MATERIA ORGANICA

Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini

•Formação de minerais argilosos secundários.

•Formação de húmus.

•Formação de complexos húmico-argilosos.

Dos processos que acontecem no solo, três são praticamente

exclusivos dele:

MATÉRIA ORGÂNICA: componente essencial do solo• Favorece a transmissão de ar e água no

solo.

• É fonte é reservatório de nutrientes para plantas e organismos.

• Atenua os processos de compactação.

• Reduz os efeitos negativos do uso de agroquímicos.

• Estabiliza as partículas inorgânicas reduzindo o perigo de erosão.

• Ciclagem de carbono atmosférico.

Términos Precisos:Materia orgánica en general:: comprende micro y meso comprende micro y meso organismos del suelo, raíces de plantas, todo material que organismos del suelo, raíces de plantas, todo material que provenga de organismos muertos y sus productos de provenga de organismos muertos y sus productos de transformación, descomposición y resíntesis.transformación, descomposición y resíntesis.Materia orgánica en sentido restringido: MO, igual al anterior : MO, igual al anterior excluyendo los organismos vivos y raíces. Aprox. 15% de la MO.excluyendo los organismos vivos y raíces. Aprox. 15% de la MO.

Residuo orgánico: restos de plantas y animales sin descomponer : restos de plantas y animales sin descomponer y sus productos de descomposición parcial.y sus productos de descomposición parcial.

Biomasa edáfica: materia orgánica presente como tejido : materia orgánica presente como tejido microbiano vivo.microbiano vivo.Edafón: conjunto de organismos que habitan el suelo.: conjunto de organismos que habitan el suelo.

Humus: Producto de la transformación, descomposición y : Producto de la transformación, descomposición y resíntesis de moléculas orgánicas en las cuales no quedan vestigios resíntesis de moléculas orgánicas en las cuales no quedan vestigios microscópicamente visibles de los tejidos o células originales.microscópicamente visibles de los tejidos o células originales.

Composição média dos resíduos de plantas que se adicionam ao

solo

Composição elementar da matéria orgânica do solo

Substancias Húmicas = 60-90%Sustancia não Húmicas = 40-10%

Tasa de descomposición compuestos orgánicos

Azúcares, almidón y aminoácidos.

Proteínas

Hemicelulosa

Celulosa

Lípidos (ceras, grasas)

Lignina

Descomposición rápida

Descomposición lenta

Descomposición de Compuestos Descomposición de Compuestos Orgánicos en el SueloOrgánicos en el Suelo

Tiempo (años)

Descom

posic

ión

(

%)

0

50

75

1 2

Lignina

Hemicelulosa

Celulosa

Hidrosolubles

3

Ciclo do C na biosfera

Porta, 1994

CICLO del CARBONO

ATMÓSFERA

3 t/ha FOTOSINTETIZADAS

2 t/haRESPIRADAS

GRANO

RESIDUOS(TALLOS Y RAÍCES)

2 t/ha AGREGADAS AL SUELO

SUELO

60 t/ha

30 cm

1 t/haCOSECHA

MATERIA ORGÁNICA FRESCA PÉRDIDAS A LAATMÓSFERA: CO2

COMPUESTOSORGÁNICOSSENCILLOS

COMPUESTOS MINERALESSOLUBLES O GASEOSOS

NUTRIENTESMINERALES

PÉRDIDAS PORLAVADO

Mineralización

rápida

Descomposición ybiodegradación

BIOMASA MICROBIANA

HUMUS

humificación

Asimilación microbiana

Humificación directaMineralización lenta

Reorganizaciónmicrobiana

Transformações da MO.

DECOMPOSIÇÃO: Partição e separação dos resíduos orgânicos incorporados ao solo nos seus componentes orgânicos básicos por ação mecânica da mesofauna.

Participação de enzimas extracelulares liberadas por vegetais e microorganismos

heterótrofos.

