dinámica de la materia orgánica en el suelo

Dinámica de la Materia Orgánica en el Suelo

Dr. Armando TasistroDirector, México y América Central, IPNI,

Norcross, GA, [email protected]

Programa

• Factores que influyen en el contenido de MO• Patrones de variación del contenido de MO• Balance de la MO• Prácticas para mejorar el manejo de la MO• MO en el suelo y cambio climático

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL CONTENIDO DE MO EN LOS SUELOS

Factores que influyen en el contenido de MO en los suelos

• Naturales– Temperatura– Lluvia– Textura del suelo– Drenaje del suelo y

posición en el paisaje– Tipo de vegetación– Acidez del suelo

• Antropogénicos– Labranza– Rotaciones y cultivos de

cobertura– Uso de fertilizantes

• industriales• orgánicos

Factores naturales

• Temperatura

(Magdoff y Van Es, 2009)

Temperatura

• En condiciones naturales, los suelos tropicales tienen contenidos de MO comparables a los suelos templados– Descomposición es cinco veces más rápida, pero

se produce cinco veces más biomasa (Sánchez, 1981)

• En áreas cultivadas la descomposición más acelerada con mayores temperaturas es el factor dominante (Magdoff y Van Es, 2009)

Factores naturales

• Temperatura• Lluvia


Lluvia

• Los contenidos de MO generalmente aumentan con la lluvia promedio– Mayor producción y aporte de biomasa – Con excesos de humedad descomposición más

lenta


Factores naturales

• Temperatura• Lluvia• Textura del suelo


Textura del suelo

• Suelos con texturas finas (más arcilla y limo) tienden a tener más MO que lo de texturas gruesas (arenosos)

• Fuertes enlaces entre MO y partículas pequeñas de arcilla y limo protegen a la MO de la degradación

• Suelos de texturas finas tienen poros más pequeños que limitan la disponibilidad de oxígeno

textura MO (%)

arenosa ≤ 1franca 2% a 3%

arcillosa 4% a más de 5%


Factores naturales

• Temperatura• Lluvia• Textura del suelo• Drenaje del suelo y posición en el paisaje


Drenaje del suelo y posición en el paisaje• aporte de MO

desde partes superiores

• enlentecimiento por anaerobiosis más notorio en zonas templadas que tropicales

mayor % MO

http:

//pi

ctur

es.tr

avel

adve

ntur

es.o

rg/i

mag

es


Factores naturales

• Temperatura• Lluvia• Textura del suelo• Drenaje del suelo y posición en el paisaje• Tipo de vegetación


Tipo de vegetación

bosque tropical

bosque templado

bosque boreal

sabana pradera templada

tundra

C en biomasa veg

C org en suelo

tiempo de rotación (año-1)

carb

ono

orgá

nico

en

suel

o o

en b

iom

asa

vege

tal (

g m

-2)

apor

te d

e ca

rbon

o en

resi

duos

(g m

-2 añ

o-1)

C en suelobiomasa vegetalaporte de residuo

(Baldock y Broos, 2012)

Factores naturales

• Temperatura• Lluvia• Textura del suelo• Drenaje del suelo y posición en el paisaje• Tipo de vegetación• Acidez del suelo


Suelos ácidos

(Greenland et al., 1992)

asociación con óxidos hidratados de Fe y Al

Intervenciones humanas

• Labranza• Rotaciones y cultivos de cobertura• Uso de fertilizantes – industriales– orgánicos

Introducción de la agricultura• reducción de

aportes de residuos

• mayor mineralización de la MO

(Sánchez, 1981)

Erosión• Forma principal de pérdida de MO

Suelo Erosión MO (%)Capacidad de

agua disponible (%)

