Dinámica de la Materia Orgánica en el Suelo Dr. Armando Tasistro Director, México y América Central, IPNI, Norcross, GA, EE.UU.

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 (Magdoff y Van Es, 2009)

Lluvia Los contenidos de MO generalmente aumentan con la lluvia promedio – Mayor producción y aporte de biomasa – Con excesos de humedad descomposición más lenta (Magdoff y Van Es, 2009)

Factores naturales Temperatura Lluvia Textura del suelo (Magdoff y Van Es, 2009)

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 texturaMO (%) arenosa ≤ 1 franca2% a 3% arcillosa4% a más de 5% (Magdoff y Van Es, 2009)

Factores naturales Temperatura Lluvia Textura del suelo Drenaje del suelo y posición en el paisaje (Magdoff y Van Es, 2009)

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 (Magdoff y Van Es, 2009)

Factores naturales Temperatura Lluvia Textura del suelo Drenaje del suelo y posición en el paisaje Tipo de vegetación (Magdoff y Van Es, 2009)

Tipo de vegetación bosque tropical bosque templado bosque boreal sabanapradera templada tundra C en biomasa veg C org en suelo tiempo de rotación (año -1 ) carbono orgánico en suelo o en biomasa vegetal (g m -2 ) aporte de carbono en residuos (g m -2 año -1 ) C en suelo biomasa vegetal aporte 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 (Magdoff y Van Es, 2009)

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 SueloErosiónMO (%) Capacidad de agua disponible (%) Corwin ligera moderada severa Miami ligera moderada severa Morley ligera moderada severa (Magdoff y Van Es, 2009)

vegetación nativa conversión a la agricultura labranza convencionallabranza reducida 50% del C suelo inicial C suelo (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 porciento de carbon (Magdoff y Van Es, 2009)

¿Qué tanta MO es suficiente? 16% arcilla 2% MO 50% arcilla 6% MO (Magdoff y Van Es, 2009) Agregación comparable

PATRONES DE VARIACIÓN DEL CONTENIDO DE MO EN LOS SUELOS

Patrones de variación del contenido de MO en los suelos Contenido de MO (%) años (Magdoff y Weil, 2004)

Acumulación de MO Contenido de MO (%) 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 MO Contenido de MO (%) años Apertura a la agricultura de vegetación natural Mayores pérdidas Labranza 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 aportes Remoción de residuos

Ganancias balanceadas por pérdidas Contenido de MO (%) años Ejemplo: sistema de producción de maíz forrajero con aplicaciones masivas de estiércol (Magdoff y Weil, 2004)

Alternancia de fases de aumento y disminución Contenido 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 (Magdoff y Weil, 2004)

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 (Magdoff y Van Es, 2009) 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 (Magdoff y Van Es, 2009)

BALANCE DE LA MO

Balance de la MO (Magdoff y Van Es, 2009) aportes residuos de cultivos estiércoles compostas pérdidas CO 2 (respiración de organismos del suelo) erosión materia orgánica del suelo

aportes  pérdidas  %MO aumenta aportes  pérdidas  %MO disminuye aportes  pérdidas  %MO estable (Magdoff y Van Es, 2009)

Cambio neto en C org en un año = ganancias de C – pérdidas de C – Ganancias  pérdidas  acumulación de C org – Ganancias  pérdidas  disminución de C org (Magdoff y Van Es, 2009)

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 agregados f = fracción de los residuos frescos agregados que no se descompone durante el año 20 a 50 % (Magdoff y Van Es, 2009)

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 en fracción / N del residuo días C en fracción / C del residuo N en fracción / N del residuo

Pérdidas Pérdidas = (k) (MO) MO = cantidad de MO en el suelo k = porcentaje de MO que se pierde por mineralización (pérdida de CO 2 por respiración) o por erosión en un año (Magdoff y Van Es, 2009)

Localidad aplicación de materia orgánica fresca (t ha -1 ) tasa de descomposición de MO fresca en C org del suelo (%) adición de C org al suelo (t ha -1 ) tasa anual k de descomposición del C org del suelo (%) C org del suelo en equilibrio t ha -1 % Bosque tropical Ghana (Ústico) Zaire (Údico) Colombia (Údico Andisol) Bosque templado California (roble) California (pino) Sabana tropical Ghana (1250 mm lluvia) Ghana (850 mm lluvia) Pradera templada Minnesota (870 mm lluvia) (Sánchez, 1981)

LocalidadTratamientoAños bajo cultivo Tasa anual k de descomposición del C org (%) Bosques tropicales Zaire Barbecho sin vegetación Ghana Rotación maíz-yuca Trinidad Rotación de cultivos con leguminosas Trinidad Rotación de cultivos con leguminosas Sabanas tropicales Ghana Rotación de cultivos Senegal Cacahuate continuo Sudán Rotación algodón- cacahuate Zona templada Missouri Maíz continuo Missouri Rotación de cultivos Francia Rotación de cultivos (Sánchez, 1981)

