La materia orgánica y sus fracciones

La fuente más importante de S para los cultivos es la materia orgánica (MO) del suelo. Esta es una mezcla de compuestos orgánicos de complejidad variable, desde los residuos poco transformados hasta el material altamente humificado. Ambos extremos tienen características, propiedades y composición diferentes, las que afectan su velocidad de descomposición, así como la cantidad de nutrientes liberados. Estas diferencias en el estado de trasformación de la MO permite distinguir fracciones que se caracterizan por sus diferentes efectos debido a su calidad o resistencia a la degradación. Los cambios en estas fracciones, sea por efectos naturales o de manejo, así como su relación con la disponibilidad de S, son de fundamental importancia para entender la dinámica del S en el sistema suelo - planta.

En los últimos años se prestó especial atención a la separación de dos fracciones orgánicas: la MO humificada o asociada con la fracción mineral (MOM) y la MO joven o particulada (MOP). La primera es una fracción estable en el tiempo, difícil de degradar por su estructura muy compleja y diferente a las del material que le dan origen. De allí que normalmente hablamos de una composición transformada. Este alto grado de transformación a su vez va acompañado de diferentes formas de protección (la protección física en microporos por la asociación con las partículas minerales del suelo o la protección biológica realizada por microorganismos) que la hacen resistente a la degradación. Por el contrario, la MO jóven es una fracción menos transformada y por su menor grado de asociación con la parte mineral del suelo resulta una fracción mas susceptible a la oxidación. Constituye la parte más dinámica de la MO del suelo y se encuentra asociada a la disponibilidad de los nutrientes (N, P y S) en el corto plazo. Numerosos investigadores han propuesto a esta fracción como un parámetro indicador del estado o calidad del suelo y de su capacidad para proveer nutrientes.

Si bien la separación de las dos clases de MO permite cuantificar una fracción más transformada, más resistente y con menor participación en la dinámica de los nutrientes necesarios para los cultivos en el corto plazo; ambas han demostrado cumplir papeles diferentes dentro de la amplia gama de propiedades benéficas de la MO del suelo.

Otra forma de estudiar a la MO del suelo es a través de una separación química que permite extraer diferentes moléculas orgánicas, desde las más sencillas hasta las mas complejas; una metodología de fraccionamiento mas antigua. De ésta se obtienen los ácidos fulvicos (AF), ácidos húmicos (AH) y las huminas. Las dos últimas constituyen la parte mas estable de la MO, la mas transformada y asociada a la fracción mineral, mientras que los AF constituyen las moléculas orgánicas mas sencillas y fáciles de romper u oxidar.

Las diferencias en la composición, en la velocidad de transformación y en los niveles de protección de las fracciones de la MO se traducen en diferencias en contenidos y en la disponibilidad de los nutrientes derivados de ellas, tal como el S.

La textura y la calidad de las fracciones orgánicas

El aumento del contenido de material fino del suelo (limos + arcilla) normalmente se asocia a incrementos en la MO debido a la mayor protección a la descomposición que ejerce la parte mineral. En la región semiárida y subhúmeda bonaerense, sobre suelos con pasturas naturales de variada textura se observó que en la capa superficial (0-15 cm) de los suelos de texturas mas finas tenían mayores contenidos de S total (Figura 1). Sin embargo, estos los mayores contenidos de S no implicaron necesariamente una mayor disponibilidad, dado que ésta característica estaba mas fuertemente asociada a la MO estable (MOM) y en menor medida a la joven (MOP).

Figura 1: Contenido de S total y en las fracciones de la MO humificada (S-MOM) y particulada (S-MOP) en suelos sin cultivar de textura variable 

A su vez, la menor concentración de N y S disponibles, se presentó en las fracciones más transformadas (MOM) de los suelos con textura mas finas. Pero como las texturas mas finas están asociados a mayores niveles de MO, las cantidades de N y S total también aumentan en la medida que lo hace el limo y la arcilla (Figura 2). Es decir, los suelos arenosos poseen menor contenido de la materia orgánica transformada, pero ella es más rica en N y S. Por otro lado se observó que tanto la MO jóven, como los nutrientes disponibles en esta fracción, fueron semejantes en los diferentes suelos, independientemente de su textura. 

