para los organismos heterótrofos del suelo. El COS, a través de los efectos en las propiedades físicas, químicas y biológicas del suelo ha resultado ser el principal determinante de su productividad.

BIBLIOGRAFIA Y WEBGRAFIA:

Ambientum. (2015). Suelos y residuos. Recuperado el 28 de Abril de 2015, de http://www.ambientum.com/enciclopedia/residuo/1.66.26.21r.html

Camacho, E. C. (1997). Manual de Edafología.

Cartagena, G. A. (2009). Calidad del suelo. Quito - Ecuador.

Garcia, L. A. (2014). Principios de Edafología. IES CENCIBEL.

Wikipedia, L. e. (2014, 16 de julio). Relación Carbono/Nitrógeno. Recuperado el 28 de Abril de 2015, de http://es.wikipedia.org/wiki/Relaci%C3%B3n_Carbono/Nitr%C3%B3geno

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