DinÁmica Del carbono y Del nitrógeno en

los suelos

São Paulo 2015

A l e x A n d r e M A r c o d A S i l v A

DinÁmica Del carbono y Del nitrógeno en

los suelos

Copyright © 2015 by Editora Baraúna SE Ltda

Capa Jacilene Moraes

Diagramação Felippe Scagion

CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO-NA-FONTESINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ

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S578d

Silva, Alexandre Marco da Dinâmica del carbono y delnitrógenoenlossuelos/Alexandre Marco da Silva. - 1. ed. - São Paulo: Baraúna, 2014.

ISBN 978-85-437-0345-9

1. Agronomia - Estudo e ensino. I. Título.

14-18580 CDD: 630.7 CDU: 630.7

________________________________________________________________11/12/2014 11/12/2014

Impresso no BrasilPrinted in Brazil

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Sumário

Prólogo .................................................................... 7

- 1 - Suelo y cubierta del suelo. ................................ 9

1.1. Concepto de Suelo y de Calidad del Suelo. .......... 9

1.2. Actividades humanas y cambios en la cubierta del suelo. ................................................................. 13

- 2 - La Materia Orgánica del Suelo. ...................... 17

2.1. El concepto de Materia Orgánica del Suelo. ..... 17

2.2. La dinámica de la MOS y del C. .................... 18

- 3 - Carbono y Nitrógeno en los Suelos. ................ 23

3.1. Conceptos. ..................................................... 23

3.2. Stock de C. .................................................... 28

3.3. Relación entre C y N en la MOS. .................... 30

3.4. Carbono Lábil. .............................................. 31

3.5. Índice de Manejo de Carbono. ........................ 33

3.6. Procedimientos analíticos para análisis de labili-dad del C. .......................................................... 35

- 4 - Isótopos Estables de Carbono y Nitrógeno. .... 39

4.1. Isótopos y composición isotópica. ...................... 39

4.2. Dilución isotópica del C y del N en el suelo. ..... 46

4.3. Consideraciones acerca del 15N de la MOS. ...... 48

- 5 - Paisajes Isotópicos. ......................................... 51

5.1. Geotecnologías y la elaboración de paisajes isotó-picos. .............................................................. 51

5.2. Teledetección y aplicaciones in la cartografía de C en suelos. ............................................................ 56

- 6 - Observaciones Finales. .................................... 59

- 7 - Referencias Bibliográficas. .............................. 63

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Prólogo

A través de esta sencilla obra mi objetivo es presen-tar informaciones acerca de un tema poco divulgado, bajo la forma de libros didácticos y en el idioma español, titulado: “Características cuantitativas y cualitativas acer-ca de la materia orgánica de los suelos (MOS)”. En los capítulos siguientes son presentados de manera sucinta, conceptos de suelo, de la MOS y de la influencia de la MOS en el proceso de evolución, clasificación y conser-vación del suelo.

Hay también la descripción de la influencia del Carbono (C) y del Nitrógeno (N) en la cantidad y en la calidad de la MOS a través de estudios de stocks de C y de estudios de la señal isotópica de estos elementos. Finalmente, hay el concepto de paisajes isotópicos, re-lacionando datos de δ15N y, principalmente, datos de δ13C, obtenidos en trabajos de campo y con informacio-nes procesadas a través de recursos geotecnológicos.

Deseo que el contenido de esta pequeña obra sea de gran provecho para estudios y trabajos de investigación acerca de la dinámica de la MOS en los diversos ambientes ibero-americanos y también en otras regiones del mundo.

Finalizo con uno agradecimiento muy especial a Ana Cecilia Arroyo Santos (in memorian). La Ana fue una In-

geniera peruana (ciudad de Arequipa) que desarrolló su maestría en lo Brasil, bajo mi supervisión, sobre el tema desarrollado en este libro. Lo esfuerzo de publicar este libro en Español (mismo con algunos pequeños errores gramaticales - my solicitación de perdón a las personas do idioma español), es una tentativa de homenaje que yo quiero registrar aquí para esta querida amiga.

El autor.

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Suelo y cubierta del suelo.1.1. Concepto de Suelo y de Calidad del Suelo.