MINERALIZAÇÃO: Oxidação de unidades orgânicas básicas por meio de enzimas intracelulares.

AEROBIOSE = CO2, NO3-, SO4

-2, H2O, resíduos resistentes, grande quantidade de energia ANAEROBIOSE = CH4, H2, R- COOH, NH3, R-NH2, R-SH, H2S e resíduos resistentes

Descomposición de la MO• Acción mecánica de la

mesofauna del suelo sobre los residuos orgánicos, particionandolos y separándolos en sus componentes orgánicos básicos.

• Mezcla con los componentes del suelo (arcillas, microorganismos)

Modificaciones químicas muy leves

Materiales orgánicos frescos

M.O. en proceso de descomposición

O processo de decomposição e mineralização de restos orgânicos, é um processo exotérmico. A decomposição e mineralização libera 4-5 calorias por grama de material. Como resultado destes processos no solo produzem-se 5 frações de diferente estabilidade biológica:

• Resíduos carbonados de baixo peso molecular.

• Resíduos precursores do húmus.

• Lignina e produtos resistentes.

• Material orgânico adsorvido nos colóides do solo.

• Biomassa do solo (incluindo células e produtos de síntese microbiana).

Magnitud del proceso de

mineralización

3-8% Compuestos no

húmicos

Residuos orgánicos

100g

60-80%

3-8%

Biomasa

HUMUS

10-30%

Complejo

Húmico

arcilloso

CO2

Número deorganismosmicrobianos

Producción de CO2 y H2O

Compuestos orgánicos frescosaportados

Substancias húmicas edáficas(humus estable)

Contenido de C en el equilibrio (Co)

C.O

.S..

C

añ

adid

o

Compuestos sintetizados por microorganismos

Tiempo

(CA )

NO-3

CO2

C/N

Semanas (tiempo)0 5 10 15

60

20 N

NO-3

Mineralización neta

Inmobilización neta

N

C/N

Adición de abono orgánico

O A

CRResiduos de

PlantasMateria Organica

del Suelo

CO2

Razão C/N aproximada das substâncias húmicas

8 - 15

C = 45 - 65 %O = 27 - 50 %

H = 3 - 6 %N = 2 - 12 %

Composição elementar das substâncias húmicas

Substâncias húmicas

Stevenson, 1982

Son compuestos altamente

polimerizados cuyo peso molecular

puede ir de 10.000 a más de 100.000, su

estructura aromática es

complicada y muy variable.

Estructura de las sustancias húmicas

núcleo

puente

Grupos funcionales

Monómero

Estructura de las sustancias húmicas

núcleos

Grupos funcionales

HUMIFICACIÓN

BIÓTICA ABIÓTICA

Humificacón biológica y abiológica

Humificación biológica

• Con participación de microorganismos

• Mayor velocidad• Humus muy polimerizado• Color oscuro• Levemente ácido• Adecuada saturación de

bases• C/N = < a14• Alto peso molecular• Baja solubilidad

Humificación abiológicaSin participación de

microorganismos• Menor velocidad• Menos polimerizadoMas claro• Muy ácido• Escasa saturación de

bases• C/N 15-30• Menor peso molecular• Más soluble

Factores que influencianla humificación

Humedad

Acidez

TemperaturaAireación

Fraccionamiento químico de la materia orgánica

Materia Orgánica

Materia Orgánica no humificadaMateria Orgánica humificada

Fracción Soluble

PrecipitadoACIDOS HÚMICOS

InsolubleHUMINAS

Fraccionamiento densimétrico

Tratamiento con álcali

Tratamiento con ácido

No precipitadoACIDOS FÚLVICOS

Complexos Húmico - Argilosos

Posíveis formas de união• Interposição entre películas de sesquióxidos

entre a fração orgânica e o material silicatado.

• Interposição de cátions.

• Interação dipolo – dipolo.

• Pontes Hidrogênio.

• Forças de van der Waals.

Estrutura dos complexos húmico-argilosos e formação de agregados do solo.

