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Humus

El humus tiene un color negro o marrón oscuro característico y es una acumulación de carbono orgánico . Además de los tres horizontes principales del suelo : (A) superficie, (B)...

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El humus tiene un color negro o marrón oscuro característico y es una acumulación de carbono orgánico . Además de los tres horizontes principales del suelo : (A) superficie, (B) subsuelo y (C) sustrato, la mayoría de los suelos tienen un horizonte orgánico (O) en la superficie misma. La roca madre dura (R) no es, en sentido estricto, suelo.

La capa húmica u horizonte "O" es la materia orgánica que se encuentra sobre la capa superficial del suelo y debajo de la hojarasca , la cual está finamente dividida y tiene una gran superficie. Esta capa consta de una gran proporción de humus, la forma estable de la materia orgánica del suelo. El humus se deriva de la descomposición de sustancias vegetales y animales y se puede encontrar en muchas capas del suelo, pero generalmente en las capas superiores. [ 1 ] [ 2 ] El humus, cuyo color varía del marrón al negro, está compuesto principalmente de carbono y contiene altas cantidades de nitrógeno , y menores cantidades de fósforo y azufre . [ 3 ] [ 4 ] El humus retiene la humedad en la capa superficial del suelo , en particular en suelos con una textura gruesa (por ejemplo, arena ). [ 5 ] Humus es la palabra latina para "suelo" o "tierra". [ 6 ]

Los organismos que se alimentan de la capa de hojarasca desempeñan un papel fundamental en la formación del humus, proceso conocido como humificación. Las lombrices de tierra contribuyen significativamente a este proceso, junto con muchos otros invertebrados , procesos microbianos y hongos . [ 7 ] [ 8 ]

Solo la materia orgánica descompuesta en el suelo se considera humus, mientras que la porción que aún se encuentra en proceso de descomposición se denomina detrito . Dado que las respectivas etapas de transformación son graduales, no es posible una distinción precisa. Ni el humus ni el detrito son materia muerta; ambos están fuertemente impregnados por microorganismos como bacterias y hongos del suelo. [ 9 ]

En agricultura , "humus" a veces también se usa para describir compost maduro o natural extraído de un bosque u otra fuente espontánea para usarlo como acondicionador de suelo . [ 10 ] También se usa para describir un horizonte de suelo superficial que contiene materia orgánica ( tipo de humus , [ 11 ] forma de humus , [ 12 ] o perfil de humus [ 13 ] ). El humus tiene muchos nutrientes que mejoran la salud del suelo , siendo el nitrógeno y el fósforo los más importantes. [ 14 ] La relación carbono a nitrógeno ( C:N ) del humus comúnmente varía entre 8:1 y 15:1 con una mediana de alrededor de 12:1. [ 15 ] También mejora significativamente (es decir, disminuye) la densidad aparente del suelo. [ 16 ] El humus es amorfo y carece de la estructura celular característica de los organismos . [ 17 ] El residuo sólido del tratamiento biológico de aguas residuales también se llama humus. [ 18 ] Cuando no se encuentra contaminado por patógenos , metales pesados ​​tóxicos o contaminantes orgánicos persistentes según los niveles de tolerancia estándar, a veces se composta y se utiliza como enmienda del suelo . [ 19 ]

Descripción

Los materiales primarios involucrados en el proceso de humificación son los detritos vegetales , los animales muertos y los microbios (necromasa), las excretas de todos los organismos del suelo y también el carbono negro resultante de incendios pasados. [ 20 ] La composición del humus varía según la de los materiales primarios (vegetales) y los productos secundarios microbianos y animales. La tasa de descomposición de los diferentes compuestos afectará la composición del humus. [ 21 ]

Tipos

El suelo mor humus se produce cuando la descomposición es lenta, con una gruesa capa de hojarasca y detritos sobre la capa de humus que presenta poca o ninguna mezcla con el suelo mineral subyacente, dejando un límite claramente visible. El mor humus se encuentra con mayor frecuencia en suelos ácidos y bien drenados, generalmente bajo bosques de coníferas y brezales. Muchos organismos macroscópicos, como Lumbricus Terrestris, no pueden sobrevivir en condiciones tan ácidas; la falta de actividad de estos organismos significa que el límite entre el suelo mineral y el humus permanece inalterado. [ 8 ]

En suelos de baja acidez, como los suelos calcáreos , la actividad de estas lombrices establece una mezcla de humus y el suelo mineral subyacente conocida como humus de Mull . El humus de Mull se encuentra comúnmente en bosques caducifolios y pastizales de tierras bajas, donde la descomposición de la capa de hojarasca en humus es bastante rápida, dejando una capa de detritos mínima o inexistente. [ 8 ]

