Toda
la variedad de sustancias orgánicas del suelo puede ser sistematizada en dos
grupos fundamentales: las materias orgánicas de naturaleza individual y las
sustancias húmicas propiamente dichas.
El
primer grupo está formado por restos orgánicos, y representa los productos
de su descomposición o los productos de la actividad vital (metabolismo y
resíntesis)
de la población viva (proteínas y aminoácidos, hidratos de carbono simples
y compuestos, ácidos orgánicos de distinta naturaleza, ceras, resinas,
ligninas y otros).En suma los compuestos orgánicos de naturaleza individual
constituyen en los suelos minerales aproximadamente el 10-15% de la reserva
total de materia orgánica.
El
segundo grupo constituye la porción principal de la parte orgánica del
suelo, es decir hasta el 85-95 % de la reserva total de humus.
1.1-
Sustancias orgánicas del suelo de naturaleza individual
El
estudio de su naturaleza comenzó ya en las primeras décadas de nuestro
siglo. Así la lista hacia los años treinta, según los trabajos de A.A.
Shmuk (1930) y Maiwald (1931), incluía los siguientes compuestos:
- Hidratos de darbono.
- Hidrocarburos.
- Ácidos orgánicos de la serie alifática y sus ésteres.
- Alcoholes.
- Ésteres.
- Aldehídos.
- Resinas.
- Compuestos nitrogenados.
En
la actualidad se nota un evidente interés hacia el estudio de este tipo de
sustancias, gracias sobre todo a la aplicación de nuevos métodos de
investigación, que permiten descubrir e identificar sustancias en pequeñas
cantidades, ya que sus funciones se presentan esencialmente a pequeñas dosis.
1.2.-
Sustancias húmicas del suelo propiamente dichas
Las
sustancias húmicas constituyen el complejo de compuestos orgánicos de color
marrón, pardo y amarillo, que se extrae del suelo por soluciones de álcalis,
sales neutras y disolventes orgánicos (Kononova, 1983).
La
mayor parte de las sustancias húmicas se encuentran unidas de distintas
formas con la parte mineral del suelo, quedando tan sólo una pequeña fracción
en estado libre, por tanto, para pasar a estado soluble es preciso destruir
esta unión.
La
extracción del suelo de las sustancias húmicas en la actualidad se lleva a
cabo con el empleo de diversos disolventes. Las sales neutras de los ácidos
minerales, en paricular el pirofosfato de sodio, al igual que algunas sales
neutras de los ácidos orgánicos, se utilizan con este fin en base a la
capacidad que tienen para formar precipitados insolubles o complejos solubles
con el calcio, hierro, aluminio y otros cationes polivalentes, con los cuales
están unidas en el suelo. Así, como resultado de dichas reacciones, éstas
pasan a estado soluble. Pero a pesar de este hecho, con las soluciones citadas
se extrae menos materia orgánica que con soluciones de álcalis.
1.2.1.-
Acidos húmicos del suelo
En
el grupo de los ácidos húmicos están englobadas las materias que se extraen
del suelo por disolventes (NaOH, KOH, NH4OH, Na2HCO3,
Na4P2O7, NaF, oxalato sódico, urea, y
otros), y que al acidificar con ácidos minerales, se precipitan de las
soluciones obtenidas en forma de un gel oscuro (Kononova, 1983).
A
pesar de la diversidad de los ácidos húmicos de distintos suelos, turbas,
restos vegetales en descomposición, conservan unos principios de estructura
muy semejantes.
1.2.1.1.-
Naturaleza química de los ácidos húmicos
Los
ácidos húmicos tienen una naturaleza muy particular, muy distinta a la de
cualquier sustancia vegetal.
1.2.1.2.-
Núcleo aromático de los ácidos húmicos
Sobre
la naturaleza aromática de los ácidos húmicos de suelos y turbas hablan los
datos obtenidos con ayuda de espectroscopía infrarroja.
En
el estudio comparativo de distintos suelos, los autores registran un mismo
tipo de carácter de espectros infrarrojos, lo que puede servir de indicación
de la similitud de constitución de estos ácidos.
