Formación del humus

En general, humus (del latin humus= tierra, suelo) se refiere a la parte orgánica del suelo y de sedimentos subácueos, y también correspondería a la categoría de materia orgánica disuelta en el agua y muy estable.

Pero antes de entrar de lleno en las propiedades, características y composición del humus es necesario aclarar algunos conceptos sobre otro compuesto existente en la tierra sin el cual, éste no podría actuar como lo hace.

Este compuesto al cual hacemos referencia, es la arcilla, cuya fórmula más generalizada se podría escribir: x Al2O3, y Fe2O3, z SiO2, que ampliando el concepto se podría decir que está formada por hidróxidos de hierro, óxido de aluminio, sílice coloidal, más minerales típicos de la misma como son la caolinita (Si2O5)Al2(OH)4, la montmorillonita Si4O10Al2(OH)2 + n H20, diversas micas, etc. Estos materiales, están tan extremadamente subdivididos, que determinan una enorme superficie de contacto( las partículas de un gramo de arcilla tienen una superficie total de 25 a 900 m2). Esto tiene una enorme importancia en todos los fenómenos de superficie, como la adsorción y los fenómenos electrostáticos.

Sus cualidades adsorbentes le proporcionan una gran capacidad de retener agua, la que a su vez permite la infinidad de reacciones químicas que se verifican en el humus. Su propiedad electrostática negativa, hace que el humus quede fijado a ella y tenga un elevado nivel reactivo.

Si ésta última acción no se verificara, el humus solo tendría una acción muy débil y de corta duración.

Finalmente, antes de entrar específicamente en humus, tengamos al menos una somera idea del origen telúrico de las arcillas.

Las rocas volcánicas primitivas, por acción física y química del agua y de los gases atmosféricos a temperaturas mucho más elevadas que la actual, se fueron degradando en tamaño y composición, dando lugar a las rocas sedimentarias, las que a su vez por los mismos mecanismos antes citados, dieron lugar a las arcillas. Millones de años después aparecieron los compuestos orgánicos y los primeros esbozos de vida; los productos de excreción y de degradación de estos seres y de los posteriores descendientes evolutivos, dieron origen a los “humus primitivos”, que se fijaron a las arcillas dando lugar a las “tierras primitivas” del planeta. La riqueza en elementos nutritivos de las mismas se fue dando concomitantemente con la evolución y diversificación de los seres vivos.

Todos éstos, nacen, crecen, se reproducen y mueren. De la muerte parcial (hojas, material rameal de recambio, flores, frutos), como de plantas que han llegado a su período final de vida, se origina el humus natural por descomposición de las mismas por bacterias, hongos e insectos en la superficie de la tierra. Especialmente los árboles, se autoalimentan de esta forma, sobre todo si pertenecen a ecosistemas boscosos.

La descomposición total, ya la sufren dentro de la tierra, también por bacterias y hongos . No necesitan aditivos artificiales

Este humus, constituye la mayor reserva de carbono orgánico del planeta

Para tener una idea de este aporte de materia orgánica natural por vegetales, baste decir, que los bosques tropicales aportan 150.000 Kg/Ha/año, los bosques de clima templado 25.000, las pasturas 2.300 y las bacterias y hongos 4.500 .

A este humus vegetal, habría que añadir el que resulta de la descomposición de origen animal( deyecciones y animales muertos ).

El dióxido de carbono total resultante de esta descomposición natural representaría menos del 20% de la descomposición animal y más de un 80% al producido por las bacterias y hongos del suelo resultante del metabolismo de los detritus aportados

Los ácidos húmicos, como componentes fundamentales del humus se clasifican, por sus propiedades químicas en humina, ácido fúlvico, ácido hematomelánico y ácidos húmicos I y II. Todos estos a su vez, derivan de la descomposición de: hidratos de carbono como glúcidos, celulosa, hemicelulosas y almidones, perteneciendo estos tres últimos a la categoría de macromoléculas; descomposición de proteínas degradables; descomposición de la lignina.

Además de estos compuestos ya citados, intervienen en la composición del humus: sustancias orgánicas en diversos estados de descomposición, aminas, productos orgánicos de degradación de hongos y bacterias más productos de secreción y excreción de las mismas; proteínas y sus productos de degradación, péptidos y aminoácidos; taninos y sus productos de degradación, polifenoles y fenoles; ácidos orgánicos diversos; enzimas; fitohormonas; clorofila, carotenos y derivados.

Aunque sea redundante, todo lo ya citado, recalcamos, constituye el humus. Este, se fija y rodea a las partículas de arcilla.

Las sales minerales, provenientes también de los detritus superficiales y dejadas libres por los hongos y bacterias, se ionizan en aniones y cationes, que se fijan muy especialmente a los ácidos húmicos y algo a las arcillas. Las bacterias y hongos( actino y basidiomicetos ) coexisten en los espacios dejados por todos los compuestos antes citados.

