Color, carbono y vida en el suelo
La superficie del suelo es marrón porque contiene carbono orgánico que no se descompone rápidamente. La materia vegetal se transforma en compuestos complejos y resistentes, como la lignina, y se estabiliza gracias a minerales y complejos con arcillas u óxidos de hierro. Los microorganismos degradan lentamente este carbono, creando horizontes oscuros que mejoran la estructura del suelo, retienen agua y actúan como sumideros de carbono, lo que lo convierte en un ecosistema funcional y sostenible.
◼ Antonio Jordán López
¿Por qué es marrón el suelo?
Una pregunta sencilla con raíces profundas.
Sabemos que el color del suelo no es solo marrón, aunque sí es cierto que el "marrón" predomina...
A primera vista, la pregunta parece casi infantil: ¿por qué el suelo es marrón? Sin embargo, detrás de ese color aparentemente trivial se esconde uno de los grandes temas de la ecología y la ciencia del suelo: qué ocurre con el carbono cuando la materia vegetal muere y entra en el suelo.
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| Material de suelo del horizonte superficial de un suelo mineral, rico en materia orgánica, de color marrón oscuro. Antonio Jordán/Flickr. |
Durante mucho tiempo, los ecólogos se han preguntado por qué el mundo es verde. Es decir, por qué los herbívoros no consumen toda la vegetación disponible.
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| Imagen de satélite del Parque Natural Los Alcornocales (Cádiz y Málaga). Google Earth. |
La respuesta clásica combina varios factores: las defensas químicas (alcaloides, terpenos, compuestos fenólicos, flavonoides o isoflavonoides) y mecánicas de las plantas (desde la corteza y el corcho a las espinas, por ejemplo), su bajo valor nutritivo en muchos casos y, sobre todo, el control que ejercen los depredadores sobre los herbívoros.
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| Que algunas plantas pinchen no es casualidad. |
Si llevamos esa lógica al suelo, surge una pregunta paralela: si el suelo contiene cantidades enormes de carbono orgánico, ¿por qué los organismos descomponedores no lo consumen todo? Esta idea fue planteada de forma clara por Steven D. Allison en un trabajo publicado en The American Naturalist, donde reformuló el problema como: ¿por qué el suelo es marrón?
Los ecosistemas terrestres almacenan aproximadamente 3.000 Pg de carbono (C) orgánico, mucho más que los ∼700 Pg C presentes como CO₂ en la atmósfera (Jobbagy y Jackson, 2000). Una cuarta parte de este carbono orgánico se encuentra en la biomasa vegetal, y el resto en los suelos. Todo este carbono representa energía que los organismos heterótrofos podrían utilizar. ¿Por qué persiste tanta materia orgánica en la superficie y dentro del suelo?
Las posibles razones de la abundancia de carbono en la biomasa vegetal fueron abordadas por Hairston et al. (1960) en un artículo provocador que se preguntaba: “¿Por qué el mundo es verde?” ¿Por qué la biomasa vegetal está tan ampliamente distribuida, a pesar de la existencia de animales y microbios capaces de consumir o descomponer todos los tejidos vegetales conocidos?
Aquí planteo la pregunta complementaria sobre el reservorio mucho mayor de carbono orgánico en los suelos: “¿Por qué el suelo es marrón?” ¿Por qué tanta energía biológica se recicla tan lentamente en los suelos a pesar de la existencia y amplia distribución de descomponedores que podrían aprovechar esa energía?
Steven D. Allison (2006). Brown ground: a soil carbon analog for the green world hypothesis. The American Naturalist 167:619-627. DOI: https://doi.org/10.1086/503443.
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| Horizonte superior de un perfil de suelo. Catherine Ulitsky-USDA/Flickr. |
El suelo como gran almacén de carbono
Un primer dato clave ayuda a dimensionar el problema: el suelo almacena aproximadamente entre 1.500 y 2.400 gigatoneladas de carbono, según estimaciones ampliamente aceptadas. Esto supone alrededor de tres veces más carbono que toda la biomasa vegetal viva del planeta y casi el doble que el presente en la atmósfera.
