¿Qué es el carbono orgánico del suelo?

El carbono orgánico del suelo es un componente medible de la materia orgánica del suelo. La materia orgánica constituye solo del 2 al 10% de la mayor parte de la masa del suelo y tiene un papel importante en la función física, química y biológica de los suelos agrícolas.

La materia orgánica contribuye a la retención y renovación de nutrientes, la estructura del suelo, la retención y disponibilidad de humedad, la degradación de contaminantes y el secuestro de carbono.

¿En qué se diferencia el carbono orgánico del suelo de la materia orgánica del suelo?

El carbono orgánico del suelo (SOC) se refiere solo al componente de carbono de los compuestos orgánicos. La materia orgánica del suelo (MOS) es difícil de medir directamente, por lo que los laboratorios tienden a medir y reportar el COS (contenidos de carbono orgánico).

Captura de carbono orgánico y carbono del suelo

La captura de carbono en el COS (contenidos de carbono orgánico) se considera una forma de mitigar el cambio climático mediante la reducción del dióxido de carbono atmosférico. El argumento es que pequeños aumentos de COS en áreas muy grandes en tierras agrícolas y pastorales reducirán significativamente el dióxido de carbono atmosférico. Para que la reducción sea duradera, la materia orgánica debería estar en las fracciones más estables o resistentes (Cuadro 1).

¿Qué es la materia orgánica del suelo?

La MOS está compuesta principalmente de carbono, hidrógeno y oxígeno, y tiene pequeñas cantidades de otros elementos, como nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, calcio y magnesio contenidos en residuos orgánicos. Se divide en componentes “vivos” y “muertos” y puede variar desde insumos muy recientes, como rastrojos, hasta materiales en gran parte en descomposición que tienen miles de años. Aproximadamente el 10% de la MOS subterránea, como las raíces, la fauna y los microorganismos, está ‘viva’ (Figura 1).

La MOS existe en 4 fracciones distintas que varían ampliamente en tamaño, tiempo de rotación y composición en el suelo (Figura 1):

  1. materia organica disuelta
  2. materia orgánica particulada
  3. humus
  4. materia orgánica resistente.
Figura 1. La mayor parte de la materia orgánica del suelo está muerta o en descomposición, y los organismos vivos constituyen aproximadamente el 10% de la reserva de materia orgánica del suelo.
Cuadro 1. El tamaño, el tiempo de rotación y la composición de las 4 fracciones de materia orgánica del suelo
Fracción Tamaño micrómetros (µm) y milímetros (mm) Tiempo de rotación Composición
Materia orgánica disuelta <45µm (en solución) Minutos a días Exudados radiculares solubles, azúcares simples y subproductos de descomposición. Por lo general, constituye menos del 5% de la materia orgánica total del suelo.
Materia orgánica particulada 53 µm – 2 mm 2-50 años Materia vegetal y animal fresca o en descomposición con estructura celular identificable. Constituye del 2 al 25% de la materia orgánica total del suelo.
Humus <53 µm Decadal (10 a 100 años) Compuestos orgánicos viejos y en descomposición que han resistido la descomposición. Puede constituir más del 50% de la materia orgánica total del suelo.
Materia orgánica resistente <53 µm – 2 mm 100 a miles de años Material relativamente inerte, como materiales químicamente resistentes o restos orgánicos (por ejemplo, carbón vegetal). Puede ser hasta un 10% de materia orgánica del suelo.

¿Cuánto carbono orgánico del suelo hay en los suelos de Australia?

La mayoría de los suelos de Australia son bajos en COS (Viscarra Rossel et al. 2014). La escasez de precipitaciones, las condiciones cálidas durante gran parte del año y los suelos arenosos limitan la acumulación de COS estable.

