Edafología. Ciencias Ambientales

Lección 4. Componentes del suelo. Fase sólida. Componentes orgánicos. Humificación.

Los restos vegetales están constituidos fundamentalmente por sustancias aromáticas cuyos representantes más genuinos son la lignina y los taninos; y por compuestos alifáticos representados principalmente por celulosa y proteínas.

Sobre ellos actúa la microflora del suelo que realiza su destrucción y posterior polimerización y condensación para generar las sustancias húmicas que son compuestos propios del suelo. Todo este complejo proceso es el que se conoce como humificación.

Como vimos, la celulosa y la lignina son atacadas por hongos y actinomicetos, mientras que las proteínas son destruidas por las bacterias con liberación de nitrógeno inorgánico, que permite el crecimiento fúngico y hace posible la continuidad del proceso destructivo. Las sustancias aromáticas culminan su destrucción con la formación de ácidos polifenólicos sencillos, derivados del fenilpropano producido en la rotura de la lignina preferentemente, que son considerados como precursores húmicos. Del mismo modo la celulosa termina dando azúcares sencillos y las proteínas, aminoácidos.

Los aminoácidos son utilizados por las bacterias en la construcción de sus propias proteínas mientras que los azucares se consumen como combustible para la obtención de energía por todos los microorganismos edáficos. Este mecanismo hace que el nitrógeno se conserve en su mayor parte, pasando de forma orgánica a inorgánica y viceversa, mientras que el carbono es consumido y transformado en dióxido de carbono que pasa al gas del suelo y de allí a la atmósfera libre. Todo ello conduce a que la relación C/N inicial de los restos vegetales vaya disminuyendo a medida que se avanza hacia la formación de sustancias húmicas. Esta disminución viene favorecida por la posibilidad de algunas bacterias, algas y hongos de fijar nitrógeno atmosférico, que compensa, y a veces con creces, las perdidas de nitrógeno inorgánico que se producen por lavado o por desnitrificación.

Los microorganismos excretan nitrógeno en forma amónica y algunos ácidos alcohólicos sencillos procedentes de sus cadenas respiratorias, estos últimos con un fuerte poder complejante como ya vimos al tratar de la alteración bioquímica. Algo similar sucede cuando mueren. Puede ocurrir que la oxidación del producto bacteriano sea incompleta y los azúcares se caramelizan y forman sustancias parecidas a las melaninas, de naturaleza cíclica, que engrosan el grupo aromático de los precursores húmicos. También se producen condensaciones entre los aminoácidos y los ácidos alcohólicos para generar cadenas alifáticas que constituirán los terminales activos de las sustancias húmicas.

Las paredes bacterianas pueden dar lugar, mediante un proceso de carbonización en ambientes reductores, a unas sustancias oscuras y poco activas que se conocen como huminas microbianas o huminas heredadas ya que se sitúan al margen del proceso general de humificación.

Los compuestos aromáticos, por la acción de grupos de bacterias específicas se fragmentan y generan quinonas que son susceptibles de polimerizarse y generar núcleos aromáticos, de masa molecular elevada, que son la base de todas las sustancias húmicas. Sobre estos núcleos aromáticos se insertan la cadenas alifáticas ya citadas, ricas en grupos carboxílicos, amínicos y alcohólicos, para generar los ácidos fúlvicos, ácidos húmicos y huminas de condensación que son los componentes primordiales del humus.

Las sustancias húmicas que antes se forman son los ácidos fúlvicos, llamados de esta forma por su color amarillo, que son los menos polimerizados y cuya masa molecular está comprendida entre 5.000 y 10.000. Los ácidos fúlvicos son solubles en agua y son los primeros que se descubrieron en agua de manantial, por lo que recibieron el nombre de "spring acids". Dada la pequeñez de su núcleo el influjo de las cadenas laterales es elevado y tienen un cierto poder complejante, lo que les permite intervenir en la complejolisis de la alteración bioquímica de los minerales. A pesar de su solubilidad no se extraen por completo con agua sino que es necesario el tratamiento con una solución alcalina aunque permanecen solubles después de neutralizarla, dado que suelen estar esterificados y eterificados por medio de sus grupos carboxílicos y alcohólicos.

A medida que la condensación aumenta, el núcleo crece y es capaz de añadir más cadenas laterales, cuando alcanza una masa molecular comprendida entre 30.000 y 60.000 los compuestos se conocen como ácidos húmicos. Los menos condensados son de color pardo y los de mayor masa molecular se conocen como ácidos húmicos grises. A medida que avanza la humificación los horizontes tienden a tener un brillo más y una pureza de color menor. Los ácidos húmicos pueden extraerse del suelo mediante una extracción con pirofosfato sódico a pH de 10, dada su solubilidad en medios fuertemente alcalinos, separándose de los ácidos fúlvicos porque precipitan al neutralizar la solución. Esta solubilidad en medio alcalino es la razón por la cual los agregados que conforman la estructura columnar, a veces, aparecen teñidos de negro, "columnas enlutadas".

Hay veces que la polimerización es tan grande que la importancia de las cadenas laterales desaparece, la reactividad se atenúa y su comportamiento es semejante al de las huminas bacterianas, son las huminas de condensación de color negro. En este sentido, los compuestos menos evolucionados y los más, presentan un comportamiento semejante. Las huminas no se disuelven en el reactivo utilizado en la extracción de los restantes componentes húmicos.