El conjunto de todas las sustancias expuestas hasta aquí, constituyen y conceptúan las llamadas “Tierras Ricas o Húmicas”.

Todos los seres vivos, nacen, crecen, se reproducen y mueren. De la muerte parcial (hojas, material rameal de recambio, flores, frutos), como de plantas que han llegado a su período final de vida, se origina el humus natural por descomposición de las mismas por bacterias, hongos e insectos en la superficie de la tierra.

Especialmente los árboles, se autoalimentan de esta forma, sobre todo si pertenecen a ecosistemas boscosos.

La descomposición total, ya la sufren dentro de la tierra, también por bacterias y hongos.No necesitan aditivos artificiales.

Este humus, constituye la mayor reserva de carbono orgánico del planeta

Para tener una idea de este aporte de materia orgánica natural por vegetales, baste decir, que los bosques tropicales aportan 150.000 Kg/Ha/año, los bosques de clima templado 25.000, las pasturas 2.300 y las bacterias y hongos 4.500 .

A este humus vegetal, habría que añadir el que resulta de la descomposición de origen animal (deyecciones y animales muertos ).

El dióxido de carbono total resultante de esta descomposición natural representaría menos del 20% de la descomposición animal y más de un 80% al producido por las bacterias y hongos del suelo resultante del metabolismo de los detritus aportados.

Los ácidos húmicos, como componentes fundamentales del humus se clasifican, por sus propiedades químicas en humina, ácido fúlvico, ácido hematomelánico y ácidos húmicos I y II. Todos estos a su vez, derivan de la descomposición de: hidratos de carbono como glúcidos, celulosa, hemicelulosas y almidones, perteneciendo estos tres últimos a la categoría de macromoléculas; descomposición de proteínas degradables; descomposición de la lignina.

Además de estos compuestos ya citados, intervienen en la composición del humus, sustancias orgánicas en diversos estados de descomposición: aminas, productos orgánicos de degradación de hongos y bacterias, más productos de secreción y excreción de las mismas; proteínas y sus productos de degradación: péptidos y aminoácidos; taninos y sus productos de degradación: polifenoles y fenoles; ácidos orgánicos diversos; enzimas; fitohormonas; clorofila, carotenos y derivados.

Todo lo ya citado, recalcamos, constituye el humus.

Este, se fija y rodea a las partículas de arcilla.

Las sales minerales, provenientes también de los detritus superficiales y dejadas libres por los hongos y bacterias, se ionizan en aniones y cationes, que se fijan muy especialmente a los ácidos húmicos y algo a las arcillas.

Las bacterias y hongos( actino y basidiomicetos ) coexisten en los espacios dejados por todos los compuestos antes citados.

La denominación de humus se aplica cuando se ve amorfo, es decir, cuando ha perdido la estructura orgánica microscópica original. Su composición química es variable, dependiendo del ecosistema y de su actividad.

La prueba, es que los ácidos húmicos que intervienen en su constitución tienen un peso molecular que puede variar entre 100 y 20.000:

No obstante, podemos decir que aproximadamente, estaría constituido por moléculas cíclicas muy estables (anillos fenólicos) que actúan como soporte y que serían los llamados ácidos húmicos. Esta presencia está representada, en una proporción de un 30%, y resultan derivados de la descomposición de macromoléculas lineales como hemicelulosas, celulosa y almidones, como de macromoléculas cíclicas como la lignina, siendo esta última la vía más importante. Completan su composición, materia orgánica diversa( depende del ecosistema), y aire y agua; de ésta última, un 40-60% en volumen se halla adsorbida y absorbida.

Volviendo a los ácidos húmicos, al tratarse de moléculas cíclicas resultan muy poco atacables, acumulándose en dicha forma. Son resistentes a la oxidación bioquímica y a la utilización bacteriana.

Los oxhidrilos fenólicos, son la clave de su acción: de las 7 formas resonantes que presenta el fenol, 3 tienen la característica de que la carga negativa se halla alejada del oxhidrilo, lo que hace que el oxígeno del mismo adquiera carga positiva, o dicho de otra forma, tenga una baja densidad electrónica, esto permite que el hidrógeno unido al oxígeno tome el carácter de protón y tienda a separarse con facilidad, dando lugar a un ion resonante estable. Es por eso, que por su carácter “enólico” tiende a comportarse como un ácido, y ese ión resonante estable que se comporta como anión se conoce como fenóxido, el cual se combina con los metales pesados( electropositivos ), formando quelatos. Son la principal fuente de hierro aprovechable por los vegetales, puesto que se descomponen fácilmente al rango de pH que normalmente tiene la tierra. Además, tienen acción queladora sobre metales pesados tóxicos, con la diferencia de que éstos no son liberados tan fácilmente.

