La materia orgánica , material orgánico o materia orgánica natural se refiere a la gran fuente de compuestos basados en carbono que se encuentran en entornos naturales y artificiales, terrestres y acuáticos. Es materia compuesta por compuestos orgánicos que provienen de las heces y restos de organismos como plantas y animales . [1] Las moléculas orgánicas también pueden formarse mediante reacciones químicas que no involucran vida. [2] Las estructuras básicas se crean a partir de celulosa , tanino , cutina y lignina , junto con otras diversas proteínas , lípidos y carbohidratos . La materia orgánica es muy importante en el movimiento de nutrientes en el medio ambiente y juega un papel en la retención de agua en la superficie del planeta. [3]
Los organismos vivos están compuestos de compuestos orgánicos. En vida, secretan o excretan material orgánico en su entorno, se deshacen de partes del cuerpo como hojas y raíces y, después de morir, sus cuerpos se descomponen por la acción de bacterias y hongos. Se pueden formar moléculas más grandes de materia orgánica a partir de la polimerización de diferentes partes de materia ya descompuesta. [ cita requerida ] La composición de la materia orgánica natural depende de su origen, modo de transformación, edad y entorno existente, por lo que sus funciones biofisicoquímicas varían con diferentes entornos. [4]
La materia orgánica es común en todo el ecosistema y se recicla a través de procesos de descomposición por comunidades microbianas del suelo que son cruciales para la disponibilidad de nutrientes. [5] Después de degradarse y reaccionar, puede pasar al suelo y al agua corriente a través del flujo de agua. La materia orgánica proporciona nutrición a los organismos vivos. La materia orgánica actúa como un amortiguador en soluciones acuosas para mantener un pH neutro en el medio ambiente. Se ha propuesto que el componente que actúa como amortiguador es relevante para neutralizar la lluvia ácida . [6]
Parte de la materia orgánica que no se encuentra en el suelo proviene de las aguas subterráneas . Cuando las aguas subterráneas saturan el suelo o los sedimentos que lo rodean, la materia orgánica puede moverse libremente entre las fases. Las aguas subterráneas tienen sus propias fuentes de materia orgánica natural, entre ellas:
Los organismos se descomponen en materia orgánica, que luego se transporta y se recicla. No toda la biomasa migra, parte es más bien estacionaria y solo cambia de forma a lo largo de millones de años. [8]
La materia orgánica del suelo proviene de plantas, animales y microorganismos. En un bosque, por ejemplo, la hojarasca y los materiales leñosos caen al suelo. A esto a veces se lo denomina materia orgánica. [9] Cuando se descompone hasta el punto en que ya no es reconocible, se lo denomina materia orgánica del suelo. Cuando la materia orgánica se ha descompuesto en una sustancia estable que resiste una mayor descomposición, se lo denomina humus . Por lo tanto, la materia orgánica del suelo comprende toda la materia orgánica del suelo, excepto el material que no se ha descompuesto. [10]
Una propiedad importante de la materia orgánica del suelo es que mejora la capacidad del suelo para retener agua y nutrientes, y permite su liberación lenta, mejorando así las condiciones para el crecimiento de las plantas. Otra ventaja del humus es que ayuda a que el suelo se adhiera, lo que permite que los nematodos , o bacterias microscópicas, descompongan fácilmente los nutrientes del suelo. [11]
Existen varias formas de aumentar rápidamente la cantidad de humus. La combinación de compost, materiales o desechos vegetales o animales o abono verde con tierra aumentará la cantidad de humus en el suelo.
Estos tres materiales aportan a los nematodos y bacterias nutrientes para que prosperen y produzcan más humus, lo que dará a las plantas suficientes nutrientes para sobrevivir y crecer. [11]
La materia orgánica del suelo es crucial para toda la ecología y para toda la agricultura , pero se enfatiza especialmente en la agricultura orgánica , donde se confía especialmente en ella.