Corwin

ligera 3.03 12.9

moderada 2.51 9.8

severa 1.86 6.6

Miami

ligera 1.89 16.6

moderada 1.64 11.5

severa 1.51 4.8

Morley

ligera 1.91 7.4

moderada 1.76 6.2

severa 1.60 3.6


http://www.dpi.nsw.gov.au/__data/assets/pdf_file/0003/210756/Increasing-soil-organic-carbon.pdf

vegetación nativaconversión a la agricultura

labranza convencional labranza reducida

50% del C suelo inicial

C su

elo (

t ha-1

)

año

Potencial de captura de C en el suelo

Labranza

Aradas y rastreadas dejan suelos susceptibles a erosión eólica e hídrica

Tuxpan, Veracruz (México)

Rotaciones

Cultivos forrajeros perennes pueden restablecer MO perdida con cultivos anuales manejados convencionalmente

maíz

alfalfa

años

porc

ient

o de

car

bon


¿Qué tanta MO es suficiente?

• 16% arcilla• 2% MO

• 50% arcilla• 6% MO


Agregación comparable

PATRONES DE VARIACIÓN DEL CONTENIDO DE MO EN LOS SUELOS

Patrones de variación del contenido de MO en los suelos

Cont

enid

o de

MO

(%)

años(Magdoff y Weil, 2004)

Acumulación de MOCo

nten

ido

de M

O (%

)

años(Magdoff y Weil, 2004)

Aplicaciones de grandes cantidades de residuos de cultivos o enmiendas orgánicas

Siembra de cultivos anuales en rotación con praderas

Estado de equilibrio si se continúan las mismas prácticas de labranza, cultivos, y aplicaciones de residuos o enmiendas

Pérdida de MOCo

nten

ido

de M

O (%

)

años

Apertura a la agricultura de vegetación natural

Mayores pérdidasLabranza Mayor oxidación

Mayor erosión

Estado de equilibrio si se continúan las mismas prácticas de labranza, cultivos, y aplicaciones de residuos o enmiendas

(Magdoff y Weil, 2004)

Excepto cuando se introduce agricultura bajo riego en zonas áridas

Menores aportesRemoción de residuos

Ganancias balanceadas por pérdidasCo

nten

ido

de M

O (%

)

años

Ejemplo: sistema de producción de maíz forrajero con aplicaciones masivas de estiércol


Alternancia de fases de aumento y disminución

Cont

enid

o de

MO

(%)

años

Ejemplos• sistema de producción con alternancia de cultivos con

aportes de residuos contrastantes• sistemas con labranza intensiva alternados con años con

labranza cero


Como se va acumulando la MO

• Superficies minerales libres enlazan con MO

• Agregados se van formando alrededor de MO

• MO se acumula como partículas libres


partículas de MO libres

partículas de MO dentro de agregados

MO asociada con minerales

porción de la MO

(%)

aumento de MO

Almacenaje de MO en el suelo

• Protección de la MO en los suelos:– Fuertes enlaces MO-arcilla (y limo fino)– Ubicación dentro de agregados pequeños

(protección física)– Conversión en sustancias estables (humus)– Restricciones en el drenaje que disminuye la

actividad de organismos aeróbicos– Carbón producido por combustión incompleta


BALANCE DE LA MO

Balance de la MO


aportes

residuos de cultivosestiércolescompostas

pérdidas

CO2 (respiración de organismos del suelo) erosión

materia orgánica del suelo

• aportes pérdidas %MO aumenta• aportes pérdidas %MO disminuye• aportes pérdidas %MO estable


• Cambio neto en Corg en un año =

ganancias de C – pérdidas de C– Ganancias pérdidas acumulación de Corg

– Ganancias pérdidas disminución de Corg


Ganancias

• Ganancias = cantidad de residuo que queda al final del año (NO la cantidad de residuo aplicada al suelo cada año)

• Ganancias = (f) (A)A = cantidad de residuos frescos agregadosf = fracción de los residuos frescos agregados que no se descompone durante el año• 20 a 50 %