Si ese carbono fuese fácilmente degradable, los microorganismos del suelo lo habrían consumido hace tiempo. Sin embargo, permanece ahí durante décadas, siglos o incluso milenios:
La materia orgánica del suelo (MOS) se puede dividir en diferentes grupos basándose en el tiempo necesario para la descomposición total y el tiempo de residencia derivado de los productos en el suelo (tiempo de rotación), de la siguiente manera:
- Reservas activas - renovación en meses o pocos años;
- Reservas pasivas - renovación en miles de años.
Los largos tiempos de rotación de los compuestos orgánicos no sólo se explican por condiciones anaeróbicas como en las turbas, sino también por la incorporación de MOS en los agregados del suelo, la fijación de la materia orgánica a las superficies minerales protectoras, la desconexión espacial entre MOS y descomponedores, y las propiedades bioquímicas intrínsecas de la MOS. Los microagregados se consideran responsables de la estabilización de las reservas pasivas (estabilizadores permanentes), mientras que los macroagregados y los terrones que encapsulan pequeños agregado se consideran agentes estabilizadores transitorios. Esta estabilización física y química de la MOS dificulta en diferentes grados la descomposición microbiana debido a movilidad y acceso restringidos de los microbios a la materia orgánica, así como difusión de agua, enzimas y oxígeno. Además, dicha estabilización requiere una amplia gama de enzimas microbianas para degradar macromoléculas insolubles que conforman la MOS.
FAO (2017). Carbono Orgánico del Suelo: el potencial oculto. Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y Agricultura Romaa., Italia.
El color marrón del suelo es, en buena medida, una señal visible de esa persistencia.
No todo el carbono es igual
El carbono del suelo no se parece al carbono de una hoja verde.
Las hojas recién caídas contienen azúcares, almidones y compuestos relativamente simples. En cambio, a medida que la materia vegetal se descompone, los compuestos más lábiles desaparecen primero.
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| Hoja parcialmente descompuesta de Magnolia dolstopa, mostrando la estructura de su nervadura. Los nervios de las hojas contienen lignina, lo que dificulta su degradación por microorganismos. Brocken Inaglory/Wikimedia Commons. |
Lo que queda es una mezcla cada vez más compleja de:
- restos microbianos,
- compuestos aromáticos y
- estructuras químicas resistentes a la degradación (como ácidos húmicos, ácidos fúlvicos y huminas).
Un ejemplo claro es la lignina, un componente estructural de la madera. Su descomposición es lenta y requiere enzimas muy especializadas. En muchos suelos forestales, restos derivados de la lignina contribuyen de forma importante al color oscuro y marrón del horizonte superficial.
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| Tronco de un árbol muerto en avanzado estado de descomposición en el Parque Nacional de Doñana (Huelva). Antonio Jordán/Imaggeo. |
La lignina desempeña un papel fundamental en los ecosistemas del suelo como uno de los componentes más resistentes de los restos vegetales. Debido a su estructura molecular compleja y recalcitrante, la lignina se descompone mucho más lentamente que otras sustancias presentes en los tejidos de las plantas (como la celulosa o la hemicelulosa), contribuyendo a la estabilización a largo plazo de la materia orgánica.
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| Ejemplo de una molécula sencilla de lignina realizado con MolView. |
A medida que los microorganismos la degradan, los compuestos derivados de la lignina ayudan a formar sustancias húmicas, que mejoran la estructura del suelo, aumentan la retención de agua y la capacidad de intercambio de nutrientes. Su lenta descomposición también influye en el ciclo del carbono, convirtiendo a la lignina en un factor clave en el secuestro de carbono en el suelo.
El papel protector de los minerales
Además de la química, entra en juego la física del suelo.
Las partículas minerales —arcillas y óxidos de hierro y aluminio— pueden unirse a la materia orgánica formando complejos estables. Estos complejos actúan como una caja fuerte: el carbono está ahí, pero no es fácilmente accesible para los microorganismos.
Por ejemplo:
- En suelos ricos en arcillas, como muchos Vertisoles o Luvisoles, la materia orgánica queda atrapada entre las láminas de los minerales de arcilla.
- En suelos con abundantes óxidos de hierro, típicos de climas cálidos, el carbono se adhiere fuertemente a las superficies minerales.
Este mecanismo explica por qué dos suelos con la misma entrada de residuos vegetales pueden tener contenidos de carbono muy distintos.