El efecto de cebado se caracteriza por cambios intensos en el proceso natural de renovación de la materia orgánica del suelo (MOS), que resultan de una intervención relativamente moderada en el suelo. [12] El fenómeno generalmente es causado por cambios pulsados o continuos en los aportes de materia orgánica fresca (MOF). [13] Los efectos de cebado generalmente resultan en una aceleración de la mineralización debido a un desencadenante como los aportes de MOF. La causa de este aumento en la descomposición a menudo se ha atribuido a un aumento en la actividad microbiana que resulta de una mayor disponibilidad de energía y nutrientes liberados de la MOF. Después del aporte de MOF, se cree que los microorganismos especializados crecen rápidamente y solo descomponen esta materia orgánica recién agregada. [14] La tasa de renovación de la MOF en estas áreas es al menos un orden de magnitud mayor que la del suelo en masa. [13]
Otros tratamientos del suelo, además de los aportes de materia orgánica, que conducen a este cambio a corto plazo en las tasas de rotación, incluyen "el aporte de fertilizantes minerales, la exudación de sustancias orgánicas por las raíces, el mero tratamiento mecánico del suelo o su secado y rehumectación". [12]
Los efectos de cebado pueden ser positivos o negativos, dependiendo de la reacción del suelo con la sustancia añadida. Un efecto de cebado positivo da como resultado la aceleración de la mineralización, mientras que un efecto de cebado negativo da como resultado la inmovilización, lo que lleva a la falta de disponibilidad de N. Aunque la mayoría de los cambios se han documentado en los depósitos de C y N, el efecto de cebado también se puede encontrar en el fósforo y el azufre, así como en otros nutrientes. [12]
Löhnis fue el primero en descubrir el fenómeno del efecto de cebado en 1926 a través de sus estudios de descomposición de abono verde y sus efectos sobre las plantas leguminosas en el suelo. Observó que al agregar residuos orgánicos frescos al suelo, se producía una mineralización intensificada por el nitrógeno del humus. Sin embargo, no fue hasta 1953 que Bingeman acuñó el término efecto de cebado en su artículo titulado El efecto de la adición de material orgánico en la descomposición de un suelo orgánico . Se habían utilizado varios otros términos antes de que se acuñara el término efecto de cebado , incluida la acción de cebado, la interacción del nitrógeno añadido (ANI), el N extra y el N adicional. [12] A pesar de estas contribuciones tempranas, el concepto de efecto de cebado fue ampliamente ignorado hasta aproximadamente los años 1980 y 1990. [13]
El efecto de cebado se ha encontrado en muchos estudios diferentes y se considera un fenómeno común, que aparece en la mayoría de los sistemas de suelos vegetales. [15] Sin embargo, los mecanismos que conducen al efecto de cebado son más complejos de lo que se pensaba originalmente y aún siguen siendo generalmente mal entendidos. [14]
Aunque hay mucha incertidumbre en torno a la razón del efecto de preparación, de la recopilación de investigaciones recientes han surgido algunos hechos indiscutibles :
Hallazgos recientes sugieren que los mismos mecanismos de efecto de cebado que actúan en los sistemas del suelo también pueden estar presentes en ambientes acuáticos, lo que sugiere la necesidad de consideraciones más amplias de este fenómeno en el futuro. [13] [16]
Una definición adecuada de materia orgánica es el material biológico en proceso de descomposición , como el humus . Un examen más detallado del material biológico en proceso de descomposición revela los llamados compuestos orgánicos ( moléculas biológicas ) en proceso de desintegración.
Los principales procesos por los que se desintegran las moléculas del suelo son la catálisis enzimática bacteriana o fúngica . Si no existieran bacterias u hongos en la Tierra, el proceso de descomposición habría sido mucho más lento.
Diversos factores influyen en la descomposición de la materia orgánica, incluidas sus propiedades químicas y otros parámetros ambientales. Las capacidades metabólicas de las comunidades microbianas desempeñan un papel crucial en la descomposición, ya que están estrechamente relacionadas con la disponibilidad y el procesamiento de la energía . [17] En los ecosistemas terrestres, se ha demostrado que el estado energético de la materia orgánica del suelo afecta las preferencias de sustrato microbiano. [18] Algunos depósitos de materia orgánica pueden ser energéticamente favorables para las comunidades microbianas , lo que da lugar a una rápida oxidación y descomposición, en comparación con otros depósitos en los que los degradadores microbianos obtienen un menor rendimiento de la energía que invierten. Por extensión, los microorganismos del suelo mineralizan preferentemente la materia orgánica de alta energía, evitando descomponer la materia orgánica menos densa energéticamente. [19]
Las mediciones de materia orgánica generalmente miden solo compuestos orgánicos o carbono , y por lo tanto son solo una aproximación del nivel de materia que alguna vez estuvo viva o se descompuso. Algunas definiciones de materia orgánica también consideran que "materia orgánica" solo se refiere al contenido de carbono o compuestos orgánicos y no consideran los orígenes o la descomposición de la materia. En este sentido, no todos los compuestos orgánicos son creados por organismos vivos, y los organismos vivos no solo dejan atrás material orgánico. La concha de una almeja, por ejemplo, aunque es biótica , no contiene mucho carbono orgánico , por lo que puede no considerarse materia orgánica en este sentido. Por el contrario, la urea es uno de los muchos compuestos orgánicos que se pueden sintetizar sin ninguna actividad biológica.
