Materia orgánica

Materia orgánica, material orgánico o materia orgánica natural se refiere a la gran fuente de compuestos a base de carbono que se encuentran en los entornos naturales y artificiales, terrestres y acuáticos. Es materia compuesta por compuestos orgánicos que proceden de las heces y restos de organismos como plantas y animales. Las moléculas orgánicas también pueden formarse mediante reacciones químicas que no involucran vida. Las estructuras básicas se crean a partir de celulosa, tanino, cutina y lignina, junto con otras 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.

Formación

Los organismos vivos están compuestos de compuestos orgánicos. En vida, secretan o excretan material orgánico en su entorno, arrojan partes del cuerpo como hojas y raíces y, después de que los organismos mueren, 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. La composición de la materia orgánica natural depende de su origen, modo de transformación, edad y ambiente existente, por lo que sus funciones biofisicoquímicas varían con los diferentes ambientes.

Funciones de los ecosistemas naturales

La materia orgánica es común en todo el ecosistema y se recicla a través de procesos de descomposición por parte de las comunidades microbianas del suelo que son cruciales para la disponibilidad de nutrientes. 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 tampón en solución acuosa para mantener un pH neutro en el ambiente. Se ha propuesto que el componente de acción amortiguadora es relevante para neutralizar la lluvia ácida.

Ciclo fuente

Parte de la materia orgánica que aún no está en el suelo proviene del agua subterránea. Cuando el agua subterránea satura el suelo o sedimenta a su alrededor, la materia orgánica puede moverse libremente entre las fases. El agua subterránea tiene sus propias fuentes de materia orgánica natural que incluyen:

• depósitos de materia orgánica, como el kerógeno y el carbón.
• materia orgánica del suelo y sedimentos.
• materia orgánica que se infiltra en el subsuelo desde ríos, lagos y sistemas marinos".

Los organismos se descomponen en materia orgánica, que luego se transporta y recicla. No toda la biomasa migra, parte es más bien estacionaria, girando solo en el transcurso de millones de años.

Materia orgánica del suelo

La materia orgánica del suelo proviene de plantas, animales y microorganismos. En un bosque, por ejemplo, la hojarasca y el material leñoso caen al suelo del bosque. Esto a veces se denomina material orgánico. Cuando se descompone hasta el punto en que ya no es reconocible, se llama materia orgánica del suelo. Cuando la materia orgánica se ha descompuesto en una sustancia estable que resiste una mayor descomposición, se llama humus. Por lo tanto, la materia orgánica del suelo comprende toda la materia orgánica del suelo, excepto el material que no se ha descompuesto.

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 mantenga unido, lo que permite que los nematodos, o bacterias microscópicas, descompongan fácilmente los nutrientes del suelo.

Hay varias formas de aumentar rápidamente la cantidad de humus. La combinación de compost, materiales/residuos de plantas o animales, o abono verde con tierra aumentará la cantidad de humus en la tierra.

1. Compost: material orgánico descompuesto.
2. Material y desechos vegetales y animales: plantas muertas o desechos vegetales, como hojas o arbustos y recortes de árboles, o estiércol animal.
3. Abono verde: plantas o material vegetal que se cultiva con el único propósito de incorporarse al suelo.

Estos tres materiales suministran nutrientes a los nematodos y bacterias para que prosperen y produzcan más humus, lo que les dará a las plantas suficientes nutrientes para sobrevivir y crecer.

Efecto cebado

El efecto de cebado se caracteriza por cambios intensos en el proceso natural de renovación de la materia orgánica del suelo (MOS), como resultado de una intervención relativamente moderada con el suelo. El fenómeno generalmente es causado por cambios continuos o pulsantes en las entradas de materia orgánica fresca (FOM). Los efectos de cebado generalmente dan como resultado una aceleración de la mineralización debido a un desencadenante como las entradas de FOM. La causa de este aumento en la descomposición a menudo se ha atribuido a un aumento en la actividad microbiana resultante de una mayor disponibilidad de energía y nutrientes liberada por la FOM. Después de la entrada de FOM, se cree que los microorganismos especializados crecen rápidamente y solo descomponen esta materia orgánica recién agregada.La tasa de renovación de la MOS en estas áreas es al menos un orden de magnitud mayor que la del suelo a granel.

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".

Los efectos de imprimación 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 las reservas de C y N, el efecto de cebado también se puede encontrar en el fósforo y el azufre, así como en otros nutrientes.

Löhnis fue el primero en descubrir el fenómeno del efecto cebado en 1926 a través de sus estudios sobre la descomposición del abono verde y sus efectos sobre las plantas leguminosas en el suelo. Se dio cuenta de que al agregar residuos orgánicos frescos al suelo, resultó en una mineralización intensificada por el humus N. Sin embargo, no fue hasta 1953 que Bingeman dio 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 efecto de cebado, incluida la acción de cebado, la interacción de nitrógeno agregado (ANI), el N extra y el N adicional. A pesar de estas primeras contribuciones, el concepto del efecto de cebado se desestimó ampliamente hasta alrededor de los años 80 y 90.