Simulación de la evolución relativa de C y N en tres fracciones de MO

Nicolardot et al., 2001

Paja de trigo. C:N = 139

Planta de rábano. C:N = 11.9

residuos

biomasa microbiana

MO humificada

N e

n fr

acci

ón /

N d

el re

sidu

o

días

días

días

días

C en

frac

ción

/ C

del

resi

duo

C en

frac

ción

/ C

del

resi

duo

N e

n fr

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N d

el re

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o

Pérdidas

Pérdidas = (k) (MO)MO = cantidad de MO en el suelok = porcentaje de MO que se pierde por mineralización (pérdida de CO2 por respiración) o por erosión en un año


Localidadaplicación de

materia orgánica fresca

(t ha-1)

tasa de descomposición de MO fresca en Corg del suelo (%)

adición de Corg al suelo (t ha-1)

tasa anual k de descomposición del Corg del suelo

(%)

Corg del suelo en equilibrio

t ha-1 %

Bosque tropical

Ghana (Ústico) 5.28 50 2.64 2.5 106 2.4

Zaire (Údico) 6.05 47 2.86 5.2 55 1.2

Colombia (Údico Andisol) 3.85 51 1.97 0.5 394 9.0

Bosque templado

California (roble) 0.75 47 0.35 0.35 88 2.0

California (pino) 1.65 52 0.86 0.86 86 1.9

Sabana tropical

Ghana (1250 mm lluvia) 1.43 50 0.71 0.71 55 1.2

Ghana (850 mm lluvia) 0.44 43 0.19 0.19 16 0.4

Pradera templada

Minnesota (870 mm lluvia) 1.42 37 0.53 0.53 134 3.0

(Sánchez, 1981)

Localidad Tratamiento Años bajo cultivo

Tasa anual k de descomposición del Corg (%)

Bosques tropicales

Zaire Barbecho sin vegetación 3 12.8Ghana Rotación maíz-yuca 7 4.7

Trinidad Rotación de cultivos con leguminosas 6 2.6

Trinidad Rotación de cultivos con leguminosas 12 1.8

Sabanas tropicales

Ghana Rotación de cultivos 7 4.0Senegal Cacahuate continuo 6 6.6

Sudán Rotación algodón-cacahuate 6 2.5

Zona templada

Missouri Maíz continuo 25 2.8Missouri Rotación de cultivos 25 0.8

Francia Rotación de cultivos 14 1.4

(Sánchez, 1981)

• Si el suelo está en una situación bajo condiciones de equilibrioCambio en MO = 0 = ganancias – (k)(MO)

• Como bajo condiciones de equilibrio las ganancias son iguales a las pérdidasganancias = (k) (MO)MO = ganancias/k


Tasa anual de descomposición de la MO (%)Textura fina, drenaje pobre textura gruesa, bien drenado

Aplicaciones anuales de

material orgánico

Cantidades agregadas al suelo si 20%

queda después de un año

1 2 3 4 5

kg por ha por año % final de MO en el suelo

2,500 500 2.5 1.3 0.8 0.6 0.5

5,000 1,000 5.0 2.5 1.7 1.3 1.0

7,500 1,500 7.5 3.8 2.5 1.9 1.5

10,000 2,000 10.0 5.0 3.3 2.5 2.0

Se supone que los cambios en MO ocurren en los 15 cm superiores del suelo, que pesan 2,000,000 kg ha-1

Ganancias (= (f)(A))

k

Se supone un sistema bajo condiciones de equilibrio durante muchos años


• A = 5,000 kg de residuos ha-1 año-1

• f = 20% (20% de lo agregado queda en el suelo)

• k = 3% (tasa de descomposición de la MO)• MO = ganancias/k• MO = = 33, 333• 33,333 kg MO/2,000,000 kg suelo = 1.7%


Tasa anual de descomposición de la MO (%)Textura fina, drenaje pobre textura gruesa, bien drenado