El moder es una forma de transición del humus entre el mull y el mor. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]

Horizontes

El humus tiene un color negro o marrón oscuro característico y es orgánico debido a la acumulación de carbono orgánico. Los edafólogos utilizan las letras mayúsculas O, A, B, C y E para identificar los horizontes principales del suelo , y letras minúsculas para distinguirlos. La mayoría de los suelos tienen tres horizontes principales: el horizonte superficial (A), el subsuelo (B) y el sustrato (C). La mayoría de los suelos tienen un horizonte orgánico (O) en la superficie, pero este horizonte también puede estar enterrado. [ 25 ] El horizonte principal (E) se utiliza para los horizontes subsuperficiales que han perdido minerales de forma significativa ( eluviación ). La roca madre , que no es suelo, utiliza la letra R. La riqueza de los horizontes del suelo en humus determina su color más o menos oscuro, que generalmente disminuye de O a E, con la excepción de los horizontes profundos de los suelos podzólicos enriquecidos con sustancias húmicas coloidales que se han lixiviado hacia abajo en el perfil del suelo. [ 26 ]

Composición

Es difícil definir el humus con precisión porque es una sustancia muy compleja que aún no se comprende del todo. Según la concepción clásica de Selman Waksman , recogida durante mucho tiempo en la mayoría de los libros de texto de ciencia del suelo, el humus es diferente de la materia orgánica del suelo en descomposición . Esta última tiene un aspecto áspero y presenta restos visibles de la materia vegetal, animal o microbiana original, mientras que el humus completamente humificado, por el contrario, es amorfo y tiene un aspecto uniformemente oscuro, esponjoso y gelatinoso. [ 27 ] Sin embargo, al examinarlo bajo un microscopio óptico , el humus puede revelar pequeños restos de plantas, animales y microorganismos que han sido degradados mecánicamente, pero no químicamente. [ 28 ] Esto sugiere un límite ambiguo entre el humus y la materia orgánica del suelo, lo que lleva a algunos autores a cuestionar el uso del término humus y términos derivados como sustancias húmicas o humificación , proponiendo el Modelo de Continuo del Suelo (MCS). [ 29 ] Sin embargo, el humus puede considerarse que posee propiedades distintivas, principalmente vinculadas a su riqueza en grupos funcionales , lo que justifica su mantenimiento como término específico. [ 30 ]

El humus completamente formado es esencialmente una colección de moléculas muy grandes y complejas formadas en parte por lignina y otras moléculas polifenólicas del material vegetal original (follaje, madera, corteza), y en parte por moléculas similares producidas por microorganismos . [ 31 ] Durante los procesos de descomposición , estos polifenoles se modifican químicamente de manera que pueden unirse entre sí para formar moléculas muy grandes. Algunas partes de estas moléculas se modifican de tal forma que las moléculas de proteínas , los aminoácidos y los aminoazúcares pueden unirse a la molécula base del polifenol. Como las proteínas contienen nitrógeno y azufre , esta unión confiere al humus un contenido moderado de estos dos importantes nutrientes para las plantas . [ 32 ]

Las técnicas de datación por radiocarbono y otras han demostrado que la base polifenólica del humus (principalmente lignina y carbono negro ) puede ser muy antigua, pero las uniones de proteínas y carbohidratos son mucho más recientes. A la luz de los conceptos y métodos modernos, la situación parece mucho más compleja e impredecible de lo que se pensaba. [ 33 ] Parece que los microbios son capaces de extraer proteínas de las moléculas de humus con mayor facilidad que de romper la propia molécula de la base polifenólica. A medida que se elimina una proteína, esta puede ser reemplazada por una proteína más joven, o bien, esta proteína más joven puede unirse a otra parte de la molécula de humus. [ 34 ]

Existe poca información disponible sobre la composición del humus debido a que es una mezcla compleja cuyo análisis resulta difícil para los investigadores. En las décadas de 1940 y 1960, los investigadores intentaron utilizar la separación química para analizar compuestos vegetales y húmicos en suelos forestales y agrícolas, pero esto resultó imposible debido a que los extractantes interactuaban con la materia orgánica analizada y generaban numerosos artefactos. [ 35 ] En los últimos años se han realizado más investigaciones, aunque sigue siendo un campo de estudio activo. [ 36 ]

