Curso avanzado sobre Bioquímica del suelo. 4. (Salvador González Carcedo) Mi perspectiva histórica sobre los compuestos humificados

Mi perspectiva histórica sobre los compuestos humificados

 

Si la clasificación de distintos tipos de Humus patrocinada por Duchaufour tuvo repercusión en Europa, se debió a su capacidad de responder a una demanda social que pedía aclarar qué era eso del Humus con respuestas sencillas.  Así, el grupo de Edafología Biológica de Nancy introdujo criterios de evolución de fácil comprensión y de gran interés edafológico en lo mineral y en lo orgánico.

 

Para exponer la problemática que justifique las distintas versiones sobre las subfracciones que configuran el humus, he pensado en realizar un análisis de los distintos criterios de extracción que, aun hoy, mantienen las distintas escuelas del mundo (anglosajona, franco-canadiense y rusa) que acompañan a su clasificación. Matizar sus discrepancias, que justifican la situación actual, tiene valor formativo para llegar a entender la situación actual.

 

  

Wallerius en 1761 define el humus en términos de materia orgánica descompuesta, pero Walksman, en 1936 advierte que “ciertos intentos de división del humus, sobre las bases de su utilización práctica puede ser en gran parte artificial”. Independientemente de quien tiene razón, la escuela anglosajona optó por la prudencia de Walksman, y manejó, hasta hace pocos años, “suelo activo” (una fracción de tamaño inferior a 2mm), que contiene simultáneamente la materia orgánica humificada (neomasa) y el resto de los materiales orgánicos en su “totalidad” (biomasa, necromasa, secreciones y copromasa). Frente a los franceses, los anglosajones nunca pretendieron obtener los compuestos húmicos de los complejos organo-minerales in sensu estricto.

 

 

Por ello, para extraer los compuestos humificados (y todo lo que se hidrolizara), la escuela anglofila y sobre todo Schnitcher (Holandés, reubicado en Canadá), aplicaron durante muchos años, soluciones alcalinas diluidas (inicialmente 0,1N NaOH, y muy posteriormente 0,1M Pirofosfosfato sódico) a muestras de suelo sin fraccionar.  Las fracciones orgánicas así obtenidas, estaban “deslocalizadas” y difusas dentro del gran contexto “Materia Orgánica del Suelo”.  Todavía hoy, como indicaba en el apartado 3 de este curso, se confunde materia orgánica del suelo y materiales orgánicos presentes en el suelo. La advertencia de Walksman quedó olvidada, al no advertir la capacidad neoformadora de la sosa sobre los materiales orgánicos en presencia de arcillas (una de mis primeras anotaciones experimentales).

 

A lo obtenido en solución se denominó compuestos humificados y a lo que no se podía extraer se le llamó de humina. Una posterior acidificación (pH < 1,0) de la fracción soluble, permitía precipitar una sub-fracción (ácidos húmicos) y el resto, soluble a ese valor de pH se le llamó ácidos fúlvicos. Así tenemos la primera clasificación de compuestos humificados, cuyos nombres llegan hasta nuestros días.

 

Al tratar la fracción de ácidos húmicos con distintas mezclas acuosas de disolventes orgánicos, siguiendo criterios de fraccionamiento al uso para aislar carbohidratos, (componentes de las membranas y paredes vegetales), se obtuvieron, dos nuevos grupos moleculares menos “famosos”: Los ácidos crénicos / apocrénicos y los humatomelánicos. Estos nombres, aplicados a suelos por la escuela rusa de Kononova y Alexandrova, ya existían. Berzelius los obtuvo respectivamente a partir de aguas ferruginosas y de aguas encharcadas (hoy anmor) en su intento, loable en la época, de aportar una formulación cuantitativa (en C, H, O y N) a las distintas fracciones orgánicas conocidas.

 

La gran diferencia que separa la concepción anglo-norteamericana de las rusa y francófona, es aquél concepto de Wallerius y la focalización para aislar directamente los materiales semidegradados que forman quelatos y complejos organominerales, hoy aceptada por todos. Ello permitió a rusos y franceses orientar el uso del Pirofosfosto, para extraer “todos los compuestos orgánicos que mantienen una unión con los minerales” gracias a su capacidad para formar algún tipo de enlace (rusa y franco-canadiense). Para conseguirlo, previamente había que aislar a los agregados que contenían a los complejos organominerales (COM). Por ello los estudios de la escuela de Kononova, de mediados del siglo pasado tuvieron una especial relevancia, en su intento de estudiar la “materia orgánica evolucionada” y el comportamiento específico de los complejos de Fe y de Al en medios podzólicos. Así se trabaja con la materia orgánica degradada, que muchos autores llaman SOM (Soil Organic Matter)” y personalmente NEOMASA, para diferenciarla de SECRECIONES, BIOMASA, NECROMASA y COPROMASA, y de los materiales orgánicos aportados, pero no integrados en el suelo.