Aplicaciones anuales de

material orgánico

Cantidades agregadas al suelo si 20%

queda después de un año

1 2 3 4 5

kg por ha por año % final de MO en el suelo

2,500 500 2.5 1.3 0.8 0.6 0.5

5,000 1,000 5.0 2.5 1.7 1.3 1.0

7,500 1,500 7.5 3.8 2.5 1.9 1.5

10,000 2,000 10.0 5.0 3.3 2.5 2.0

Se supone que los cambios en MO ocurren en los 15 cm superiores del suelo, que pesan 2,000,000 kg ha-1

Ganancias (= (f)(A))

k

Se supone un sistema bajo condiciones de equilibrio durante muchos años


Bajo las misma suposiciones (A=5,000 kg ha-1 año-1; f=20%; k=3%)

kg h

a-1

años años

MO neta agregada por ha Aumento en el porcentaje de MO

Comenzando con 0.5% MO



Comenzando con 0.5% MOM

O (%

)


Más MO puede ser almacenada

Restauración de niveles de MO en suelos en trópicos bajos húmedos

• Proceso lento• 20 a 30% de la MO se puede perder en los dos

primeros años de agricultura• Regresar a niveles originales puede llevar

hasta 35 años


Tasas de captura de C en la agriculturaActividad agrícola Práctica de manejo Tasa de captura de C (t C/ha/año)

Producción de cultivos

Aumentar fertilidad del suelo 0.05-0.15

Mejorar rotaciones 0.10-0.30

Riego 0.05-0.15

Eliminar descansos del terreno 0.10-0.30

Labranza de conservación

Retener rastrojo

0-0.40Reducir labranza

Usar sistemas labranza cero

Pastoreo

Usar fertilizantes 0.30

Manejar tiempo de pastoreo 0.35

Riego 0.11

Introducir leguminosas 0.75

Aplicación de enmiendas orgánicas

Aplicar estiércol 0.1-0.6

Aplicar biosólidos 1.0

Conversión de uso de la tierra Convertir tierra degradada a pasturas 0.8-1.1

(Chan et al., 2010)

Si 1.5% MO, Da=1.3 g cm-3

• 15 cm superiores del suelo pesan 2,000,000 kg ha-1

• 30 t MO ha-1

PRÁCTICAS PARA MEJORAR EL MANEJO DE LA MATERIA ORGÁNICA EN EL SUELO

• Aumentar Ganancias • Disminuir Pérdidas


Práctica de manejo Influencia en MORotaciones

Cultivos con abundantes residuos Mayores aportes anuales

Forrajes perennes Mayores aportes anuales

Cultivos de cobertura • Producen biomasa cuando el terreno no se usaría para producir cultivos

• La MO lábil aumenta o estabiliza

Enmiendas orgánicas Aportan cantidades significativas de material orgánico junto con nutrientes






Resultados de estudios en Argentina (Mollisoles):• Rotaciones deben incluir hasta 7 años

de cultivos anuales convencionales alternando con al menos 3 años con pasturas para un uso sostenible

Resultados de estudios en Nueva Zelandia (suelos franco limosos con estructura pobre):• Rotaciones deben incluir duraciones

similares de cultivos anuales convencionales alternando con pasturas para un uso sostenible







Ciclo se interrumpe normalmente en etapas tempranas• Poca biomasa• Degradación rápida

Resultados de experimento de 35 años, Ontario (Canadá)

Profundidad (cm) Maíz continuo Maíz-avena-alfalfa

fertilizado no fertilizado fertilizado no fertilizado

C proveniente del maíz (t/ha/año)

0-20 0.40 0.26 0.45 0.39

20-70 0.26 0.14 0.48 0.39

C aplicado en el residuo de maíz (t/ha/año)

0-20 4.11 2.51 5.59 4.84

20-70 0.52 0.35 0.95 0.98

t de C provenientes del maíz retenidas en la MO/t de C aplicadas en el residuo de maíz

0-20 0.10 0.11 0.08 0.08

20-70 0.49 0.39 0.51 0.40

C total aplicado como residuo vegetal (t C/ha) 1959-1994

0-70 162 100 113 104


Uso de fertilizantes nitrogenados

• Promueven más MO– Mayor producción de biomasa– Mayor cantidad de compuestos amínicos

precursores de estructuras húmicas– Amonio reprime enzimas lignolíticas– Aumenta la eficiencia de la asimilación de C por

microbios (menos CO2 respirado por unidad de C asimilada)