Los suelos son cuerpos tridimensionales y constituyen el resultado de un conjunto de procesos biogeoquímicos, biogeomorfológicos y biogeofísicos. Sus características varí-an espacialmente y temporalmente. Son formados por una fase sólida y otra fluida. La fase sólida está compuesta por la fracción mineral y por la fracción orgánica, cuyas propor-ciones son muy variables, dependiendo de las características morfológicas, físicas, mineralógicas, químicas, hidráulicas, y biológicas del suelo local y las características del clima, la topografía, el tipo de cubierta de la tierra y el tipo de manejo impuesto sobre el suelo.

En el perfil vertical de un suelo es posible hacer la división de este perfil en capas (horizontes). Estos ho-rizontes tienen características muy variables en espesor, contenido de materia orgánica y textura. Todas estas ca-racterísticas determinan la capacidad del suelo de una lo-calidad a ser utilizado de manera optimizada, con el fin de tener un mejor retorno económico y con una sosteni-bilidad continua en el mediano y largo plazo. La Figura

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1.1 muestra un perfil hipotético y una breve descripción de cada estrato o capa.

Figura 1.1. Perfil hipotético de un suelo que muestra la división

entre los horizontes o estratos (Silva et al. (2007) - traducido).

Los horizontes son una característica morfológica fun-damentalde los suelos para la producción de alimentos, fi-bras y combustibles. También tienen un papel central en la determinación de la calidad del medio ambiente (Palm et al., 2007). El suelo está formado por subsistemas abiertos representados por las plantas, microrganismos y materia mi-neral y orgánica, los cuales son relacionados y están en cons-tante intercambio de materia y energía entre sí.

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Los factores que interfieren en los subsistemas au-mentan o disminuyen los flujos de materia y energía en el suelo, reflejando directamente la cantidad de carbono (C) almacenado en el suelo y en el nivel de organización de este sistema (Vezzani, 2001).

Las funciones del suelo constituyen la base para la interpretación de la calidad. La interpretación de los da-tos de calidad del suelo desde el punto de vista de los procesos físicos, químicos y biológicos realizados por los investigadores, debe ser parte importante de una evalua-ción de los ecosistemas. El proceso de evaluación o inde-xación siempre lleva a la cabo “padrones” o condiciones conocidas, obtenidos generalmente de áreas llamadas “áreas de referencia” (Karlen et al., 2001).

Para Doran y Parkin (1994) calidad del suelo cons-tituye la capacidad de un suelo de poder funcionar entre los límites de un ecosistema natural o manejado, con-siguiendo soportar la productividad de las plantas y de los animales, manteniendo o aumentando la calidad del aire y agua, promoviendo la salud de las plantas, de los animales y del hombre. En este sentido, Doran y Zeiss (2000) identificaron la calidad de los suelos como la base para el desarrollo de una agricultura sostenible y para la calidad del ambiente.

Inicialmente, el contexto de la calidad del suelo es-taba vinculado a la agricultura (Figura 1.2). Aun siendo un factor fuertemente vinculado al contexto de la soste-nibilidad ambiental en la agricultura, el concepto ganó nuevas aplicaciones.

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Esto sucede debido a que las variables indicadoras de la calidad pueden verse afectadas no únicamente por el uso agrícola, sino también en las áreas de minería, vertederos sanitarios, la expansión urbana, entre otras tendencias de transformación antropogénica del paisaje. Lo estilo de las nuevas formas de desarrollo, sin duda, afecta a los suelos locales, proyectando cambios en el perfil del suelo para un nivel de paisaje amplio, debido a cambios en la topografía, los cambios en la cubierta vegetal, el uso de maquinaria pesada, entre otros (Bullock y Gregory, 2009).

Figura 1.2. Jerarquía de las relaciones de la calidad del suelo para la sostenibilidad agrícola (Karlen et al., 2003 - traducido).

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1.2. Actividades humanas y cambios en la cubierta de la tierra.

