La naturaleza de estas sustancias varía con los suelos, el clima, la cubierta vegetal, las prácticas agrícolas. La extracción del humus sin provocar alteraciones resulta muy difícil. Algunos autores emplean solventes de alta densidad (bromoformo-benceno de densidad 2) para separar la materia orgánica poco transformada y más liviana, del humus y la fracción mineral, que decantan. Los compuestos húmicos se extraen con soluciones alcalinas, aunque se corre el riesgo de extraer también el humus libre que puede condensarse (neoformación). Otros solventes empleados incluyen oxalato de amonio, FNa, pirofosfato de sodio.
Cuadro 7- Principales componentes de la fracción orgánica del suelo, las enzimas responsables y los productos formados
Componentes enzimas productos
Celulosa Hemicelulosa celulasa, glucosidasas hemicelulasas ác. Orgánicos, azúcares ácidos urónicos Pectina pectinmetilesterasa galactouronasa ác. péctico, etanol ác. Galactourónico, glucosa, arabinosa Almidón amilasas, glucosidasas glucosa, maltosa Quitina quitinasa, quitinobiasa glucosamina, ác.
Acético glucosa, NH3 ác.nucleícos nucleasas, nucleosidasa
nucleotidasa, aminohidrolasa bases nitrogenadas, PO4-3 Proteínas y péptidos proteinasa, peptidasa, deshidrogenasas y oxidasas aminoácidos, ácidos orgánicos, NH3 Ésteres fosfatados
fosfatasas, fitasas alcohol, inositol,HPO4-2 Ésteres
sulfatados
arilsulfatasa alcohol, SO4=
Lignina lacasa, peroxidasa
fenoloxidasa
ácidos aromáticos, compuestos fenólicos
Por hidrólisis ácida se liberan aminoácidos, azúcares, aminoazúcares y una fracción permanece no hidrolizable, con núcleos parecidos a los de la lignina, sólo degradados por tratamientos muy drásticos como pirólisis ácida o alcalina, fusión alcalina, H2O2 en caliente, etc.
Los análisis elementales indican en promedio:
45-65% en carbono, 30-40% en oxígeno, gran abundancia de grupos metoxilo (-0CH3), fenoles (- OH), carboxilo (-COOH), poco nitrógeno (para algunos autores se trataría de impurezas) y S, P, Fe, etc.
Esta composición elemental se parece a la de la turba, pero el origen y la actividad difieren mucho.
Figura 9- Degradación y humificación de restos vegetales
mineralización rápida CO2, NH3, SO4 =
restos vegetales PO4-3, Fe++ N2 atmosférico
estructuras reorganización aún organizadas
síntesis de complejos
húmicos coloidales mineralización lenta humificación
Cuadro 8 - Principales efectos del humus en el suelo y las plantas
mejora condiciones físicas, como agregación, aireación, retención de agua, intercambio calórico y permeabilidad del suelo
aumenta la superficie específica, la CIC o el efecto tampón
actúa como agente de complexación, quelación y retención de nutrientes y xenobióticos
ejerce efectos fisiológicos, como aumento en la permeabilidad de membranas, absorción de nutrientes, actividad enzimática y fotosíntesis
ejerce acción protectora y actúa como fuente de nutrientes para los microorganismos actúa como reservorio de N, P, S, micronutrientes
Se distinguen varias fracciones:
los ácidos fúlvicos que quedan dispersos o disueltos luego de acidificar el extracto alcalino con HCl o H2SO4
los ácidos húmicos, extraíbles en álcali pero que precipitan a pH 2,5 y dan una fracción soluble en etanol
los ácidos himatomelánicos
Los ácidos húmicos pardos están poco polimerizados y débilmente ligados a la fracción mineral, los ácidos húmicos grises son muy polimerizados y están ligados a los himatomelánicos
• la humina residuo insoluble en ácidos y bases, materia orgánica muy evolucionada y difícil de separar de la materia orgánica fresca: una fracción es soluble en HCl 5N; el resto se une a arcillas, por lo que se requiere el empleo de HF para su extracción
En las sustancias húmicas más condensadas predominarían los núcleos, con iso o heterociclos, como derivados del benceno, antraceno, furano, piridina, que pueden condensarse por puentes alifáticos, oxígeno, nitrógeno o por unión directa entre anillos. Estos enlaces le dan a la molécula gran estabilidad química y biológica.
El nitrógeno: -de las cadenas laterales representa un 30-35% del total, es fácilmente hidrolizable y es de origen proteíco, el resto de N del humus estaría condensado como pirrol, indol,etc. o bien formaría puentes entre bencenos y es más resistente a la degradación.
Precursores del humus y proceso de humificación
Varias hipótesis tratan de explicar los procesos que conducen a la formación de estas macromoléculas: Las sustancias rápidamente degradables como la celulosa, hidratos de carbono simples, juegan un importante rol en la formación del humus. Luego de 7 días en el suelo, un 70-75% del C14 de la glucosa se localizó en fracciones húmicas, mientras que el C14 de acetato se distribuyó luego de 6- 9 horas en la humina, ácidos fúlvicos y húmicos, en forma similar al carbono de la paja.
La lignina se reconoce como precursora del humus que se condensa con materiales proteicos de origen microbiano. Su participación ha sido señalada en numerosos trabajos: un 34% de la radioactividad de los ácidos húmicos se originó en la lignina, mientras que sólo un 6% lo hizo a partir de la celulosa.
El carbono de células microbianas contribuye a la fracción más simple del humus, los aminoácidos.
La figura 10 presenta un esquema de formación de moléculas húmicas.En los últimos 50 años se han realizado numerosos estudios sobre la síntesis de la fracción orgánica del suelo. En el laboratorio una serie de reacciones condujeron a distintos tipos de humus artificial (Allison, 1973). Los microorganismos se consideran intermediarios en estos procesos; los restos de sus células y sus productos metabólicos constituyen etapas en una serie de reacciones. Los pigmentos microbianos como las melaninas son muy estables a la degradación, son parcialmente solubles en soda y se extraen en la fracción humus.
En el suelo los procesos son más lentos que en el laboratorio, pero las reacciones se aceleran por: la gran actividad superficial de las partículas (catálisis inorgánica)
los sinergismos microbianos que posibilitan la formación de los mismos productos finales
La estabilidad del humus es muy grande. En turbas congeladas de Alaska se estimó la edad de estas moléculas entre 1.775 +/- 110 y 11.005 +/-350 años (a 1 m de profundidad). A los 2 metros esta edad podría llegar a 25.300+/-300 años. En suelos templados esta edad es menor como consecuencia del mayor reciclamiento de la materia orgánica.
En resumen, se piensa que el humus es el producto de neosíntesis a partir de compuestos más o menos solubles originados en la descomposición de la materia orgánica fresca, mediante la combinación de procesos biológicos y físicoquímicos.
La adición de materia orgánica al suelo puede provocar estimulación de la descomposición de la materia orgánica nativa. Este fenómeno se refiere como efecto renovador (priming effect) y fue observado luego del enriquecimiento del suelo con materia orgánica simple o restos vegetales.
Figura 10- Esquema del proceso de humificación
Hidr. de carbono sust.aminadas lignina residuos no descompuestos de restos vegetales 1-3% 10-30%
50-60% de la MS
celulosa descomposición oxidación hemicelulosa microbiana apertura:
aminoácidos p-OH benzaldehido, núcleos
aceites ác. vaníllico del humus
ceras ácidos aa
azúcares amonio alcoholes
síntesis microbiana
compuestos con N compuestos húmicos polisacáridos heteropolicondensados
quinonas, melaninas