Bonneau, 1987

Organismos del Suelo

Tipo Fuente de Energía

Fuente de Carbono

Ejemplo

Fotoautótrofos Luz CO2

Plantas superiores, algas, cianobacterias

Fotoorganótrofos LuzSustancias orgánicas

Algunas algas y bacterias

QuimioautótrofosSustancias minerales

CO2Nitrificadores, Thiobacillus

QuimiorganótrofosSustancias orgánicas

Sustancias orgánicas

Animales, protozoos, hongos y la mayoría de las bacterias

Arena 50-2000 m

Limo 2-50 m

Arcilla < 2 m

Bacterias 0.5-1.0 m

Actinomicetes 1.0-1.5 m

Hongos 0.3-10 m

Nematodes1-2 mm (algunos son microscópicos)

Moluscos > 20 mm

Lombrices > 20 mm

Definição:• Animais que participam direta ou

indiretamente dos processos de ciclagem de nutrientes que ocorrem no solo.

• “Verdadeiros Animais do Solo”apresentam mobilidade limitada (redução de asas), redução visual, respiração cutânea, desenvolvimento de órgãos tácteis, baixa resistência à dessecação, pouca pigmentação, tamanho reduzido.

Classificação da fauna do solo, com base na sua ocorrência no ambiente do solo, incluindo

horizontes minerais e orgânicos (Hole, 1981).

Categoria Características Fauna Representativa

Permanente Todos os estágios doanimal residem no solo

Symphyla, Diplopoda,Oligochaeta, Collembola

Temporário Um estágio ativo nosolo, outro não.

Larvas de muitos insetos

Periódicos O animal move-se paradentro e fora do solofrequentemente

Formas ativas de muitos insetos

Alternantes Uma ou mais geraçõesno solo, outras acima dosolo

alguns afídeos e vespas

Transientes Estágios inativos (ovos,pupas) no solo e ativosnão.

Muitos insetos

Acidentais O animal cai ou écarregado pela chuva.

Larvas de insetos que vivem nacopa das árvores.

Funcionalidade:

• Quanto ao hábito alimentar:

-saprófagos

- predadores

- herbívoros

- fitófagos

- onívoros

- micrófagos

• Quanto ao estágio de vida:

-larvas

-pupas

-adultos

-ninfas

Funções da MO

Nas propriedades físicas • Favorece a agregação e estruturação.• Aumenta a retenção hídrica.• Porosidade e arejamento: a MO tende a equilibrar el sistema

poroso.• Regime térmico.• Ação contra a erosão.

Nas propriedades físico-químicas• Aumenta a capacidade de troca de cátions.• Aumenta a capacidade tampão.• Aumenta a estabilidade coloidal como gel.• Tende a acidificar os solos.• Influencia nos processos redox.

Nas propriedades bioquímicas• Fonte de nutrientes. Através da mineralización liberan-se em forma• inorgânica: N - P – S entre outros.• Fonte de energia para processos microbianos.

Conteúdo de MO nos solos

•É muito variável segundo regiões, e numa mesma região segundo o uso do solo. Intervêm nesta variação um amplo leque de fatores.

•De maneira aproximada pode-se dar a seguinte classificaçãopara as condições do Pampa Argentino:

< 0,8 % muito pobre0,8 – 1,7 % pobre

1,7 – 3,0 % mediano3 -4 % bom

> 4 % muito bom

RELEVO CLIMA VEGETAÇÃO

TEMPO ROCHA ORIGINAL HOMEM

Causas de variação do conteúdo de Matéria Orgânica

Alvarez e Lavado, 1998

pp

Tº

++

Mapa de solos 1:500.000

Conteúdo de MO em alguns solos da Argentina

Ordem Grande Grupo MO (%)

Aridisol Natrargid 0,9

Calciortid 1,2

Entisol Fluvacuent 4,8

Torrifluvent 1,9

Cuarpsisament 0,03

Udipsament 0,8

Molisol Argialbol 2,2 - 2,5

Argiacuol 2,0

Natracuol 1,5

Argiudol 2,0 - 4,0

Hapludol 1,0 – 3,5

Haplustol 1,0 - 2,0

Alfisol Natracualf 0,7 - 1

Natrustalf 0,7 - 3,0

Molisol Argiudoles SE Bs. As.