Figura 2: Concentración y contenido de N y S en las fracciones orgánicas de suelos con diferente textura

Estos resultados indicarían que durante la mineralización de la MO, la mayor concentración (en suelos arenosos) y la mayor cantidad (en suelos arcillosos) de N y S tienden a compensar la disponibilidad edáfica. Esto sería debido a que en situaciones adversas, como menor disponibilidad nutricional o déficits hídricos, frecuentes en los suelos arenosos, los microorganismos pueden modificar el flujo de nutrientes. Este concepto es similar al de los factores intensidad (I) y cantidad (Q) usado para describir la disponibilidad de fósforo asimilable.

El efecto de las prácticas agronómicas

En la Estación agropecuaria del INTA de Bordenave se estudió el cambio en el contenido de MO del suelo en 18 sistemas de producción comparados con una pastura con más de 25 años. A efectos del análisis los sistemas de producción se agruparon en las tres rotaciones que se indican en la Tabla 1.

Las pérdidas de MO en cada uno de los grupos respecto del testigo fueron del 10, 20 y 30%, respectivamente. Se puso en evidencia que la susceptibilidad a la degradación de las fracciones de la MO resultó notoriamente diferente entre ellas. La MO jóven fue la más sensible, en concordancia con estudios recientes. Las pérdidas registradas fueron entre el 51 y 66%; mientras que los valores de MO humificada oscilaron alrededor del 15%; cambios notablemente inferiores a los de la otra fraccion. 

Tabla 1: Contenido de materia orgánica en diferentes fracciones y variación respecto a un suelo con diferentes manejos y sin cultivar luego de 9 años

Los nutrientes contenidos en la fracción joven de la MO están fácilmente disponibles para los cultivos y pueden ser utilizados como indicadores de la fertilidad actual del suelo. Sin embargo, las diferencias en las velocidades de descomposición resultan en una mayor variabilidad en la disponibilidad de los nutrientes (Figura 2 a). Esto surge de los cambios en cantidad y calidad de los aportes de rastrojos en las rotaciones de cultivos. Los nutrientes asociados a la MO humificada no están inmediatamente disponibles debido a que esta fracción es más resistente a la descomposición. Esto la hace más estable al efecto de las labranzas y sistemas de producción y su relación con el S es más bien constante (Figura 2b).

Figura 2: Contenido de S y relación con la MO en la fracción fina y gruesa en suelos cultivados 

Cuando se compara la cantidad de Carbono en las fracciones de MO de un suelo testigo sin cultivar y otros dos bajo  diferentes rotaciones (Tabla 2) se ve que las pérdidas más significativas se dieron en el Carbono de la MO jóven acentuándose este efecto con la intensidad de las labranzas. Las fracciones de la MO transformada (AF, AH, Huminas) son algo más estables, no observándose diferencias entre el suelo sin cultivo bajo pastura, pero sí en la rotación con cultivos anuales. El predominio de cultivos con labranzas anuales, incluyendo estivales, originó pérdidas tanto de la fracción mas simple del Carbono de la OM (Acidos Fúlvicos) como de la fracción más resistente (huminas).

Tabla 2: Distribución del C en diferentes fracciones orgánicas de un suelo testigo y luego de 9 años con dos rotaciones diferentes.

Como es lógico, este comportamiento también se reflejó en los nutrientes (Tabla 3). La cantidad de N, P y S disminuyó con la intensidad del laboreo, pero las pérdidas fueron más importantes en la MO jóven. A diferencia de lo observado en la fracción fina (Carbono de la MO humificada), la rotación trigo-girasol tenía contenidos de S más elevados que la rotación con pastura. Esto pondría en evidencia que la calidad de los aportes orgánicos pueden tener importancia en el contenido de S en la fracción MO jóven, la que representa la fertilidad actual.

Tabla 3: Distribución del N, P y S en diferentes fracciones orgánicas de un suelo no cultivado y luego de 9 años con dos rotaciones diferentes.

Otras observaciones surgieron al comparar una secuencia de trigo continuo respecto a la rotación con leguminosas (Figura 3). La disminución del S contenido en la fracción humificada como en la MO joven fue menor cuando se incluyeron leguminosas (trébol) indicando que éstas favorecerían el mantenimiento de las fracciones orgánicas así como del S contenido en ellas.