Enmiendas orgánicas Aportan cantidades significativas de material orgánico junto con nutrientes


Enmiendas orgánicas

• Parte de estrategia de maximizar diversidad de materiales– Estiércol– Residuos de cultivos– Hojas de árboles– Pasto cortado– Residuos de alimentos– Biosólidos


Estiércol y Compostas

Tienden a aumentar más MO por su mayor proporción de compuestos resistentes a la descomposición


Grandes cantidades pueden ser necesarias

• Datos de Vermont (EEUU)– 44 t de estiércol de vaca lechera/ha/año

necesarias para mantener MO a 5.2% en un sistema con maíz forrajero

– Se requieren 2.2 vacas grandes (636 kg) Holstein para producir esa cantidad

– Se necesitan alrededor de 2.5 ha para producir el alimento para esas vacas y poder mantener el nivel de MO en una ha de maíz forrajero con el estiércol


Estiércoles

Tipo de animal

Sistema de manejo

Materia seca (%)

NP2O5 K2O N

disponible

/P2O5

Disponible Total

(kg/ton)

SuinoSin cama 18 3.0 5.0 4.5 4.0 0.67

Con cama 18 2.5 4.0 3.5 3.5 0.71

Vacuno (carne)

Sin cama 15 2.0 5.5 3.5 5.0 0.57

Con cama 50 4.0 10.5 9.0 13.0 0.44

Vacuno (leche)

Sin cama 18 2.0 4.5 2.0 5.0 1.00

Con cama 21 2.5 4.5 2.0 5.0 1.25

AvesSin cama 45 13.0 16.5 23.0 17.0 0.57

Con cama 75 18.0 28.0 22.5 17.0 0.80


años

años

años

años

Estiércol ganado lechero2.4% N, 0.7% P

Estiércol ganado lecheroaplicado para suministrar 150 kg N/ha

P acumulado por sobre lo extraído por el cultivo

Estiércol compostado1.7% N, 1.2% P

Estiércol compostado aplicado para suministrar 150 kg N/ha

t mét

ricas

de

mat

eria

sec

a pa

ra p

rove

er 1

50 k

g N

(d

ispo

nibl

e) p

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a

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a

acum

ulac

ión

de P

(kg/

ha)

acum

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(kg/

ha)

Uso sostenible de enmiendas orgánicas

• Debería estar basado en reciclar lo producido in situ

• Uso de enmiendas orgánicas producidas en otros lugares implicaría una degradación del suelo en los lugares en los que se produjeron


Disminuir Pérdidas de MO

• Reducir al mínimo – remoción de material vegetal a la cosecha– erosión– pérdidas de C como CO2 por respiración

microbiana


Pérdida de C como CO2 por respiración microbiana

• Favorecida por la alternancia de condiciones secas y húmedas en el suelo

• Prácticas que favorecen altas temperaturas en el suelo y ciclos alternos de condiciones húmedas y secas– Suelo descubierto– Surcado– Drenaje sub-superficial– Labranza


Labranza intensiva• Favorece erosión• Residuos se

descomponen más rápidamente

Labranza cero• Mantiene cubierto el

suelo• Menor

descomposición de MO


Acelera la descomposición…

http:

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re.c

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ps/d

com

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/201

1/til

lage

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http://www.deere.com/wps/dcom/en_US/industry/

http://www.deere.com/wps/dcom/en_US/industry/

Acumulación de MO bajo Labranza Cero en relación a Labranza Convencional en varias localidades

Variable caracterizada Canadá Alemania Italia España Portugal

Duración del estudio (años) 18 10 5 12 4MO en labranza cero (t/ha) 82 120 112 88 52MO en labranza convencional (T/ha) 62 105 108 78 48