6,0 – 10,0

Biomassa microbiana

• Pequena fração da matéria orgânica total do solo.

• Fundamental nas transformações químicas

• Fonte de nutrientes para as plantas devido ao rápido turnover

• Sua medição pode mostrar mudanças que acontecem no solo bem antes do que elas se apresentarem medindo carbono orgânico total

Fonte: Echeverria et al., 1993

BLOQUE 1

BLOQUE 2

BLOQUE 3

Lugar: Marcos Juárez, Córdoba

Solo: Argiudol típico

Cultivo: 6 anos de monocultura de milho

Amostragem: 0-5 y 5-15 cm.

Costantini, 1997

Costantini et al., 1996

0 1 2 3 4 5 60

100

200

300

400

500

600

r2=0.67

COT (%)

CP

M (

g C

-CO

2 g

-1 s

uel

o h

-1)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.00

100

200

300

400

500

600

r2=0.614

COJ (%)

CP

M (

g C

-CO

2 g

-1 s

uel

o)

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.00

100

200

300

400

500

600

r2=0.233

COV (%)

CP

M (

g C

-CO

2 g

-1 s

uel

o)

Costantini et al., 2009

Siembra Directa

Lab. Vertical

Lab. Convencional

0 20 40 60 80 100

Est. estructural relativa (%)

0 10 20 30 40 50

Agregados estables (%)

Est. Relat.

% agreg. estables

Cosentino et al. 1998

El efecto del clima

Relação entre o CO dos solos pampianos de 0-50 cm com as precipitações médias anuais. Temperatura média da área 14-16°.

Alvarez e Lavado, 1998

precipitações

Relação entre o CO dos solos pampianos de 0-50 cm com a temperatura média anual. Precipitação da área 800-1000 mm.

Alvarez e Lavado, 1998.

El efecto del climatemperatura

SALIDAS

El efecto del clima

temperatura

Relação entre a temperatura do solo a 10 cm e a respiração microbianaem experimentos do Pampa Ondulado.

Conteúdo (%) de carbono orgânico para cada uma das cinco parcelas estudadas nas 7 profundidades amostradas.

Rotação Monocultura 10 anos 30 anos 100 anos

0-5 cm 1,45 a 1,43 a 2,47 b 4,21 c 3,00 b 5-10 cm 1,38 a 1,18 a 1,60 ab 2,40 c 2,09 bc

10-20 cm 1,16 NS 1.18 NS 1,63 NS 1,61 NS 1,88 NS 20-30 cm 0,65 ab 0,58 a 1,26 bc 1,24 bc 1,41 c 30-50 cm 0,55 NS 0,61 NS 0,55 NS 0,58 NS 0,77 NS 50-70 cm 0,37 NS 0,28 NS 0,39 NS 0,37 NS 0,44 NS 70-90 cm 0,23NS 0,40 NS 0,29 NS 0,33 NS 0,37 NS

Valores seguidos pela mesma letra não são significativamente diferentes dentro de uma mesma camada de solo (teste de Tukey, p<0,05). NS- indica que não houve diferença significativa.

Fonte: Costantini, 2003

Estoque de carbono orgânico (kg ha-1) para cada uma das cinco parcelas estudadas nas 7 profundidades amostradas.