Por lo general, el contenido de carbono orgánico de los suelos agrícolas de las tierras áridas de Australia está entre el 0,7% y el 4% (Figura 2), aunque el COS puede ser tan bajo como 0,3% para suelos desérticos y tan alto como 14% para suelos lácteos intensivos. La mayor parte de la materia orgánica se encuentra cerca de la superficie del suelo. En el suroeste de Australia, alrededor del 60% de la materia orgánica en los 30 cm superiores del suelo se encuentra en los 10 cm superiores.

Figura 2. Concentración (%) de carbono orgánico del suelo en los 0-10 cm superiores del suelo. Las áreas de baja confianza son blancas; las áreas grises representan la vegetación nativa y las reservas (Fuente: Griffin et al.2013)

Estimación de las existencias de materia orgánica del suelo a partir del carbono orgánico del suelo

1 Comience con el% de carbono orgánico total medido

Aproximadamente el 58% de la masa de materia orgánica existe como carbono. Podemos estimar el porcentaje de MOS a partir del% de SOC utilizando el factor de conversión 1,72 (derivado de 100/58).

Materia orgánica (%) = carbono orgánico total (%) x 1,72

Este factor de conversión puede variar en diferentes suelos, pero 1,72 proporciona una estimación razonable de la MOS para la mayoría de los propósitos.

2 Convertir% en peso para una profundidad y área determinadas

Existencias de COS en toneladas de carbono por hectárea (tC / ha) = (% de carbono orgánico del suelo) x (masa de suelo en un volumen dado)

Por ejemplo, un suelo con un COS de 1,3% (0,013) y una densidad aparente de 1,2 gramos por centímetro cúbico (equivalente a 1,2 toneladas por metro cúbico), tendría SOC a una profundidad de 10 cm (0,1 m) por hectárea (10 000m 2 ) de:

(0.013) x (1.2 x 0.1 x 10 000) = 15.6tC / ha.

Usando el factor de conversión de 1,72, la cantidad de MOS sería: 15,6 x 1,72 = 26,8 toneladas de materia orgánica.

Ciclo de la materia orgánica del suelo

El tipo de suelo, el clima y el manejo influyen en la entrada de materia orgánica al suelo y su renovación o descomposición. Las precipitaciones son un importante impulsor del crecimiento de las plantas (biomasa) y la actividad biológica que resulta en la descomposición de la materia orgánica que ingresa al suelo. Las diferentes fracciones de MOS (disuelto, particulado, humus y resistente) se revuelven a velocidades muy diferentes (Figura 3). Además, la MOS circula continuamente entre fracciones vivas, en descomposición y estables en el suelo (Figura 4).

Figura 3. Diferentes fracciones de materia orgánica del suelo se descomponen en el suelo durante diferentes períodos de tiempo
Figura 4. La materia orgánica se transforma de una forma a otra a medida que se descompone y cicla en diferentes fracciones orgánicas del suelo (figura adaptada de la publicación de extensión de la Universidad de Minnesota WW-07402)
  1. Insumos: las plantas y los animales pasan a formar parte de la MOS a medida que mueren o crean subproductos.
  2. Transformación: los organismos del suelo se descomponen y consumen materia orgánica, creando diferentes formas de residuos orgánicos. Por ejemplo, los residuos vegetales frescos se rompen en trozos más pequeños (<2 mm) y pasan a formar parte de la fracción de materia orgánica particulada. Este material se descompone aún más y una cantidad menor de material más estable biológicamente ingresa al depósito de humus.
  3. Liberación de nutrientes: los nutrientes y otros compuestos no requeridos por los microorganismos se liberan y luego están disponibles para las plantas.
  4. Materia orgánica estabilizadora: a medida que los residuos orgánicos se descomponen, se vuelven más resistentes a cambios adicionales.

¿Cuánto del carbono orgánico del suelo que ingresa al suelo permanece allí?