Figura 3: Cambios en el contenido de azufre en dos sistemas de producción respecto a un suelo no cultivado. MOM: materia orgánica humificada. MOP: materia orgánica joven. TT: trigo-trigo, TL: Trigo-leg.

El Ciclo del azufre (S) y su relación con las fracciones orgánicas

El azufre (S) es el elemento necesario en mayor cantidad, luego de los macronutrientes principales (N, P y K). En muchos cultivos su contenido es similar al del fósforo y su importancia es semejante a la del N y a la del P en la formación de las proteínas.

La principal fuente de S para las plantas son los sulfatos de la solución del suelo, los que se encuentran en equilibrio dinámico con la materia orgánica (MO) y los minerales y dependen de los aportes y pérdidas del sistema.

Pérdidas:

La principal salida de S en los sistemas productivos es a la extracción periódica por las cosechas, sea de grano, pasto, carne, etc.

Las precipitaciones abundantes favorecen la lixiviación de los sulfatos de la solución del suelo, aunque las pérdidas pueden ser menores que las de nitratos. En estos casos también se puede observar pérdida por escurrimiento superficial. En situaciones de alta disponibilidad hídrica y cuando predominan las condiciones de anaerobiosis se pueden producir por volatilización de las formas gaseosas, como SH₂.

Aportes:

La incorporación del material vegetal y animal muerto contribuye a mantener los niveles de S en la MO del suelo. Los aportes de S también pueden provenir directa (absorbido en forma gaseosa) o indirectamente (junto con las lluvias) del SO₂ atmosférico. Si bien las lluvias pueden lavar los SO₄⁼ del suelo, también son una fuente importante de este elemento, que puede variar entre 1 y 100 kg de S ha^-1 año^-1, dependiendo de la cantidad, época del año y de la proximidad a las zonas urbanas o industriales. Los fertilizantes son otra fuente de S, ya sean en forma de sulfatos o en forma elemental, el que será oxidado a sulfato por los microorganismos del suelo.

En las regiones áridas, donde las escasas lluvias favorecen la acumulación de las formas inorgánicas, el S puede precipitar como sulfatos (de Ca, Mg, Na), co-cristalizar o co-precipitar como impurezas con el CaCO₃, adsorberse a los óxidos de Fe y Al o formar precipitados insolubles tal como el BaSO₄. En caso contrario, la mayor parte del S edáfico (hasta el 98%) puede estar presente como compuestos orgánicos, asociados con una mezcla heterogénea de residuos vegetales y animales, sustancias húmicas y microorganismos del suelo Por lo tanto, la principal fuente de S del suelo es el proveniente de la mineralización de la materia orgánica (MO), especialmente en regiones húmedas y en suelos arenosos.

En este sentido, es necesario considerar que las diferentes fracciones orgánicas del suelo tienen características, propiedades y composición diferentes, las que afectan la velocidad de descomposición, así como la cantidad de nutrientes liberados.

El S orgánico (S_o) puede estar unido directa (C-S) o indirectamente (C-O-S) al C, asociado a aminoácidos tales como la cisteína y la metionina. Forma parte de las estructuras aromáticas de las sustancias húmicas, de los materiales semi transformados y del tejido microbiano.

Existe un paralelismo entre la evolución del C, N y del S del suelo en el curso del tiempo. La relación C:N:S en la MO es generalmente 100:10:1, dependiendo de las características de los suelos, particularmente la cantidad y calidad de la MO, pH y sistema de producción (labranzas, fertilización, rotación de cultivos, etc.).

El S microbiano puede representar entre el 1,5 al 5% del S_o del suelo. En los microorganismos la relación C:S es muy variable, oscilando entre 57-85:1 y llegando en condiciones de déficit o competencia a 100:1, mientras que la relación N:S es alrededor de 10:1. Los procesos de mineralización e inmovilización del S son análogos a lo que sucede con el N. El valor crítico para la paja de cebada es de 1,3 g de S por kg de materia seca o una relación C:S aproximadamente de 340. El agregado de residuos con alta relación C:S (>400) inmoviliza el S disponible, mientras que con baja relación (<200) hay mineralización. El S mineralizado es muy variable, entre el 1,7 y 3,1 % del S_o, llegando en algunos casos hasta el 3-6%. Esto representa entre 7 y 49 kg S /ha/año, según autores.