A
la par con los ácidos húmicos de naturaleza aromática, hay sin duda en el
suelo representantes de este grupo con núcleo aromático no manifiesto
privados de tal; a ellos pertenecen las melanoidinas.
1.2.1.3.-
Nitrógeno de los ácidos húmicos
En
la actualidad el nitrógeno se considera como parte constitucional de las moléculas
de los ácidos húmicos y su contenido es del 3,5-5,0 %.
Una
parte del nitrógeno, aproximadamente la mitad, pasa a la solución en el caso
de producirse una hidrólisis ácida; esta parte está representada por
amidas, mono y diaminoácidos, cuya relación resultó ser característica
para las proteínas de origen animal y vegetal.
La
mayoría de los autores señalan que el contenido de aminoácidos de los ácidos
húmicos de distintos suelos, es en general homogéneo, aunque la capacidad de
hidrolizar el nitrógeno en los diferentes ácidos húmicos es distinta.
La
situación del nitrógeno en las moléculas de las sustancias húmicas es muy
importante, ya que determina en cierta medida la accesibilidad de éste a los
microorganismos.
1.2.1.4.-
Grupos funcionales y otros de los ácidos húmicos
Los
grupos funcionales característicos de los ácidos húmicos son los carboxilos
e hidroxilos fenólicos, cuyo hidrógeno es susceptible a las reacciones de
sustitución. Por la presencia de estos grupos se determinan las propiedades
ácidas y la capacidad de cambio de los ácidos húmicos. Para determinar la
cantidad de estos grupos funcionales, habrá que considerar la naturaleza de
dichos ácidos, así como los métodos empleados en su determinación.
Los
ácidos húmicos son ácidos orgánicos polibásicos de débil disociación,
que tienen el punto de equivalencia a pH cerca de 8,0-9,0, como indica el carácter
de las curvas que se obtienen en la valoración potenciométrica.
Aparte
de los grupos carboxilos, fenólicos y alcohólicos, hay en los ácidos húmicos
grupos metoxilos OCH3, cuya cantidad en los distintos
representantes es oscilante. Se ha constatado que el contenido de los grupos
metoxilos es mayor en los representantes menos "maduros" (6-8 %) y
menor en los ácidos húmicos ya formados (1-2 %).
Sobre
la presencia en los ácidos húmicos de la agrupación -CH=CH-, hablaban ya
Mulder y Schmuk (1924), basándose para ello en una ligera cloración. La
presencia de los grupos carbonilos (C=O) en los ácidos húmicos fue
establecida por una serie de trabajos. Por métodos químicos su presencia fue
demostrada por muchos investigadores, por ejemplo Ubaldini (1937), Sragunov y
coautores (1948), Kujarenko (1950). En los últimos años, la presencia de los
grupos carbonilos en los ácidos húmicos fue registrada, mediante
espectroscopía infrarroja, por Kasatchkin, Zilberbrand (1956), Ziechmann y
pawelke (1959), Orlow y coautores (1963), y otros.
1.2.1.5.-
Composición elemental de los ácidos húmicos
La
determinación del carbono e hidrógeno contenidos en los ácidos húmicos
extraídos de distintos tipos de suelos, se efectuaba por el método de
microanálisis, del nitrógeno, según Kjeldhal, mientras que el oxigéno se
calculaba por diferencia. Los cálculos están efectuados sobre materia
absolutamente seca, sin cenizas. El porcentaje de cenizas en los ácidos húmicos
era de 3-4 y en los fúlvicos de 7-10. Este alto porcentaje en los ácidos fúlvicos
señala la existencia de firmes uniones (posiblemente intracomplejas) con
metales que sustituyen al hidrógeno, por lo cual, el contenido de este último
puede resultar rebajado.
El
porcentaje de carbono en los ácidos húmicos aumenta regularmente de los
suelos podsol al suelo gris oscuro forestal y al chernoziom; un descenso de
esta magnitud se observa en los ácidos húmicos del suelo castaño y sierozem.