Los microorganismos digieren hasta el 90% del carbono orgánico que ingresa al suelo en residuos orgánicos. Al hacerlo, respiran el carbono de regreso a la atmósfera en forma de dióxido de carbono. Si bien hasta el 30% de los insumos orgánicos pueden convertirse eventualmente en humus, dependiendo del tipo de suelo y el clima, en los suelos agrícolas australianos este valor suele ser significativamente menor. Hay 3 factores principales que influyen en la capacidad de un tipo de suelo dado para retener el COS. Los suelos naturalmente más altos en contenido de arcilla generalmente retienen más materia orgánica y, por lo tanto, pueden retener más carbono orgánico que los suelos arenosos.

La MOS es principalmente el resultado de los insumos menos las pérdidas y puede verse influenciada por el tipo de suelo, el clima y el manejo (Tabla 2). SOM aumenta cuando las entradas son mayores que las pérdidas y viceversa. Los insumos dependen en gran medida de la producción de biomasa vegetal, aunque también pueden ser el resultado de enmiendas agregadas a los suelos o subproductos de la producción animal. Las pérdidas ocurren cuando la materia orgánica se descompone y, en algunos casos, con la erosión del suelo.

Cuadro 2 Influencias del suelo, el clima y los factores de gestión en la acumulación de materia orgánica del suelo en Australia Occidental
Factores Influencia
Tipo de suelo
  • La arcilla que se encuentra naturalmente en el suelo se une a la materia orgánica, lo que ayuda a protegerla de la degradación o limita el acceso a ella por parte de microbios y otros organismos.
  • La materia orgánica en suelos arenosos de textura gruesa no está protegida del ataque microbiano y se descompone rápidamente.
Clima
  • En sistemas agrícolas comparables con un tipo de suelo y una gestión similares, la materia orgánica del suelo aumenta con la lluvia. Esto se debe a que el aumento de las precipitaciones favorece un mayor crecimiento de las plantas, lo que provoca que se acumule más materia orgánica en el suelo.
  • La materia orgánica se descompone más lentamente a medida que disminuyen las temperaturas. En Australia Occidental, en condiciones húmedas, cada aumento de 10 ° C en la temperatura duplica la tasa de descomposición de la materia orgánica (Hoyle et al. 2006). Esto significa que las condiciones húmedas y cálidas a menudo resultarán en la descomposición más rápida de los insumos orgánicos.
Manejo de tierras y suelos
  • Maximizar la biomasa de cultivos y pastos mediante una mejor eficiencia en el uso del agua y la gestión agronómica aumentará los aportes de materia orgánica.
  • Como una gran proporción de materia orgánica está presente en los 0-10 cm superiores de los suelos, proteger la superficie del suelo de la erosión es esencial para retener la materia orgánica del suelo.
  • La labranza de suelos estructurados disminuye las existencias de materia orgánica del suelo al exponer la materia orgánica previamente protegida a la descomposición microbiana.
  • Agregar residuos orgánicos fuera de la granja, como estiércol, paja y carbón, puede aumentar la materia orgánica del suelo. Los beneficios agronómicos deben medirse para establecer la viabilidad económica.
  • El paisaje puede influir en la producción de biomasa (insumos) asociada con la disponibilidad de agua.
  • La transferencia de suelo y materia orgánica cuesta abajo a través de la erosión puede aumentar las reservas de materia orgánica del suelo en las partes más bajas del paisaje.
  • Las limitaciones del suelo reducen el crecimiento de las plantas y las tasas de descomposición. Esto podría ralentizar la cantidad y la tasa de transformación de la materia orgánica que se mueve hacia fracciones más estables.
  • Los microorganismos, y en particular las bacterias, crecen mal en suelos fuertemente ácidos o alcalinos y, en consecuencia, la materia orgánica se degrada lentamente en estos suelos.

¿Cómo mido o interpreto los resultados del carbono orgánico del suelo?

Los cambios en el COS estable generalmente ocurren muy lentamente (a lo largo de décadas) y, a menudo, es difícil medir cambios pequeños contra un fondo relativamente grande de carbono del suelo. Los cambios en el COS están determinados en gran medida por la cantidad de biomasa que se cultiva y se retiene por encima y por debajo del suelo.

