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)