Humificación

Los microorganismos descomponen una gran parte de la materia orgánica del suelo en minerales inorgánicos que las raíces de las plantas pueden absorber como nutrientes . Este proceso se denomina mineralización . En este proceso, el nitrógeno ( ciclo del nitrógeno ) y los demás nutrientes ( ciclo de nutrientes ) presentes en la materia orgánica descompuesta se reciclan. Dependiendo de las condiciones en las que se produce la descomposición , una fracción de la materia orgánica no se mineraliza y, en cambio, se transforma mediante un proceso llamado humificación . Antes de los métodos analíticos modernos, las primeras evidencias llevaron a los científicos a creer que la humificación resultaba en concatenaciones de polímeros orgánicos resistentes a la acción de los microorganismos, [ 37 ] sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que los microorganismos son capaces de digerir sustancias húmicas en reacciones redox . [ 38 ] [ 39 ]

La humificación puede ocurrir de forma natural en el suelo o artificialmente en la producción de compost . La materia orgánica se humifica mediante una combinación de hongos saprófitos , bacterias, microbios y animales como lombrices de tierra, nematodos , protozoos y artrópodos (véase Biología del suelo y Animales del suelo ). Los restos vegetales, incluidos los que los animales digirieron y excretaron, contienen compuestos orgánicos: azúcares , almidones , proteínas , carbohidratos , ligninas , ceras , resinas y ácidos orgánicos . La descomposición en el suelo comienza con la descomposición de azúcares y almidones de los carbohidratos, que se descomponen fácilmente cuando los detritívoros invaden inicialmente los órganos vegetales muertos, mientras que la celulosa y la lignina restantes se descomponen más lentamente. Las proteínas simples, los ácidos orgánicos, los almidones y los azúcares se descomponen rápidamente, mientras que las proteínas crudas, las grasas, las ceras y las resinas permanecen relativamente inalteradas durante períodos de tiempo más prolongados. [ 40 ]

La lignina, que se transforma rápidamente por los hongos de pudrición blanca , [ 41 ] es uno de los precursores primarios del humus, [ 42 ] junto con subproductos de la actividad microbiana [ 43 ] y animal . [ 44 ] El humus producido por humificación es, por lo tanto, una mezcla de compuestos y sustancias químicas biológicas complejas de origen vegetal, animal y microbiano que tiene muchas funciones y beneficios en el suelo. [ 31 ] Algunos consideran que el humus de lombriz ( vermicompost ) es el abono orgánico óptimo . [ 45 ]

Estabilidad

Gran parte del humus en la mayoría de los suelos ha persistido durante más de 100 años, en lugar de haberse descompuesto en CO₂ , y puede considerarse estable; esta materia orgánica ha sido protegida de la descomposición por la acción microbiana o enzimática porque está oculta (ocluida) dentro de pequeños agregados de partículas de suelo, o fuertemente adsorbida o complejada a arcillas . [ 46 ] La mayor parte del humus que no está protegido de esta manera se descompone en 10 años y puede considerarse menos estable o más lábil . [ 47 ] La actividad de mezcla de los invertebrados que consumen suelo (por ejemplo, lombrices de tierra , termitas , algunos milpiés ) contribuye a la estabilidad del humus al favorecer la formación de complejos mineral-orgánicos con minerales arcillosos en el interior de sus intestinos , [ 48 ] [ 49 ] por lo tanto, un mayor secuestro de carbono en formas de humus como mull y amphi , con horizontes mineral-orgánicos bien desarrollados , en comparación con moder y mor donde la mayor parte de la materia orgánica se acumula en la superficie del suelo. [ 50 ]

El humus estable aporta pocos nutrientes disponibles para las plantas en el suelo, pero ayuda a mantener su estructura física. [ 51 ] Una forma muy estable de humus se forma a partir de la oxidación lenta del carbono del suelo tras la incorporación de carbón vegetal finamente pulverizado a la capa superficial del suelo , lo que se sugiere que resulta de la actividad de molienda y mezcla de una lombriz de tierra tropical. [ 52 ] Se especula que este proceso fue importante en la formación de la inusualmente fértil terra preta do Indio amazónica , también llamada Tierras Oscuras Amazónicas . [ 53 ] Sin embargo, algunos autores [ 29 ] sugieren que las moléculas orgánicas complejas del suelo pueden ser mucho menos estables de lo que se pensaba: "la evidencia disponible no respalda la formación de 'sustancias húmicas' persistentes y de gran tamaño molecular en los suelos. En cambio, la materia orgánica del suelo es un continuo de compuestos orgánicos que se descomponen progresivamente".