 

La escuela francesa de Nancy, y en particular el grupo de Silvain Brukert, (mi maestro y gran experto no solo en Edafología, sino también en geoquímica y química de ácidos orgánicos solubles) combinó las referencias de Kononova, (complejos argilohúmicos y su interés en la formación de suelos) con sus inquietudes sobre la organización y estabilidad de la estructura agregacional y su composición y distribución según los criterios de evolución edafogénica de interés agrario y forestal de la zona.

 

Mostró, que en el interior de los agregados organominerales del suelo, y gracias a su disgregación mecánica en medio acuoso, que existía una fracción coloidal de muy difícil precipitación (incluso con ultracentrífuga) que variaba con el tipo de agregados que manejara. Además, en el interior de los agregados había una gran heterogeneidad en cuanto a composición y estado de evolución de la MO, que visualizada fotográficamente, con ayuda de Kilbertus, mostraba una colonización bacteriana intensa. Como gran novedad nos dejó una nueva solución de extracción, el Tetraborato sódico apenas experimentada.

 

En su estrategia global Bruckert aplicó los reactivos en forma secuencial, únicamente a la fracción de agregados del suelo, siguiendo una personal visión de la organización real y funcional de sus constituyentes, tanto orgánicos como minerales. Esto le permitió obtener una información valiosa y cuantificada de la naturaleza de los materiales y de la forma en que se conformaban los complejos organominerales predominantes en cada tipo de suelo.  Además permitía llegar hasta el análisis de los componentes de la humina, lo que facilitó el intento de establecer determinados indicadores moleculares, como el ácido d-aminopimélico, que permitiera conocer, que tipos de actores biológicos eran mayoritarios en el proceso general de génesis de suelos, en las distintas edafogénesis.

 

Entre otros muchos avances, se llegó a mostrar que la aplicación directa de sosa a los suelos, (que Schnitzer venía utilizando de forma exclusiva), generaba enormes cantidades de humina de “neoformación”, al tratar al suelo en su globalidad y de manera directa.  También, el “grupo de Nancy” (entre los cuales me incluyo), conocimos que sus extractos de tetraborato, una vez liofilizados, eran unos polvos blancos de materia orgánica, muy ricos en carbohidratos y aminoácidos (dominantes), con muy bajas concentraciones de fenoles (minoritarios). Esto hoy forma parte del denominado pool de evolución rápida, o biológicamente activo (o eso creemos).

 

En esta línea, su tesis doctoral, Enrique Barriuso (1985), hecha sobre suelos de Burgos, mostró cómo la fracción de ácidos fúlvicos, obtenida con pirofosfato, son moléculas que, conformando ya complejos organominerales, presentaban una riqueza extraordinaria en aminoácidos, péptidos y oligosacáridos.  La evolución de estos hacia ácidos húmicos, participada por acciones enzimáticas (mediadas por necesidades nutricionales de seres vivos) hacía que en los nuevos productos, su riqueza en compuestos fenólicos fuera creciendo, y la capacidad de reacción de estos últimos se fuera acomodando a los modelos de Stevenson (1982) tanto para ácidos fúlvicos como húmicos.

 

Trabajos “ex situ” desarrolados por Francis Andreux, mostraban la capacidad de reacción de los denominados “precursores húmicos” (moléculas simples, aminoácidos, mono o di fenoles, mono y oligosacáridos) y justificaron la “manía”, de otros grupos de la época, integrados en la ORTOM, de clasificar las plantas, que crecían bajo distintas climatologías de todo el mundo, según su potencialidad para ceder al suelo, cuando se transformaban en necromasa, componentes moleculares como aminoácidos monosacáridos y monofenoles.

 

Hoy, basados en los nuevos escenarios de defensa del suelo y del papel que éste puede ejercer como sumidero de C, las concepciones de las distintas escuelas van confluyendo lentamente, y digo casi, ya que apenas se tienen en cuenta las SECRECIONES con la excepción de la glomalina, de la que ya hablaremos mas adelante, y el mucigel, dibujado siempre que se incluye una raíz.

 

El interés de mostrar una descripción molecular de los componentes humificados ha sido abandonada, dado que sus estados de evolución de esas moléculas conforman un continuum mas o menos reversible, controlado mediante catálisis química y enzimática sobre los precursores húmicos presentes en la solución del suelo (interna o externa a los agregados, y por el estado de satisfacción de las necesidades nutricionales de los seres vivos que colonizan cada suelo, que a su vez depende de factores de formación como es el clima o la naturaleza de los minerales. Ello obliga a la reposición de la MO con nuevos materiales.

