MATERIA ORGANICA
Dr. Ing. Agr. Alejandro Oscar Costantini
Dos processos que acontecem no
solo, três são praticamente
exclusivos dele:
•Formação de minerais argilosos secundários.
•Formação de húmus.
•Formação de complexos húmico-argilosos.
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 organismos del
suelo, raíces de plantas, todo material que provenga de organismos muertos
y sus productos de transformación, descomposición y resíntesis.
Materia orgánica en sentido restringido: MO, igual al anterior
excluyendo los organismos vivos y raíces. Aprox. 15% de la MO.
Residuo orgánico: restos de plantas y animales sin descomponer y sus
productos de descomposición parcial.
Biomasa edáfica: materia orgánica presente como tejido microbiano vivo.
Edafón: conjunto de organismos que habitan el suelo.
Humus: Producto de la transformación, descomposición y resíntesis de
moléculas orgánicas en las cuales no quedan vestigios microscópicamente
visibles de los tejidos o células originales.
Composição média dos resíduos de
plantas que se adicionam ao solo
Proteina
10%
Lignina
25%
Lípidos
5%
Carbohidratos
60%
Composição elementar da matéria
orgânica do solo
Hidrógeno
5%
Nitrógeno
5%
Carbono
50%
Oxígeno
40%
Substancias Húmicas = 60-90%
Sustancia não Húmicas = 40-10%
Tasa de descomposición compuestos
orgánicos
 Azúcares,
aminoácidos.
almidón y
 Proteínas
 Hemicelulosa
 Celulosa
 Lípidos (ceras, grasas)
 Lignina
Descomposición rápida
Descomposición lenta
Descomposición
(%)
Descomposición de Compuestos Orgánicos en
el Suelo
0
Lignina
50
75
Hidrosolubles
1
2
Tiempo (años)
3
Ciclo do C na biosfera
Porta, 1994
CICLO del CARBONO
ATMÓSFERA
1 t/ha
COSECHA
3 t/ha FOTOSINTETIZADAS
GRANO
RESIDUOS
(TALLOS Y RAÍCES)
2 t/ha
RESPIRADAS
2 t/ha AGREGADAS AL SUELO
SUELO
30 cm
60 t/ha
Transformações da MO.
PÉRDIDAS A LA
ATMÓSFERA: CO2
MATERIA ORGÁNICA FRESCA
Descomposición y
biodegradación
COMPUESTOS
ORGÁNICOS
SENCILLOS
Mineralización
COMPUESTOS MINERALES
SOLUBLES O GASEOSOS
NUTRIENTES
MINERALES
rápida
Asimilación microbiana
Reorganización
microbiana
BIOMASA MICROBIANA
PÉRDIDAS POR
LAVADO
humificación
Humificación directa
HUMUS
Mineralización lenta
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
CO2
60-80%
Residuos orgánicos
100g
3-8%
Biomas
a
HUMUS
3-8% Compuestos
no húmicos
10-30%
Complejo
Húmico
arcilloso
Número de
organismos
microbianos
C.O.S..
añadido
C
Producción de CO2 y H2O
Compuestos
orgánicos frescos
aportados
Compuestos sintetizados por
microorganismos
Substancias húmicas edáficas
(humus estable)
Tiempo
(CA )
Contenido de C
en el equilibrio
(Co)
C/N
60
20
C/N
NO-3
NO-3
CO2
Adición de 0
abono orgánico
5
10
15
Semanas (tiempo)
O
A
CO2
Residuos de
Plantas
CR
Materia Organica
del Suelo
Composição elementar das substâncias húmicas
C = 45 - 65 %
O = 27 - 50 %
H=3-6%
N = 2 - 12 %
Razão C/N aproximada das substâncias húmicas
8 - 15
Substâncias húmicas
Stevenson, 1982
Estructura de las sustancias húmicas
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
Grupos
funcionales
Grupos
funcionales
núcleo
núcleos
puente
Monómero
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 abiológica
Sin participación de
microorganismos
• Menor velocidad
• Menos polimerizado
Mas claro
• Muy ácido
• Escasa saturación de
bases
• C/N 15-30
• Menor peso molecular
• Más soluble
Humedad
Aireación
Factores que influencian
la humificación
Acidez
Temperatura
Fraccionamiento químico de la materia
orgánica
Materia Orgánica
Fraccionamiento densimétrico
Materia Orgánica humificada
Materia Orgánica no humificada
Tratamiento con álcali
Insoluble
HUMINAS
Fracción Soluble
Tratamiento con ácido
No precipitado
ACIDOS FÚLVICOS
Precipitado
ACIDOS HÚMICOS
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
Húmedo
CLIMA
Aridez
Temp medias
Temp extrem
Entre 5
y8
Altos o
bajos
pH
Bosque latifolidas
Prad. perennes
Mayor
Coníferas
TIPO DE VEGETACION
Cultivo
continuo
Menor
INCORP. DE RASTROJO
Monocultivo
Rotaciones
Bueno
DRENAJE
Deficiente
Tipo
Fuente de
Energía
Fuente de
Carbono
Ejemplo
Luz
CO2
Plantas
superiores,
algas,
cianobacteria
s
Fotoorganótrofos
Luz
Sustancias
orgánicas
Algunas algas
y bacterias
Quimioautótrofos
Sustancias
minerales
CO2
Nitrificadores,
Thiobacillus
Fotoautótrofos
Quimiorganótrofos
Sustancias Sustancias
orgánicas 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
Nematodes
1-2 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 do
animal residem no solo
Um estágio ativo no
solo, outro não.