Si el suelo está en una situación bajo condiciones de equilibrio Cambio en MO = 0 = ganancias – (k)(MO) Como bajo condiciones de equilibrio las ganancias son iguales a las pérdidas ganancias = (k) (MO) MO = ganancias/k (Magdoff y Van Es, 2009)

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 kg por ha por año% final de MO en el suelo 2, ,0001, ,5001, ,0002, 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 (Magdoff y Van Es, 2009)

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 kg por ha por año% final de MO en el suelo 2, ,0001, ,5001, ,0002, 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 (Magdoff y Van Es, 2009)

Bajo las misma suposiciones (A=5,000 kg ha -1 año -1 ; f=20%; k=3%) kg ha -1 años MO neta agregada por haAumento en el porcentaje de MO Comenzando con 0.5% MO Comenzando con 1.0% MO Comenzando con 1.0% MO Comenzando con 0.5% MO MO (%) (Magdoff y Van Es, 2009) 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 (Magdoff y Weil, 2004)

Tasas de captura de C en la agricultura Actividad agrícolaPráctica de manejoTasa de captura de C (t C/ha/año) Producción de cultivos Aumentar fertilidad del suelo Mejorar rotaciones Riego Eliminar descansos del terreno Labranza de conservación Retener rastrojo Reducir 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 Aplicar biosólidos 1.0 Conversión de uso de la tierraConvertir tierra degradada a pasturas (Chan et al., 2010) Si 1.5% MO, D a =1.3 g cm cm superiores del suelo pesan 2,000,000 kg ha t MO ha -1

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

Aumentar Ganancias Disminuir Pérdidas (Magdoff y Weil, 2004)

Práctica de manejoInfluencia en MO Rotaciones Cultivos con abundantes residuosMayores aportes anuales Forrajes perennesMayores 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 (Magdoff y Weil, 2004)

Práctica de manejoInfluencia en MO Rotaciones (Magdoff y Weil, 2004)

Práctica de manejoInfluencia en MO Rotaciones Cultivos con abundantes residuosMayores aportes anuales Forrajes perennesMayores aportes anuales (Magdoff y Weil, 2004) 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

Práctica de manejoInfluencia en MO Rotaciones Cultivos con abundantes residuosMayores aportes anuales Forrajes perennesMayores aportes anuales Cultivos de cobertura Producen biomasa cuando el terreno no se usaría para producir cultivos La MO lábil aumenta o estabiliza (Magdoff y Weil, 2004) Ciclo se interrumpe normalmente en etapas tempranas Poca biomasa Degradación rápida

Resultados de experimento de 35 años, Ontario (Canadá) Profundidad (cm) Maíz continuoMaíz-avena-alfalfa fertilizadono fertilizadofertilizadono fertilizado C proveniente del maíz (t/ha/año) C aplicado en el residuo de maíz (t/ha/año) t de C provenientes del maíz retenidas en la MO/t de C aplicadas en el residuo de maíz C total aplicado como residuo vegetal (t C/ha) (Magdoff y Weil, 2004)

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 CO 2 respirado por unidad de C asimilada)

Práctica de manejoInfluencia en MO Rotaciones Cultivos con abundantes residuosMayores aportes anuales Forrajes perennesMayores 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 (Magdoff y Weil, 2004)

Enmiendas orgánicas Parte de estrategia de maximizar diversidad de materiales – Estiércol – Residuos de cultivos – Hojas de árboles – Pasto cortado – Residuos de alimentos – Biosólidos (Magdoff y Weil, 2004)

Estiércol y Compostas Tienden a aumentar más MO por su mayor proporción de compuestos resistentes a la descomposición (Magdoff y Weil, 2004)

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 (Magdoff y Weil, 2004)

Estiércoles Tipo de animal Sistema de manejo Materia seca (%) N P2O5P2O5 K2OK2ON disponible /P 2 O 5 DisponibleTotal (kg/ton) Suino Sin cama Con cama Vacuno (carne) Sin cama Con cama Vacuno (leche) Sin cama Con cama Aves Sin cama Con cama

(Magdoff y Weil, 2004) años Estiércol ganado lechero 2.4% N, 0.7% P Estiércol ganado lechero aplicado para suministrar 150 kg N/ha P acumulado por sobre lo extraído por el cultivo Estiércol compostado 1.7% N, 1.2% P Estiércol compostado aplicado para suministrar 150 kg N/ha t métricas de materia seca para proveer 150 kg N (disponible) por ha acumulación de P (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 (Magdoff y Weil, 2004)

Disminuir Pérdidas de MO Reducir al mínimo – remoción de material vegetal a la cosecha – erosión – pérdidas de C como CO 2 por respiración microbiana (Magdoff y Weil, 2004)

Pérdida de C como CO 2 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 (Magdoff y Weil, 2004)

Labranza intensiva Favorece erosión Residuos se descomponen más rápidamente Labranza cero Mantiene cubierto el suelo Menor descomposición de MO (Magdoff y Weil, 2004)