 

Este comportamiento “reversible” de los compuestos humificados y respecto al segundo apartado, obliga a tener presente tres hechos precisos para mantener la capacidad productiva de todo agrosistema:

 

  • La capacidad y ritmo de las demandas de masa y energía y (consumo de nutrientes) e índice respirométrico (capacidad para metabolizar las moléculas orgánicas y extraer su energía de enlace) de los seres vivos que viven en y sobre la superficie de cada tipo de suelo (producciones agrarias).
  • La capacidad de restituir los consumos realizados, mediante nuevos insumos (aportes) naturales o antrópicos, que sean adecuados para cada sistema suelo receptor en unas condiciones determinadas (edafocompatibilidad).
  • Las propiedades biológicas de estos compuestos humificados, sobre los distintos sistemas radiculares y componentes biológicos del suelo, los que lleva a desarrollar una amplio conjunto de estimuladores del desarrollo y a estudiar como se pueden obtener nuevas sustancias con capacidad biomimética, por parte de la industria (campo poco cuidado por los edafólogos españoles y muy apreciado por los agricultores). 

 

Desde este nuevo prisma dinámico, a los compuestos orgánicos (humificados o no) Stevenson (1994) y prácticamente la totalidad de las escuelas de edafología, les incluye según su cinética de evolución, dentro de grupos moleculares o pools (grupos moleculares diferentes, asociados a una velocidad de transformación similar) de cinéticas lenta o pasiva (ácidos húmicos), media y rápida o activa (ácidos fúlvicos), mientras que las fracciones de compuestos orgánicos, son los conjuntos moleculares al estilo clásico (proteínas, carbohidratos, polifenoles, etc.) que pueden participar en uno o varios pools.  Pero de estas fracciones y de cómo se transfieren de un pool a otro, también hablaremos más adelante.

 

En esta situación en que nos encontramos, y respecto de la subfracción de materiales NEOFORMADOS (ácidos húmicos y fúlvicos) no solamente resta hablar de su interés y participación en propiedades del suelo, sino también de su interacción sobre las raíces y las respuestas que en generan en las plantas.

 

Del primer apartado podemos decir lo habitual: afecta a las propiedades físicas y a la agregación de los suelo. Así los compuestos húmicos:

 

  • hacen a los suelos más oscuros, lo que facilita un incremento térmico en primavera;   
  • incrementan la capacidad de reten-ción de agua a baja presión de succión, dado su comportamiento sol-gel que confiere una capacidad “esponja” a los suelos; regulan el intercambio y disponibilidad de nutrientes en la solución del suelo gracias a su CEC (Cation Exchange Capacity).
  • participan, por su capacidad quelante en la construcción de las entidades organizadas del suelo (complejos organo-metálicos, complejos argilo-húmicos).
  • están presentes en los agregados del suelo participando como un gel más en los procesos de adherencia o englobando componentes, junto a una amplia gama de gomas y mucílagos de origen múltiple. 

 

Cuando se degradan liberan sus componentes asociados: macro, micro y oligo nutrientes (pero también hay que incluir aquellos con capacidad tóxica (EPTs) y otras moléculas orgánicas de muy difícil degradación, que en su momento retuvo).

 

Un aspecto de interés agrario y aplicado de la asociación con arcillas es que hace descender la densidad aparente del conjunto, lo que tiene repercusiones biológicas, al hacer la estructura agregacional mas esponjosa y oscura, con mas agua y calor en primavera, lo que repercute en la germinación de las semillas, en la nascencia de la raíz primaria y en la emergencia de la plántula (la agregación textural actúa de forma contraria).  La capacidad tampón que estos compuestos humificados aportan al suelo, no solo tienen interés en la regulación del pH en la globalidad del suelo. Durante los primeros momentos de la germinación, cuando los tegumentos externos de las semillas han perdido su capacidad para retener los iones presentes en el endospermo, las sustancias húmicas, con su CEC, toman el relevo, al generar un nicho operativo, hasta que las nuevas membranas aparecen, evitando que se pierda un contenido iónico que tanto esfuerzo bioquímico y fisiológico costó para ser acumulado en las semillas.

 

Respecto del segundo apartado siempre se ha aceptado que los ácidos húmicos son buenos para las plantas, pero su justificación quizás es menos conocida. Se sabe de ciertas capacidades como estimular el desarrollo vertical y horizontal de las raíces y de sus tricoblastos (pelos radiculares y todos sabemos que a mayor esfera de exploración, mejor nutrición y mas producción. Estos hechos se supone que son consecuencia de los efectos auxínicos conocidos y de la existencia de rastros de ácido indolacético (otra hormona vegetal reguladora del crecimiento).  Pero el límite de aportación de ácidos húmicos (como fertilizante) es de 800 ppm, y como en todos los manejos hormonales sobre seres vivos, sobrepasarle causa efectos anómalos.

 

El contacto directo de los ácidos fúlvicos con las raíces genera un incremento de la permeabilidad y captura de O2, estimula a determinados genes, lo que condiciona un mayor crecimiento longitudinal e incrementa la resistencia de las raíces frente a agresiones biológicas externas. También induce la síntesis y actividad de enzimas que como invertasa y esterasas, están involucrados en procesos de crecimiento y organogénesis en diferentes estadíos de desarrollo de la planta.

 

En recuerdo a Silvain Brucker, mi primer guía en materia orgánica, que me dio argumentos intelectuales suficientes para pensar toda una vida.

 

Saludos cordiales,

 

Salvador González Carcedo

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