Microorganismos: pequeños, eficientes… pero con límites
A diferencia de una vaca o un ciervo, los descomponedores del suelo no mastican ni digieren en un intestino.
La mayoría son bacterias y hongos microscópicos que dependen de enzimas extracelulares. Estas enzimas se liberan al entorno para romper moléculas grandes en fragmentos más pequeños que puedan ser absorbidos.
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| Las costras biológicas del suelo son comunidades de organismos que viven en la superficie de suelos áridos y semiáridos de todo el mundo, cuya composición depende del clima, el suelo, la topografía, la vegetación y el grado de perturbación. Cumplen funciones ecológicas clave, como la fijación de carbono y nitrógeno, la estabilización del suelo y la regulación del albedo, el agua superficial y la disponibilidad de nutrientes para las plantas. J Brew/Flickr. |
Este sistema tiene varias limitaciones:
- Producir enzimas cuesta energía.
- Las enzimas pueden quedar atrapadas o desactivadas por los minerales.
- Cuanto más complejo es el carbono, mayor es el esfuerzo necesario para degradarlo.
Como resultado, gran parte del carbono del suelo se descompone muy lentamente. Esa lentitud se traduce en acumulación… y en color marrón.
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| Imagen de microscopio electrónico de barrido de Salmonella enteritidis, una bacteria gramnegativa del suelo con forma de bastón que puede causar enfermedades en humanos. Jean Guard-Petter/USDA. |
Ejemplos visibles en el paisaje
El color del suelo cambia de forma clara según el tipo de materia orgánica y su grado de transformación:
- Suelos agrícolas intensivos, con escaso aporte de residuos, suelen ser más claros que los suelos no cultivados.
- Praderas y dehesas presentan suelos pardos oscuros, ricos en carbono estabilizado.
- Suelos forestales muestran horizontes superficiales muy oscuros por acumulación de restos vegetales y actividad fúngica.
- Suelos volcánicos pueden ser casi negros, debido a la combinación de minerales y materia orgánica muy estabilizada.
En todos los casos, el color es una pista visual del equilibrio entre entradas de carbono y velocidad de descomposición.
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| Suelos forestales frente a suelos cultivados. De izquierda a derecha: Leptosol réndzico (forestal); Calcisol háplico (forestal); Calcisol háplico (cultivado); Calcisol vértico (cultivado). Antonio Jordán/Imaggeo. |
Marrón, pero funcional
Lejos de ser un residuo inerte, el carbono que da color al suelo cumple funciones esenciales:
- Mejora la estructura del suelo.
- Aumenta la retención de agua.
- Favorece la actividad biológica.
- Actúa como sumidero de carbono, ayudando a amortiguar el cambio climático.
Desde este punto de vista, el suelo es marrón porque funciona bien: porque no libera todo su carbono de golpe.
Resumen
- El suelo es marrón por su contenido de carbono orgánico estabilizado.
- La materia vegetal se descompone en compuestos resistentes como la lignina.
- Los minerales ayudan a proteger el carbono de la degradación.
- Microorganismos degradan el carbono lentamente.
- Horizontes oscuros indican alta acumulación de materia orgánica.
- Suelos agrícolas intensivos suelen ser más claros.
- Praderas y dehesas presentan suelos pardos ricos en carbono.
- Los suelos forestales muestran horizontes superficiales muy oscuros.
- Suelos volcánicos pueden ser casi negros por minerales reactivos y carbono estabilizado.
- El carbono marrón mejora estructura, retención de agua y función ecológica.
Preguntas para pensar un poco
¿Por qué el suelo no es verde como las hojas?
¿Qué papel juega la lignina en el color del suelo?
¿Cómo protegen los minerales el carbono del suelo?
¿Por qué algunos suelos son más oscuros que otros?
¿Qué diferencia hay entre carbono vegetal y carbono del suelo?
¿Qué limitaciones tienen los microorganismos para descomponer el carbono?
¿Por qué los suelos volcánicos pueden ser casi negros?
¿Qué indica el color del suelo sobre su fertilidad?
¿Cómo ayuda el carbono del suelo a mitigar el cambio climático?
¿El color marrón del suelo significa que es funcional o inútil?
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