La intensidad, la magnitud y el alcance espacial de los cambios provocados por la acción humana en el planeta no tienen precedentes. La capa vegetal, de crucial importancia para la manutención de la vida en la superficie del planeta, tiene sufrido modificaciones, debido a lo uso del suelo. Esto uso constituye intenciones humanas o propuestas relativas a uso de lo espacio para diversas finalidades. Los cambios en la cubierta de la tierra son tan sorprendentes que, tomados en su conjunto, se supone que alteran significativamente los aspectos fundamentales del funcionamiento ecológico del planeta (Lambin y Meyfroid, 2011).

Teniendo en cuenta que la cubierta de la tierra se refie-re al tipo de elemento físico que es efectivamente observado sobre la superficie terrestre, se puede clasificar tipos de vege-tación (fitofisionomias o formaciones fitofloristicas), tipos de terreno (desiertos, glaciares), tipos de cuerpos hídricos (lagos, ríos), infraestructura (carreteras, edificaciones), en-tre otros (Jonathan, 2005). Por otra parte el uso del suelo propiamente dicho hace referencia a la actividad humana o la función económica desempeñada por cada región (Lille-sand y Kieffer, 2000).

La complejidad de las normas de uso del suelo surge de la grande variabilidad de los factores socio – económicos y de la naturaleza diversa del medio biofísico que actúan como vectores condicionados de la dinámica de ocupaci-ón y de uso de suelos. Por su vez, la presión sobre la base de los recursos naturales y los cambios de estado, asociada

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a las alteraciones en los servicios ecosistémicos, generan impactos tanto en los sistemas naturales como humanos. Esta situación crea un proceso dinámico de retroalimen-tación (feedback), con nuevas presiones de cambio de uso del suelo (Vitousek et al., 1997) (Figura 1.3).

Figura 1.3. Influencia del uso y cubierta de la tierra de retro-alimen-tación (feedback) en el proceso cíclico existente entre los ecosistemas,

los sistemas naturales y humanos (Jonathan, 2005 - traducido).

Ejemplificando, Araujo et al. (2007) compararon la calidad del suelo en áreas de Cerrado nativo y en áreas bajo diferentes usos (en Brasil). Fueron mostradas capas de suelo clasificado como Oxisol rojo-amarillo que esta-ba bajo cuatro tipos de cubierta: pastaje natural, pastaje cultivada, cultivo convencional con cultivos anuales y reforestación de Pinus sp. Analizaron las variables: densi-dad del suelo, resistencia a la penetración, tasa de infiltra-ción de agua, contenido de materia orgánica, capacidad de intercambio iónico, C total de biomasa microbiana y respiración basal. Los autores observaron relación estre-

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cha e inversa entre la calidad del suelo y la intensidad de manejo en las áreas estudiadas. Estos resultados indicaron la mayor susceptibilidad a la erosión en áreas de cultivo, pues los parámetros porosidad, resistencia mecánica a la penetración, C orgánico y infiltración demostraron la baja calidad de los suelos de esas áreas.

A su vez, Cavenage et al. (1999) analizaron las alte-raciones de las propiedades físicas y capacidad de recupe-ración de un Oxisol rojo-oscuro, bajo diferentes cultivos. Las muestras fueron colectadas en suelos bajo cultivo de maíz, plantaciones de Pinus sp. Eucaliptus sp., pastaje, vegetación ribereña (10 años después de intervenciones de recuperación) y Cerrado (categoría de sabana que oc-curre en Brasil).

Para todos los tipos de cubierta fueron tomados muestras en tres profundidades (0,00-0,10, 0,10-0,20 y 0,20-0,40 m), en áreas pertenecientes a una hacienda de enseñanza y investigación. Las variables estudiadas en ese trabajo fueron: macroporosidad, microporosidad, poro-sidad total, densidad del suelo, análisis granulométrico y resistencia a la penetración. Los autores observaron alte-raciones en las propiedades físicas del suelo conforme los usos. Las áreas con vegetación ribereña y aquellas refores-tadas con Pinus sp. fueron las que más se aproximaron a las condiciones naturales. Las áreas representaron mayor alteración en la profundidad de 0,00-0,10 m., con ex-cepción del área con cultivos de maíz. De esta forma, se mostró, una vez más, que la mayor susceptibilidad de los cambios de calidad de los suelos bajo diferentes usos del suelo, en especial en áreas de cultivo.