O animal move-se para
dentro e fora do solo
frequentemente
Uma ou mais gerações
no solo, outras acima do
solo
Estágios inativos (ovos,
pupas) no solo e ativos
não.
O animal cai ou é
carregado pela chuva.
Symphyla, Diplopoda,
Oligochaeta, Collembola
Larvas de muitos insetos
Temporário
Periódicos
Alternantes
Transientes
Acidentais
Formas ativas de muitos insetos
alguns afídeos e vespas
Muitos insetos
Larvas de insetos que vivem na
copa 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 classificação
para as condições do Pampa Argentino:
< 0,8 % muito pobre
0,8 – 1,7 % pobre
1,7 – 3,0 % mediano
3 -4 % bom
> 4 % muito bom
Causas de variação do conteúdo de
Matéria Orgânica
RELEVO
CLIMA
VEGETAÇÃO
TEMPO
ROCHA ORIGINAL
HOMEM
+
pp
+
Tº
Alvarez e Lavado, 1998
Mapa de solos 1:500.000
Conteúdo de MO em alguns solos da Argentina
Ordem
Grande Grupo
Aridisol
Natrargid
0,9
Calciortid
1,2
Fluvacuent
4,8
Torrifluvent
1,9
Cuarpsisament
0,03
Udipsament
0,8
Entisol
Molisol
Alfisol
Molisol
MO (%)
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
Natracualf
0,7 - 1
Natrustalf
0,7 - 3,0
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
CPM (g C-CO2 g-1 suelo h -1)
600
500
400
300
200
r2=0.67
100
0
0
1
2
3
4
5
6
CPM (g C-CO2 g-1 suelo)
COT (%)
600
500
r2=0.614
400
300
200
100
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
CPM (g C-CO2 g-1 suelo)
COJ (%)
600
500
400
r2=0.233
300
200
100
0
0.0
0.5
1.0
1.5
COV (%)
2.0
2.5
3.0
Costantini et al., 2009
0
Agregados estables (%)
10
20
30
40
50
Siembra Directa
Lab. Vertical
Est. Relat.
% agreg. estables
Lab. Convencional
0
20
40
60
80
Est. estructural relativa (%)
100
Cosentino et al. 1998
precipitações
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
temperatura
El efecto del clima
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 clima
temperatura
SALIDAS
Relação entre a temperatura do solo a 10 cm e a respiração microbiana
em experimentos do Pampa Ondulado.
Conteúdo (%) de carbono orgânico para cada uma das cinco parcelas estudadas nas 7
profundidades amostradas.
0-5 cm
5-10 cm
10-20 cm
20-30 cm
30-50 cm
50-70 cm
70-90 cm
Rotação
1,45 a
1,38 a
1,16 NS
0,65 ab
0,55 NS
0,37 NS
0,23NS
Monocultura
1,43 a
1,18 a
1.18 NS
0,58 a
0,61 NS
0,28 NS
0,40 NS
10 anos
2,47 b
1,60 ab
1,63 NS
1,26 bc
0,55 NS
0,39 NS
0,29 NS
30 anos
4,21 c
2,40 c
1,61 NS
1,24 bc
0,58 NS
0,37 NS
0,33 NS
100 anos
3,00 b
2,09 bc
1,88 NS
1,41 c
0,77 NS
0,44 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.