Como quiera que todo el proceso de humificación está condicionado por el equilibrio entre los diversos componentes de la microflora del suelo, y éste se halla muy influido por la relación C/N de los restos vegetales, la naturaleza de la vegetación va a ejercer un papel fundamental en el grado de evolución de los productos finales. Aquellas plantas cuyos restos tienen una relación C/N muy alta, superior a 40, son muy difíciles de transformar, los procesos formadores se atenúan y se acumulan sustancias intermedias o precursores húmicos, de naturaleza ácida por lo que se conocen como plantas acidificantes; entre ellas destacan las coníferas, los brezos, las jaras o los eucaliptos. Todas son muy ricas en lignina, por lo que las plantas viejas son más difíciles de humificar que las jóvenes con mayor contenido proteico, y suelen contener resinas, esencias y otros componentes pobres en nitrógeno. Estas plantas siempre son acidófilas pues de lo contrario sucumbirían a su propia acción, este carácter acidificante, junto a su acidofilia, las hace plantas invasoras, ya que modifican el medio e imposibilitan el desarrollo de una vegetación preexistente menos acidófila, este es el caso de la invasión y degradación de los encinares aclarados por la jara, hecho que se favorece por el adehesamiento del encinar y posterior abandono. No obstante, no todas las plantas acidófilas son acidificantes, pues la acidofilia viene determinada por unas elevadas necesidades de potasio que son más fáciles de satisfacer en suelos ácidos como vimos al tratar de la alteración mineral.

Las plantas cuyos restos presentan una relación C/N baja, menor de 30, se conocen como mejorantes porque su humificación es fácil y la liberación del nitrógeno que contenían es rápida y favorece su reutilización y cierre del ciclo biogeoquímico de este elemento. Entre ellas cabe citar al aliso y el freno.

 

Complejos organo-minerales.

La fracción orgánica y la mineral del suelo no se encuentran aisladas entre sí sino que, como vimos, pueden formar sustancias mixtas que se conocen como complejos organo-minerales.

Ya vimos como los ácidos alcohólicos sencillos eran capaces de formar complejos con elementos tales como el hierro y el aluminio. Se conocen como complejos organo-metálicos o complejos pseudosolubles, porque su solubilidad depende de la relación anión/catión. Para que esto suceda es necesario que el proceso de condensación de los precursores húmicos esté impedido y éstos se acumulen en el suelo, lo que sucede cuando existe una vegetación fuertemente acidificante o un clima extraordinariamente frío que impida el normal desenvolvimiento de la microflora bacteriana. En estas condiciones la alteración mineral es débil y la liberación de hierro y aluminio es escasa, por este motivo predominan los complejos con una relación anión/catión elevada, lo que les comunica una extraordinaria movilidad en el perfil, generando horizontes eluviales cerca de la superficie e iluviales en profundidad, donde se produce una acumulación de materia orgánica y sesquióxidos que constituyen un horizonte Bhs; el suelo generado es un podsol y el proceso es el conocido de queluviación.

Otra posibilidad es una alteración mineral muy rápida como la que se produce cuando existe una abundancia de minerales vítreos, caso de las rocas constituidas por cenizas volcánicas; en este caso lo que sucede es una captura de los precursores húmicos por el hierro y el aluminio liberados, la relación anión/catión es muy baja y los complejos resultan inmóviles con lo que se produce una acumulación de materia orgánica en el horizonte A, porque el complejo formado resulta muy estable y dificulta el proceso de mineralización de la materia orgánica. El suelo formado se conoce como andosol y el proceso que lo genera como andosolización.

Los ácidos fúlvicos también pueden formar este tipo de complejos, pero además pueden formar autenticas sales con elementos como el calcio, que provocan su insolubilización y acumulación en suelos neutros o ligeramente alcalinos.

Cuando la materia orgánica está bien humificada los complejos auténticos no son posibles, si bien la arcilla provoca su formación, ya que tiene una carga superficial negativa y atrae los cationes que, cuando son polivalentes, necesitan compensar su exceso carga y lo hacen con moléculas orgánicas de tipo ácido húmico que tienen un tamaño menor que las partículas de arcilla. Se les conoce como complejos de adsorción o complejos arcillo-húmicos. Los cationes más frecuentes que sirven de enlace entre los integrantes aniónicos del complejo son el hierro en los suelos ácidos o el calcio en los neutros o ligeramente alcalinos.

El gran tamaño de los integrantes del complejo junto a las largas cadenas de los ácidos húmicos, hace que sean muy porosos, lo que transmiten macroscópicamente y de ahí la elevada porosidad que presentan las estructuras migajosas formadas por la floculación de estos coloides orgánicos y minerales al superar en su unión el tamaño límite para permanecer dispersos. Está porosidad es máxima en los suelos ácidos, dada la mayor carga del hierro que necesita rodearse de más cargas negativas y provoca un mayor distanciamiento de las mismas. La interacción de los colores propios del hierro y de la materia orgánica otorga a estos horizontes un color pardo, por lo que el proceso se conoce como empardecimiento.

 

La materia orgánica transformada y los complejos con la parte mineral a los que da lugar son los responsables de la aparición del horizonte A y de su morfología, que varía segun la evolución de aquella y de la naturaleza de éstos últimos. Esta parte orgánica libre y asociada a la mineral es la que se conoce como "humus", que según su naturaleza da lugar a diferentes tipos.

Por ello le dedicaremos un apartado especial a los:

Tipos de humus

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A Lección 4

Actualizada 17/3/05