Aproximadamente el 45% de la materia orgánica es carbono y los suelos de textura más ligera retienen menos del 30% de esto. Por ejemplo, los suelos WA han medido entre 20 y 160tC / ha. Un sistema típico de producción de cereales australiano, con un rendimiento de 2 t / ha de trigo, probablemente retenga de 0,1 a 0,5 t de materia orgánica por hectárea en el suelo cada año. Esto equivale a un cambio en el COS en muchos casos de menos del 1% del stock total.

Se requiere un cambio mayor en las existencias de carbono orgánico total, que puede tardar varios años o más en ocurrir, antes de poder medir un cambio significativo con algún grado de confianza. Dado que es probable que las entradas anuales de residuos orgánicos sean inferiores a 0,2 tC / ha en un sistema típico de cultivo de cereales, el tiempo necesario para detectar un cambio significativo en el COS es generalmente de más de 10 años.

Al monitorear el COS a lo largo del tiempo, se pueden estimar los cambios causados ​​por la gestión (Figura 6). Sin embargo, los residuos frescos (Figura 1) pueden variar ampliamente, dependiendo de los cultivos o pastos cultivados cada año.

La medición precisa de los cambios en el SOC requiere:

  • una estrategia de muestreo del suelo que captura la variación natural del carbono del suelo
  • una medida de la concentración de COS
  • una estimación de la densidad aparente  del suelo para ajustar los cambios en la masa del suelo a intervalos de profundidad específicos.

Es más probable que se observen cambios en el COS en los 0-10 cm superiores del suelo.

Las pruebas de suelo para el carbono orgánico normalmente informan un porcentaje del COS total. Usando una medida de densidad aparente, la cantidad de carbono por hectárea a una profundidad dada del suelo se puede calcular como se mostró anteriormente .

Figura 6 Los cambios en el COS se pueden monitorear a lo largo del tiempo con un programa de muestreo de suelo preciso. Los cambios en el COS total y la distribución del carbono orgánico a diferentes profundidades pueden ayudarlo a comprender cómo las prácticas de gestión influyen en el COS a lo largo del tiempo.

Referencias

  • Griffin, E, Hoyle, FC & Murphy, DV 2013, ‘Soil organic carbon’, en Informe sobre el uso sostenible de los recursos naturales en la agricultura , Departamento de Agricultura y Alimentación, Australia Occidental, consultado el 16 de noviembre de 2016, https: // www. agric.wa.gov.au/sites/gateway/files/2.4%20Soil%20organic%20carbon.pdf
  • Hoyle, FC 2013, Manejo de la materia orgánica del suelo: una guía práctica , Grains Research and Development Corporation, Kingston, consultado el 15 de octubre de 2018, https://grdc.com.au/resources-and-publications/all-publications/publications/2013 / 07 / grdc-guide-managementsoilorganicmatter.
  • Hoyle, FC, Murphy, DV & Fillery, IRP 2006, ‘El manejo de la temperatura y el rastrojo influye en la evolución del CO 2 -C microbiano y las tasas de transformación de N bruto’, Biología del suelo y bioquímica , vol. 38, págs. 71–80.
  • Ingram, JSI, Fernandes, ECM 2001, ‘Manejo del secuestro de carbono en suelos: conceptos y terminología’, Revista de Agricultura, Ecosistemas y Medio Ambiente , vol. 87, págs. 111-117, consultado el 15 de octubre de 2018, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880901001451
  • Viscarra Rossel, RA, Webster, R, Bui, EN & Baldock, JA 2014, ‘Mapa de referencia del carbono orgánico en el suelo australiano para respaldar la contabilidad y el monitoreo nacional del carbono bajo el cambio climático’, Global Change Biology , vol. 20, págs. 2953–2970, doi: 10.1111 / gcb.12569

Categorías: AgriculturaSuelo
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