La materia orgánica es heterogénea y muy compleja. En general, la materia orgánica, en términos de peso, es: [6]
Los pesos moleculares de estos compuestos pueden variar drásticamente, dependiendo de si se repolimerizan o no, desde 200 a 20.000 uma. Hasta un tercio del carbono presente se encuentra en compuestos aromáticos en los que los átomos de carbono forman anillos generalmente de seis miembros. Estos anillos son muy estables debido a la estabilización por resonancia , por lo que son difíciles de descomponer. Los anillos aromáticos también son susceptibles a ataques electrofílicos y nucleofílicos de otros materiales donadores o aceptores de electrones, lo que explica la posible polimerización para crear moléculas más grandes de materia orgánica.
Algunas reacciones ocurren con la materia orgánica y otros materiales del suelo para crear compuestos nunca antes vistos. Lamentablemente, es difícil caracterizarlos porque, en primer lugar, se sabe muy poco sobre la materia orgánica natural. Actualmente se están realizando investigaciones para determinar más sobre estos nuevos compuestos y cuántos se están formando. [20]
La materia orgánica acuática se puede dividir en dos componentes: (1) materia orgánica disuelta (DOM), medida como materia orgánica disuelta coloreada (CDOM) o carbono orgánico disuelto (DOC), y (2) materia orgánica particulada (POM). Por lo general, se diferencian por la que puede pasar a través de un filtro de 0,45 micrómetros (DOM) y la que no puede (POM).
La materia orgánica es importante en el tratamiento y reciclaje de agua y aguas residuales, los ecosistemas acuáticos naturales, la acuicultura y la rehabilitación ambiental. Por lo tanto, es importante contar con métodos confiables de detección y caracterización, tanto para el monitoreo a corto como a largo plazo. Varios métodos analíticos de detección de materia orgánica han existido durante décadas para describir y caracterizar la materia orgánica. Estos incluyen, pero no se limitan a: carbono orgánico total y disuelto , espectrometría de masas , espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) , espectroscopia infrarroja (IR) , espectroscopia UV-Visible y espectroscopia de fluorescencia . Cada uno de estos métodos tiene sus ventajas y limitaciones.
La misma capacidad de la materia orgánica natural que ayuda a retener el agua en el suelo crea problemas para los métodos actuales de purificación del agua. En el agua, la materia orgánica todavía puede unirse a iones metálicos y minerales. El proceso de purificación no detiene necesariamente estas moléculas unidas, pero no causa daño a humanos, animales o plantas. Sin embargo, debido a la alta reactividad de la materia orgánica, se pueden generar subproductos que no contienen nutrientes. Estos subproductos pueden inducir bioincrustaciones , que esencialmente obstruyen los sistemas de filtración de agua en las instalaciones de purificación de agua, ya que los subproductos son más grandes que los tamaños de poro de la membrana. Este problema de obstrucción se puede tratar con desinfección con cloro ( cloración ), que puede descomponer el material residual que obstruye los sistemas. Sin embargo, la cloración puede formar subproductos de desinfección . [20]
El agua con materia orgánica se puede desinfectar con reacciones radicalarias iniciadas por ozono . El ozono (tres oxígenos) tiene potentes características de oxidación . Puede formar radicales hidroxilo (OH) cuando se descompone, que reaccionarán con la materia orgánica para acabar con el problema de la bioincrustación. [21]
La equiparación de lo "orgánico" con los organismos vivos proviene de la idea hoy abandonada del vitalismo , que atribuía a la vida una fuerza especial que era la única capaz de crear sustancias orgánicas. Esta idea fue cuestionada por primera vez después de que Friedrich Wöhler sintetizara artificialmente la urea en 1828.
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