Acelera la descomposición… agriculture/our_offerings/feature/2011/tillage.page

Acumulación de MO bajo Labranza Cero en relación a Labranza Convencional en varias localidades Variable caracterizadaCanadáAlemaniaItaliaEspañaPortugal Duración del estudio (años) MO en labranza cero (t/ha) MO en labranza convencional (T/ha) Acumulación de MO (t/ha/año) (Magdoff y Weil, 2004)

Resultados de 14 años en El Batán (CIMMYT) tratamientos kg C org ha cm5-10 cm10-20 cm Labr cero/monocult/+ resid Labr cero/rotaciones/+ resid Labr conv/monocult/+ resid Labr conv/rotaciones/+ resid Labr cero/monocult/- resid Labr cero/rotaciones/- resid Labr conv/monocult/- resid Labr conv/rotaciones/- resid 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 cm = 127 ha -1 año -1 (Fuentes et al., 2009)

En resumen Práctica de manejoAumenta GananciasDisminuye Pérdidas Aplicar materiales traídos de otros lugares (estiércol, compostas, otros materiales orgánicos) Sí No (a menos que el residuo quede sobre el suelo) (Magdoff y Weil, 2004)

En resumen Práctica de manejoAumenta GananciasDisminuye 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) (Magdoff y Weil, 2004)

En resumen Práctica de manejoAumenta GananciasDisminuye 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) Incluir en la rotación cultivos que producen alta cantidad de residuos Sí No (a menos que el residuo quede sobre el suelo) (Magdoff y Weil, 2004)

En resumen Práctica de manejoAumenta GananciasDisminuye 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) Incluir en la rotación cultivos que producen alta cantidad de residuos Sí No (a menos que el residuo quede sobre el suelo) Incluir cultivos forrajeros (gramíneas/leguminosas) en la rotación Sí (Magdoff y Weil, 2004)

En resumen Práctica de manejoAumenta GananciasDisminuye 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) Incluir en la rotación cultivos que producen alta cantidad de residuos Sí No (a menos que el residuo quede sobre el suelo) Incluir cultivos forrajeros (gramíneas/leguminosas) en la rotación Sí Reducir la intensidad de la labranza Sí/no 1 Sí 1 La práctica puede aumentar los rendimientos aportando más biomasa (Magdoff y Weil, 2004)

En resumen Práctica de manejoAumenta GananciasDisminuye 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) Incluir en la rotación cultivos que producen alta cantidad de residuos Sí No (a menos que el residuo quede sobre el suelo) Incluir cultivos forrajeros (gramíneas/leguminosas) en la rotación Sí Reducir la intensidad de la labranza Sí/no 1 Sí Usar prácticas de conservación de suelo para reducir la erosión Sí/no 1 Sí 1 La práctica puede aumentar los rendimientos aportando más biomasa (Magdoff y Weil, 2004)

MO EN EL SUELO Y CAMBIO CLIMÁTICO

Atmósfera 780 (aumento anual 3.2) Vegetación 550 (aumento anual 0.7) Suelo (1.0 m prof.) 1,500 (aumento anual  0.1) Océano 550 Biota superficial 3 Inorgánico disuelto37,000 Orgánico disuelto 1,000 (aumento anual  1.8) Combustibles fósiles 5,000 – 10,000  92 fotosíntesis respiración 59 Cambio de uso de la tierra 2.2 descomposición  Ciclo global del carbón Tamaño de los depósitos en Pg C Flujos en Pg C año -1 1 Pg = 1,000 millones de t (Baldock y Broos, 2012)

Atmósfera 780 (aumento anual 3.2) Vegetación 550 (aumento anual 0.7) Suelo (1.0 m prof.) 1,500 (aumento anual  0.1) Océano 550 Biota superficial 3 Inorgánico disuelto37,000 Orgánico disuelto 1,000 (aumento anual  1.8) Combustibles fósiles 5,000 – 10,000  92 fotosíntesis respiración 59 Cambio de uso de la tierra 2.2 descomposición  Ciclo global del carbón Tamaño de los depósitos en Pg C Flujos en Pg C año -1 1 Pg = 1,000 millones de t (Baldock y Broos, 2012)

Atmósfera 780 (aumento anual 3.2) Vegetación 550 (aumento anual 0.7) Suelo (1.0 m prof.) 1,500 (aumento anual  0.1) Océano 550 Biota superficial 3 Inorgánico disuelto37,000 Orgánico disuelto 1,000 (aumento anual  1.8) Combustibles fósiles 5,000 – 10,000  92 fotosíntesis respiración 59 Cambio de uso de la tierra 2.2 descomposición  Ciclo global del carbón Tamaño de los depósitos en Pg C Flujos en Pg C año -1 1 Pg = 1,000 millones de t (Baldock y Broos, 2012) Un cambio de 5% en la cantidad de C org en el suelo podría cambiar el C como CO 2 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 CO 2