Relación inversa se registra en el porcentaje del contenido de hidrógeno.
Según estos datos, cambia claramente la relación C:H en la composición
elemental de los ácidos húmicos.
De
la experiencia de los investigadores en el dominio de los ácidos húmicos de
carbones fósiles y turbas, se deduce que la relación C:H aumenta en el
proceso de formación del carbón y refleja el grado de condensación de las
rejillas del carbono aromático en la molécula.
Kumada
(1955), indica que a medida que transcurre la "maduración" de los
ácidos húmicos, aumenta el porcentaje de carbono y, al mismo tiempo,
disminuye el de hidrógeno y nitrógeno.
Sin
embargo, debemos señalar que las variaciones regulares del contenido
elemental de los ácidos húmicos se logran determinar sólo para suelos
acusadamente diferentes por su génesis.
1.2.1.6.-
Principios de estructura de las moléculas de los ácidos húmicos
Actualmente
se sabe que los ácidos húmicos son compuestos polímeros, y que por tanto
están constituidos por monómeros, que a su vez están formados por otras
unidades estructurales. Entre las unidades citadas, destacan los compuestos
aromáticos de tipo fenólicos y nitrogenados, tanto cíclicos (indol,
pirimidina, purinas y otros), como aminoácidos alifáticos.
Los
compuestos aromáticos de tipo fenólico constituyen la rejilla de carbono de
la molécula de ácido húmico; la presencia de puentes, que unen el sistema
de anillos, proporcionan a la rejilla una estructura porosa,
"esponjosa". Sirven de puentes, átomos aislados (-O-, -N=) o
agrupacionees elementales (-NH-, -CH2 -). El enlace puede efecuarse
también directamente a través del carbono.
En
lo que se refiere al peso molecular de los ácidos húmicos, aparecen ciertos
problemas en su determinación debido a la inhomogeneidad propia de los polímeros.
Por eso los índices obtenidos por distintos autores dependen mucho de las
condiciones en que se efectúa la determinación y, en particular, de la
desagregación de las partículas de los ácidos húmicos que se alcanzan
empleando un disolvente u otro.
Mediante
las técnicas de osmometría, crioscopía, viscosimetría y el método de
difusión, se han obtenido valores de peso molecular de los ácidos húmicos
que oscilan entre 700 y 1400. Sin embargo, los datos obtenidos por
ultracentrifugación hablan de magnitudes del orden de 30 a 50 mil. Asi que
son deseables futuras investigaciones en este sentido para resolver el
problema sobre el grado de polimerización de las moléculas de estos ácidos.
En
cuanto a la polémica referente a la estructura amorfa o
cristalina de los ácidos húmicos, actualmente ya no existen dudas, ya
que se ha demostrado convincentemente la estructura amorfa de dichos ácidos.
El
contenido de las moléculas de ácidos húmicos, según análisis por difracción
(análisis roetgeno-estructural) es el siguiente:
-
Rejillas atómicas de carbono aromático.
-
Carbono no organizado en rejillas aromáticas que entra en la composición
de los radicales laterales (cadenas).
La
forma de las moléculas de la materia orgánica juega un importante papel en
la formación de la estructura del suelo. Así, existe la opinión de que las
sustancias de forma lineal (por ejemplo, los ácidos poliurónicos de la
mucosidad bacteriana), participan más activamente en dicho proceso que los ácidos
húmicos, cuyas moléculas tienen forma esférica.
Las
moléculas de los ácidos húmicos no son compactas, sino que poseen una
estructura blanda "esponjosa", con multitud de poros internos. Estos
grados de estructura determinan de forma significativa su capacidad de retención
de agua y sus propiedades de sorción. De este modo, la hidrofilia
depende de la proporción de rejillas aromáticas del carbono en las moléculas,
ya que poseen propiedades hidrófobas, y de los radicales laterales,
portadores de los grupos hidrófilos. También la presencia de grupos hidrófilos
determina la tendencia de las materias orgánicas a formar compuestos
intracomplejos (quelatos) con cationes polivalentes.