Beneficios en la agricultura

Algunos consideran que la importancia del humus químicamente estable radica en la fertilidad que proporciona a los suelos tanto a nivel físico como químico, [ 54 ] aunque algunos expertos agrícolas se centran más en otras características, como su capacidad para controlar enfermedades. [ 55 ] Ayuda al suelo a retener la humedad [ 56 ] al aumentar la microporosidad [ 57 ] y favorece la formación de una buena estructura del suelo . [ 58 ] [ 59 ] La incorporación de oxígeno en grandes conjuntos moleculares orgánicos genera muchos sitios activos con carga negativa que se unen a iones con carga positiva (cationes) de los nutrientes de las plantas , haciéndolos más disponibles para la planta mediante intercambio iónico . [ 60 ] El humus permite que los organismos del suelo se alimenten y se reproduzcan, y a menudo se describe como la "fuerza vital" del suelo. [ 61 ] [ 62 ]

Las funciones más útiles del humus son mejorar la estructura del suelo , sobre todo cuando se asocia con cationes (por ejemplo, calcio ) [ 63 ] , y proporcionar una superficie muy grande que puede retener elementos nutritivos hasta que las plantas los necesiten, una función de intercambio iónico comparable a la de las partículas de arcilla [ 64 ] .

El secuestro de carbono en el suelo es una propiedad importante del suelo, también considerada como un servicio ecosistémico . [ 65 ] Solo cuando se vuelve estable y adquiere su permanencia multicentenaria, principalmente a través de múltiples interacciones con la matriz del suelo , el humus molecular del suelo debería considerarse significativo para eliminar la actual sobrecarga de dióxido de carbono de la atmósfera. [ 66 ]

  • El proceso que convierte la materia orgánica del suelo en humus alimenta la población de microorganismos y otras criaturas en el suelo, y por lo tanto mantiene altos y saludables niveles de vida en el suelo. [ 61 ] [ 62 ]
  • La velocidad a la que la materia orgánica del suelo se convierte en humus promueve (cuando es rápida, p. ej. mull ) o limita (cuando es lenta, p. ej. mor ) la coexistencia de plantas, animales y microorganismos en el suelo. [ 67 ]
  • El "humus efectivo" y el "humus estable" son fuentes adicionales de nutrientes para los microbios: el primero proporciona un suministro fácilmente disponible, y el segundo actúa como un reservorio de almacenamiento a largo plazo. [ 68 ]
  • La descomposición de la materia vegetal muerta provoca que los compuestos orgánicos complejos se oxiden lentamente ( humus similar a la lignina ) o se descompongan en formas más simples ( azúcares y aminoazúcares , y ácidos orgánicos alifáticos y fenólicos ), que se transforman posteriormente en biomasa microbiana (humus microbiano) o se reorganizan y oxidan aún más en conjuntos húmicos ( ácidos fúlvicos y ácidos húmicos ), que se unen a minerales arcillosos e hidróxidos metálicos . [ 69 ] La capacidad de las plantas para absorber sustancias húmicas con sus raíces y metabolizarlas ha sido objeto de un largo debate. [ 70 ] Ahora existe un consenso de que el humus funciona hormonalmente en lugar de simplemente nutricionalmente en la fisiología vegetal , [ 71 ] [ 72 ] y que las sustancias orgánicas exudadas por las raíces y transformadas en humus por los organismos del suelo son una estrategia evolutiva mediante la cual las plantas "se comunican" con el suelo. [ 73 ]
  • El humus es una sustancia coloidal con carga negativa que aumenta la capacidad de intercambio catiónico del suelo, y por lo tanto, su capacidad para almacenar nutrientes mediante quelación . [ 74 ] Mientras estos cationes nutritivos están disponibles para las plantas, se retienen en el suelo y se evita que sean lixiviados por la lluvia o el riego. [ 60 ]
  • El humus puede retener el equivalente al 80-90% de su peso en humedad y, por lo tanto, aumenta la capacidad del suelo para resistir la sequía. [ 75 ]
  • La estructura bioquímica del humus le permite moderar, es decir, amortiguar, las condiciones excesivamente ácidas o alcalinas del suelo. [ 76 ]
  • Durante la humificación, los microbios secretan mucílagos pegajosos, similares a la goma ; estos contribuyen a la estructura granulada ( arcilla ) del suelo al adherir las partículas entre sí y permitir una mayor aireación del suelo. [ 77 ] Las sustancias tóxicas como los metales pesados ​​y el exceso de nutrientes pueden quelarse, es decir, unirse a las moléculas orgánicas del humus, y así evitar su lixiviación. [ 78 ]
  • El color oscuro, generalmente marrón o negro, del humus ayuda a calentar los suelos fríos en primavera. [ 79 ]
  • El humus puede contribuir a la mitigación del cambio climático a través de su potencial de secuestro de carbono . [ 80 ] El ácido húmico artificial y el ácido fúlvico artificial sintetizados a partir de la hojarasca agrícola pueden aumentar el contenido de materia orgánica disuelta y carbono orgánico total en el suelo. [ 81 ]

Véase también

Referencias

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