0-5 cm
5-10 cm
10-20 cm
20-30 cm
30-50 cm
50-70 cm
70-90 cm
Somatória
Rotação
8219 a
8826 a
14637 NS
8560 NS
14063 NS
8976 NS
5460 NS
68741 a
Monocultura
8101 a
7529 a
14837 NS
7684 NS
12949 NS
6888 NS
6557 NS
64545 a
10 anos
11977 ab
9902 ab
19008 NS
14273 NS
13458 NS
9336 NS
6503 NS
84457 ab
30 anos
21172 c
15238 c
18630 NS
14887 NS
14517 NS
8892 NS
7459 NS
100795 b
100 anos
15707 c
13084 bc
22594 NS
14364 NS
19891 NS
10611NS
8293 NS
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…
2,5
2
Preparo Reduzido
Plantio Direto
Carbono orgânico total (%)
Testem unha
1,5
1
0,5
0
0-5
5-10
10-20
Pr ofu nd ida de de am os tra ge m (c m )
Fonte: Costantini, 2003
Como seqüestrar carbono
com um rolo compressor!!
10 kg C m-2
10 kg C m-2 + X
X
Valores médios de estoque de C para os primeiros 20 cm e para os 2454 Mg ha -1
superficiais.
Preparo Reduzido
Plantio Direto
Estoque C na camada de 20 Estoque de C para os 2454
cm superficiais
Mg ha-1 superficiais
(Mg ha-1)
(Mg ha-1)
26.66 a
26.55 a
27.99 b
27.53 a
Letras diferentes numa mesma coluna indicam diferenças significativas (Teste de Tukey, P<0,05)
Fonte: Costantini, 2003
a
70
50
6
b
b
Mg N ha -1
Mg C ha -1
60
40
30
1
0
0
Sistema de Manejo
PC
PD
3
10
ND
b
4
2
PD
b
5
20
PC
a
7
ND
Sistema de Manejo
Costantini et al, 2009
COT 0-5 cm / COT 5-15 cm
a
b
c
1
3
Tasa de Estratificación
Tasa de estratificación
2
0
2
COT 0-5 cm / COT 15-30 cm
a
b
b
1
0
SD
LC
ND
SD
Sistema de Labranza
COJ 0-5 cm / COJ 5-15 cm
a
a
3.0
2.5
2.0
ND
Sistema de Labranza
b
1.5
1.0
0.5
7
Tasa de Estratificación
Tasa de Estratificación
3.5
LC
COJ 0-5 cm / COJ 15-30 cm
a
6
5
b
b
4
3
2
1
0
0.0
SL
LC
Sistema de Labranza
ND
SD
LC
Sistema de Labranza
ND
APORTES
SAÍDAS
Emissão de C-CO2
DECOMPOSIÇÃO
MINERALIZAÇÃO
C-resíduos
vegetais
Carbono
orgânico
do solo
EROSÃO
C-Erodido
APORTES
SAÍDAS
Emissão de C-CO2
<
C-resíduos
vegetais
>
DECOMPOSIÇÃO
MINERALIZAÇÃO
Carbono
orgânico
do solo
EROSÃO
C-Erodido
>
Casanovas et al, 1995
CONTEÚDO DE CARBONO (t/ha) 0-20 cm
80
Original - Century
Relevamiento
Carbono orgánico (t/ha)
70
História agrícola
60
% área agrícola
50
condição climática
(t0 e precipitações)
40
30
Mineralização
Erosão hídrica
20
10
Modelo Century
Levantamento 1970
0
PAMPA
ARENOSA
SUDOESTE
SUDESTE
BONAERENSE BONAERENSE
PAMPA
DEPRIMIDA
PAMPA
ONDULADA
Álvarez R, 2001
EROSÃO HIDRICA
Pampa Ondulado
4.6 milhões de has.
Superfície erodida
1.6 milhões de ha.
35 % da superfície
PERDA DO
HORIZONTE
A
Variação do conteúdo de MO no Pampa ondulado
Principios siglo XX
Década del 60
Década del 80
Extratado de Casas, 2000
Conclusões
Manter 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