El efecto de cebado se ha encontrado en muchos estudios diferentes y se considera que ocurre con frecuencia, apareciendo en la mayoría de los sistemas de suelos de plantas. Sin embargo, los mecanismos que conducen al efecto de cebado son más complejos de lo que se pensó originalmente, y aún siguen siendo mal entendidos.

Aunque existe mucha incertidumbre en torno al motivo del efecto de cebado, han surgido algunos hechos indiscutibles de la recopilación de investigaciones recientes:

1. El efecto de imprimación puede surgir instantáneamente o muy poco tiempo (potencialmente días o semanas) después de agregar una sustancia al suelo.
2. El efecto de cebado es mayor en suelos ricos en C y N que en suelos pobres en estos nutrientes.
3. No se han observado efectos de cebado reales en ambientes estériles.
4. El tamaño del efecto de imprimación aumenta a medida que aumenta la cantidad de tratamiento agregado al suelo.

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.

Descomposición

Una definición adecuada de materia orgánica es material biológico en proceso de descomposición o descomposición, como el humus. Una mirada más cercana al material biológico en proceso de descomposición revela los llamados compuestos orgánicos (moléculas biológicas) en proceso de fragmentación (desintegración).

Los principales procesos por los que se desintegran las moléculas del suelo son por catálisis enzimática bacteriana o fúngica. Si las bacterias o los hongos no estuvieran presentes en la Tierra, el proceso de descomposición habría sido mucho más lento.

Química Orgánica

Las mediciones de materia orgánica generalmente miden solo compuestos orgánicos o carbono, por lo que son solo una aproximación del nivel de materia que alguna vez estuvo viva o descompuesta. Del mismo modo, algunas definiciones de materia orgánica solo consideran "materia orgánica" para referirse solo 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 material orgánico. La concha de una almeja, por ejemplo, aunque es biótica, no contiene mucho carbono orgánico, por lo que no puede 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. Generalmente, la materia orgánica, en términos de peso, es:

• 45–55% de carbono
• 35–45% de oxígeno
• 3–5% de hidrógeno
• 1–4% nitrógeno

Los pesos moleculares de estos compuestos pueden variar drásticamente, dependiendo de si repolimerizan o no, de 200 a 20.000 uma. Hasta un tercio del carbono presente se encuentra en compuestos aromáticos en los que los átomos de carbono forman normalmente anillos de seis miembros. Estos anillos son muy estables debido a la estabilización por resonancia, por lo que son difíciles de romper. Los anillos aromáticos también son susceptibles al ataque electrofílico y nucleofílico de otros materiales donantes o aceptores de electrones, lo que explica la posible polimerización para crear moléculas más grandes de materia orgánica.

También hay reacciones que ocurren con la materia orgánica y otros materiales en el suelo para crear compuestos nunca antes vistos. Desafortunadamente, es muy difícil caracterizarlos porque, en primer lugar, se sabe muy poco sobre la materia orgánica natural. Actualmente se están realizando investigaciones para averiguar más sobre estos nuevos compuestos y cuántos de ellos se están formando.

Acuático

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 en partículas (POM). Por lo general, se diferencian por lo que puede pasar a través de un filtro de 0,45 micrómetros (DOM) y lo que no puede (POM).

Detección

La materia orgánica juega un papel importante en el tratamiento y reciclaje de agua potable y aguas residuales, los ecosistemas acuáticos naturales, la acuicultura y la rehabilitación ambiental. Por lo tanto, es importante contar con métodos fiables de detección y caracterización, tanto para el seguimiento a corto como a largo plazo. Ha existido una variedad de métodos analíticos de detección de materia orgánica durante décadas para describir y caracterizar la materia orgánica. Estos incluyen, entre otros: carbono orgánico total y disuelto, espectrometría de masas, espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR), espectroscopia de infrarrojos (IR), espectroscopia UV-Visible y espectroscopia de fluorescencia. Cada uno de estos métodos tiene sus propias ventajas y limitaciones.

Purificación del agua

La misma capacidad de la materia orgánica natural que ayuda con la retención de agua en el suelo crea problemas para los métodos actuales de purificación de agua. En el agua, la materia orgánica aún puede unirse a iones metálicos y minerales. Estas moléculas unidas no son necesariamente detenidas por el proceso de purificación, pero no causan daño a ningún ser humano, animal o planta. Sin embargo, debido al alto nivel de reactividad de la materia orgánica, se pueden generar subproductos que no contienen nutrientes. Estos subproductos pueden inducir la bioincrustación, que básicamente obstruye los sistemas de filtración de agua en las instalaciones de purificación de agua, ya que los subproductos son más grandes que el tamaño de los poros 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 la desinfección.

El agua con materia orgánica se puede desinfectar con reacciones radicales iniciadas por ozono. El ozono (tres oxígenos) tiene características de oxidación muy fuertes. Puede formar radicales hidroxilo (OH) cuando se descompone, que reaccionarán con la materia orgánica para acabar con el problema de la bioincrustación.

Vitalismo

La equiparación de "orgánico" con organismos vivos proviene de la idea ahora abandonada del vitalismo que atribuía una fuerza especial a la vida que solo podía crear sustancias orgánicas. Esta idea fue cuestionada por primera vez después de la síntesis artificial de urea por Friedrich Wöhler en 1828.