Ciclos Biogeoquímicos y Propiedades del Suelo: Conceptos Esenciales

Ciclos Biogeoquímicos Fundamentales

El Ciclo del Nitrógeno

El **nitrógeno** es un elemento esencial para la vida, presente en la atmósfera principalmente como **N₂ (gas nitrógeno)**. Sin embargo, para ser utilizado por la mayoría de los organismos, debe ser transformado en otras formas químicas.

Formas de Nitrógeno en la Atmósfera

**N₂ (gas nitrógeno) y NOx (óxidos de nitrógeno):** Los **NOx** se liberan a la atmósfera por la quema de combustibles en la industria y el uso de abonos. Estos compuestos pueden generar **lluvia ácida** al reaccionar con el azufre.

Procesos Clave del Ciclo del Nitrógeno

• Fijación: La molécula de nitrógeno (**N₂**) es absorbida por organismos vivos, como **bacterias** y **hongos**, en un proceso conocido como **fijación del nitrógeno**. De esta forma, convierten el **N₂** en otras formas químicas, como **nitratos (NO₃⁻)** y **amonio (NH₄⁺)**, que son asimilables por las plantas.

• Asimilación: El **amonio (NH₄⁺)** y el **nitrato (NO₃⁻)** pueden ser absorbidos por las plantas a través de sus raíces y utilizados en su metabolismo. Estos átomos de nitrógeno son esenciales para la síntesis de **proteínas** y **ácidos nucleicos**. Los animales obtienen su nitrógeno al consumir plantas u otros animales.

• Amonificación: Es el proceso de conversión del nitrógeno orgánico (proveniente de la descomposición de materia orgánica) en **ion amonio (NH₄⁺)**. Este ion, en altas concentraciones, puede ser tóxico y debe ser transformado o eliminado.

• Nitrificación: Proceso en el que bacterias como Nitrosomonas oxidan el amonio (NH₄⁺) a **nitritos (NO₂⁻)**, y luego otras bacterias, como Nitrobacter, oxidan los nitritos a **nitratos (NO₃⁻)**.

• Nitratación: Es la segunda etapa de la nitrificación, donde la bacteria Nitrobacter transforma los **nitritos (NO₂⁻)** en **nitratos (NO₃⁻)**.

• Desnitrificación: Proceso en el que el nitrógeno, en forma de nitratos, se convierte nuevamente en **nitrógeno gaseoso (N₂)** y se libera a la atmósfera. Este proceso es llevado a cabo por bacterias desnitrificantes como Bacillus y Pseudomonas.

El Ciclo del Azufre

El **azufre** es otro elemento vital que circula entre la atmósfera, la litosfera y la biosfera.

Formas y Transformaciones del Azufre

• Dióxido de Azufre (SO₂): Llega a la atmósfera por causas como la **meteorización**, **erupciones volcánicas**, **erosión**, y la emisión de **dimetil sulfuro (DMS)**, entre otros.

• Sulfato (SO₄²⁻): El **SO₂** reacciona con el oxígeno para transformarse en **trióxido de azufre (SO₃)**. Posteriormente, el **SO₃** reacciona con el agua para formar **ácido sulfúrico (H₂SO₄)**, que al disociarse en el suelo se presenta como **sulfato (SO₄²⁻)**.

• Ácido Sulfhídrico (H₂S): Puede ser absorbido por las plantas como nutriente. Luego, pasa a los animales a través de la cadena alimentaria. Cuando estos organismos mueren, son degradados por microorganismos, generando nuevamente **ácido sulfhídrico (H₂S)**.

• Bacterias Desulfovibrio: Ciertas bacterias, como las del género Desulfovibrio, son capaces de reducir sulfatos a **ácido sulfhídrico (H₂S)** en condiciones anaeróbicas.

• Oxidación del H₂S: El **H₂S** puede ser oxidado por **sulfobacterias** (bacterias oxidantes de azufre) para transformarlo en **azufre elemental (S)**.

• Azufre Elemental (S): Puede ser oxidado a **sulfato (SO₄²⁻)** mediante procesos **quimioautotróficos** o **fotoautotróficos** (por bacterias fotosintéticas).

• Dimetil Sulfuro (DMS): Es un compuesto orgánico de azufre que se libera a la atmósfera, contribuyendo a la formación de **SO₂ (dióxido de azufre)**.

Técnicas de Biorremediación Ambiental

La **biorremediación** es una estrategia ecológica para la limpieza de contaminantes.

• Biorremediación: Es la utilización de **microorganismos** (como hongos, bacterias, etc.) presentes en el medio ambiente para **descomponer o degradar sustancias peligrosas o contaminantes** en compuestos de menor toxicidad. Es un proceso relativamente lento, que puede requerir meses o incluso años, pero resulta muy económico si se efectúa adecuadamente. Incluye técnicas como la **remediación microbiana**, la **degradación enzimática** y la **fitorremediación**.

• Bioventeo: Este sistema se divide en dos etapas principales: la **inyección forzada de aire** en el sitio contaminado y la **extracción forzada de los vapores** generados (generalmente a través de lanzas o pozos). Su ventaja es que **no requiere la remoción del suelo** y estimula la **biodegradación** al acelerar la evaporación de los contaminantes volátiles.

• Manta Orgánica: Son estructuras compuestas por **fibras naturales** (como paja, coco, sisal, etc.), generalmente contenidas entre redes de materiales sintéticos (polipropileno o poliamida) o naturales (yute), y usualmente cosidas mecánicamente. Se utilizan para control de erosión y revegetación.

Características Físicas y Químicas del Suelo

El suelo posee propiedades que determinan su capacidad para sustentar la vida y los procesos ecológicos.

Propiedades Físicas del Suelo

La **proporción de los componentes** del suelo determina una serie de propiedades fundamentales, entre las que destacan la **textura**, la **estructura**, la **porosidad** y la **permeabilidad**.

• Estructura del Suelo: Se refiere a la forma en que las **partículas individuales del suelo** (arena, limo, arcilla) se agrupan para formar **agregados** o peds.

• Porosidad del Suelo: Es el **volumen total de los espacios abiertos (poros)** presentes entre los granos sólidos del suelo. La porosidad es crucial para la salud del suelo y el crecimiento de las plantas, ya que define el **volumen de agua y aire** que puede ser retenido, influyendo directamente en la disponibilidad de recursos para las raíces.

• Permeabilidad del Suelo: Es la propiedad del sistema poroso del suelo que permite el **flujo de líquidos** (principalmente agua) y gases a través de él.

Propiedades Químicas del Suelo

• Intercambio Iónico del Suelo (Capacidad de Intercambio Catiónico - CIC): La presencia de **cargas negativas** en la superficie de las partículas coloidales del suelo (arcillas y materia orgánica) es la responsable de su capacidad para **intercambiar iones** (principalmente cationes) con la solución del suelo. Esta propiedad es fundamental para la retención y disponibilidad de nutrientes para las plantas.