También captan moléculas orgánicas con carga positiva, como por ejemplo aminoácidos a través de sus grupos amino, pero en estos casos, no solo depende del pH sino del Punto Isoeléctrico de estos últimos, comportándose en estos casos como otra de las fuentes de reserva de nitrógeno.

Las materias húmicas, pueden ser muy viejas; a medida que aumenta su edad, la relación Carbono/Nitrógeno (C:N) aumenta. Esto se debe a que los compuestos nitrogenados se degradan con mucho mayor velocidad que los compuestos carbonados. Esta edad se puede estimar en base al contenido de C14.

Los procesos de formación del ácido húmico se aceleran en el suelo en función de la extensión superficial de las arcillas y del oxígeno gaseoso presente dentro y fuera del suelo.

Ya habíamos dicho que los ácidos húmicos ya formados son difícilmente degradables, pero existen materiales que se descomponen o transforman con mayor rapidez y este materia, puede dar también, en proporción creciente, a medida que se acumula, moléculas o parte de moléculas con estructuras de ciclos o anillos.

Todos los materiales citados como productores de ácidos húmicos, así como las proteínas , no pueden ser degradados ni transformados sino por la acción de enzimas que sólo las producen los hongos y las bacterias presentes en el suelo.

Ligninas y celulosas no son digeridas por animales superiores, si éstos no poseen en su aparato digestivo los microorganismos necesarios y el proceso de su ataque se continúa en el suelo por hongos y bacterias. Los excrementos de estos microorganismos constituyen centros de gran actividad bioquímica a este respecto y son un elemento característico de la estructura del suelo.

La transformación de la materia orgánica en humus es lenta, pero la velocidad de transformación no es uniforme; los primeros cambios son más rápidos: los glúcidos (hidratos de carbono) se descomponen con facilidad y los fosfatos se hidrolizan rápidamente; además va separándose el nitrógeno de los aminoácidos provenientes de la degradación de las proteínas. Todo esto hace que aumente el porcentaje de Carbono y la relación entre los elementos Carbono, Nitrógeno y Fósforo va evolucionando. Este proceso, no siempre se verifica, sobre todo si se trata de zonas muy húmedas y lluviosas, ya que el Nitrógeno y el Fósforo pueden ser lavados y arrastrados a zonas profundas. Además, en el caso específico del Fósforo, si el terreno no tiene la cantidad suficiente de Calcio se agrava el problema, por el hecho de que lo ideal es que el Fósforo se fije como fosfatos o superfosfatos que son muy poco solubles en agua.

Rutinariamente, lo que se determina es el Carbono y el Nitrógeno.

El Carbono se determina por combustión seca o húmeda y el Nitrógeno por el método de Kjeldahl.

El cociente en peso Carbono/Nitrógeno (C/N) en suelos cultivados se encuentra en valores entre 8 y 15 con una media de 10. En climas fríos, estos valores pueden llegar a 30. Pero estos valores pueden resultar ser bastante relativos. Si dieran valores iguales o aproximados para dos ecosistemas con características biológicas y ambientales diferentes, en este caso, tanto el Carbono como el Nitrógeno podrían estar formando parte de compuestos lo suficientemente diferentes en cuanto a sus características de degradación y aprovechamiento.

En todos estos cambios intervienen bacterias. Es notable la actividad desnitrificadora bacteriana que elimina cualquier exceso de Nitrógeno; los fijadores de Nitrógeno (Azotobacter, Beijerinckia) actúan en sentido opuesto aumentando la proporción de Nitrógeno. En definitiva, la composición química del humus es una consecuencia del ecosistema que se estudie; de ahí que no se puede concebir su existencia como un estado estacionario sino en función de las características del ecosistema entero y de su sucesión.

En realidad no tiene la suficiente rigidez científica hablar de tipos de humus y de sus propiedades, ya que se trata de polímeros complejos de los cuales sólo se conocen algunas propiedades en cuanto a la solubilidad de los ácidos húmicos y muy probablemente, al someterlos a la acción de solventes, muchas otras sustancias presentes en el humus, y que son variables, se incorporen al solvente utilizado.

Ordinariamente, como ya dijimos se distinguen cuatro fracciones, conocidas como : huminas, ácido fúlvico, ácido húmico y ácido hematomelánico.

Se suele hacer una distinción entre “humus ácido no saturado” y “humus saturado”, pero sólo con un criterio práctico.

“Humus ácido no saturado”: es el que se encuentra en turberas y suelos pobres, en ecosistemas con poca vida bacteriana. Su característica principal es que tiene propiedades queladoras, es decir que capta diversos metales. Funcionaría como “coloide protector” sobre todo para Hierro y otros metales pesados.

“Humus saturado o negro”: predomina en suelos forestales y cultivables, que tienen una flora microbiana rica y presenta la particularidad de estar neutralizado ordinariamente con Calcio.