Rotação Monocultura 10 anos 30 anos 100 anos

0-5 cm 8219 a 8101 a 11977 ab 21172 c 15707 c 5-10 cm 8826 a 7529 a 9902 ab 15238 c 13084 bc

10-20 cm 14637 NS 14837 NS 19008 NS 18630 NS 22594 NS 20-30 cm 8560 NS 7684 NS 14273 NS 14887 NS 14364 NS 30-50 cm 14063 NS 12949 NS 13458 NS 14517 NS 19891 NS 50-70 cm 8976 NS 6888 NS 9336 NS 8892 NS 10611NS 70-90 cm 5460 NS 6557 NS 6503 NS 7459 NS 8293 NS

Somatória 68741 a 64545 a 84457 ab 100795 b 104544 b

Valores seguidos pela mesma letra não são significativamente diferentes dentro de uma mesma camada de solo (teste de Tukey, p<0,05). NS- indica que não houve diferença significativa.

Fonte: Costantini, 2003

Comparações com as testemunhas…

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0-5 5-10 10-20

Profundidade de amostragem (cm)

Car

bono

org

ânic

o to

tal (

%)

Preparo Reduzido

Plantio Direto

Testemunha

Fonte: Costantini, 2003

10 kg C m-210 kg C m-2

10 kg C m-210 kg C m-2

Como seqüestrar carbono com um rolo compressor!!

XX

+ X

Valores médios de estoque de C para os primeiros 20 cm e para os 2454 Mg ha-1 superficiais.

Estoque C na camada de 20

cm superficiais (Mg ha-1)

Estoque de C para os 2454 Mg ha-1 superficiais

(Mg ha-1) Preparo Reduzido 26.66 a 26.55 a Plantio Direto 27.99 b 27.53 a

Letras diferentes numa mesma coluna indicam diferenças significativas (Teste de Tukey, P<0,05)

Fonte: Costantini, 2003

Costantini et al, 2009

COT 0-5 cm / COT 5-15 cm

SD LC ND0

1

2a

b

c

Sistema de Labranza

Tas

a d

e es

trat

ific

ació

n

COT 0-5 cm / COT 15-30 cm

SD LC ND0

1

2

3

bb

a

Sistema de Labranza

Tas

a d

e E

stra

tifi

caci

ón

COJ 0-5 cm / COJ 5-15 cm

SL LC ND0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5 a

b

a

Sistema de Labranza

Tas

a d

e E

stra

tifi

caci

ón

COJ 0-5 cm / COJ 15-30 cm

SD LC ND0

1

2

3

4

5

6

7

b b

a

Sistema de Labranza

Tas

a d

e E

stra

tifi

caci

ón

APORTES SAÍDAS

Emissão de C-CO2

C-Erodido

C-resíduos vegetais

Carbonoorgânicodo solo

DECOMPOSIÇÃOMINERALIZAÇÃO

EROSÃO

APORTES SAÍDAS

Emissão de C-CO2

C-Erodido

C-resíduos vegetais

Carbonoorgânicodo solo

DECOMPOSIÇÃOMINERALIZAÇÃO

EROSÃO

< >

>

Casanovas et al, 1995

0

10

20

30

40

50

60

70

80

PAMPAARENOSA

SUDOESTEBONAERENSE

SUDESTEBONAERENSE

PAMPADEPRIMIDA

PAMPAONDULADA

Carb

ono

orgá

nic

o (t

/h

a)

Original - Century

Relevamiento

Álvarez R, 2001

História agrícola

% área agrícola

condição climática(t0 e precipitações)

CONTEÚDO DE CARBONO (t/ha) 0-20 cm

Mineralização

Erosão hídrica

Modelo CenturyLevantamento 1970

EROSÃO HIDRICA

Pampa Ondulado

4.6 milhões de has.

Superfície erodida 1.6 milhões de ha.

35 % da superfície

PERDA DO HORIZONTE

A

Principios siglo XX

Extratado de Casas, 2000

Variação do conteúdo de MO no Pampa ondulado

Década del 60

Década del 80

ConclusõesManter ou acrescentar a MOS resulta da realização de um conjunto de “boas práticas” tendentes a lograr o melhor balanço entre os aportes e saídas de carbono.

Balanço de MO = Aporte-C – Saídas-C