Acumulación de MO (t/ha/año) 1.1 0.8 0.8 0.8 1.0


Resultados de 14 años en El Batán (CIMMYT)

tratamientoskg Corg ha-1

0-5 cm 5-10 cm 10-20 cm

Labr cero/monocult/+ resid 13456 11049 16588

Labr cero/rotaciones/+ resid 13878 10584 15494

Labr conv/monocult/+ resid 10013 9771 16517

Labr conv/rotaciones/+ resid 9827 9455 16864

Labr cero/monocult/- resid 7659 6410 13043

Labr cero/rotaciones/- resid 9322 7877 13806

Labr conv/monocult/- resid 7028 7056 13720

Labr conv/rotaciones/- resid 7280 7072 13052

Cálculo aproximado:(13878 kg C ha-1 – 7028 kg C ha-1)/ 14 años = 489 kg C ha-1 año-1 Para 5-10 cm = 252 kg C ha-1 año-1 Para 10-20 cm = 127 ha-1 año-1

(Fuentes et al., 2009)

En resumenPráctica de manejo Aumenta Ganancias Disminuye Pérdidas

Aplicar materiales traídos de otros lugares (estiércol, compostas, otros materiales orgánicos)

Sí No (a menos que el residuo quede sobre el suelo)





Utilizar mejor el residuo de los cultivos Sí No (a menos que el residuo

quede sobre el suelo)






quede sobre el suelo)Incluir en la rotación cultivos que producen alta cantidad de residuos Sí No (a menos que el residuo

quede sobre el suelo)







quede sobre el suelo)Incluir cultivos forrajeros (gramíneas/leguminosas) en la rotación

Sí Sí








Sí Sí

Reducir la intensidad de la labranza Sí/no1 Sí

1La práctica puede aumentar los rendimientos aportando más biomasa








Sí Sí

Reducir la intensidad de la labranza Sí/no1 Sí

Usar prácticas de conservación de suelo para reducir la erosión Sí/no1 Sí

1La práctica puede aumentar los rendimientos aportando más biomasa


MO EN EL SUELO Y CAMBIO CLIMÁTICO

Atmósfera780

(aumento anual 3.2)

Vegetación550

(aumento anual 0.7)

Suelo (1.0 m prof.)

1,500(aumento anual 0.1)

Océano550

Biota superficial 3Inorgánico disuelto 37,000Orgánico disuelto 1,000

(aumento anual 1.8)

Combustibles fósiles5,000 – 10,000

92fotosíntesis

120 90 respiración

59

Cambiode usode la tierra

2.2

descomposición 58

6.3

60

Ciclo global del carbón

Tamaño de los depósitos en Pg CFlujos en Pg C año-1

1 Pg = 1,000 millones de t


Atmósfera780

(aumento anual 3.2)

Vegetación550

(aumento anual 0.7)

Suelo (1.0 m prof.)

1,500(aumento anual 0.1)

Océano550

Biota superficial 3Inorgánico disuelto 37,000Orgánico disuelto 1,000

(aumento anual 1.8)

Combustibles fósiles5,000 – 10,000

92fotosíntesis

120 90 respiración

59

Cambiode usode la tierra

2.2

descomposición 58

6.3

60

Ciclo global del carbón

Tamaño de los depósitos en Pg CFlujos en Pg C año-1

1 Pg = 1,000 millones de t


Un cambio de 5% en la cantidad de Corg en el suelo podría cambiar el C como CO2 en la atmósfera hasta en 16%

Resumen• Factores naturales y antropogénicos influyen en el contenido

de MO• Patrones de variación del contenido de MO en función de

prácticas de manejo• Balance de la MO = ganancias – pérdidas

– Ganancias = (f) (A)– Pérdidas = cantidad de MO (k)

• Prácticas para mejorar el manejo de la MO– ganancias– pérdidas

• MO en el suelo y cambio climático– Importancia del suelo como reservorio de C– Conservar C orgánico en suelo, disminuye emisión de CO2

dinámica de la materia orgánica en el suelo

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