IMPORTANCIA DE LA VIDA EN LOS CICLOS DEL SUELO Y SUS COMPONENTES

IMPORTANCIA DE LA VIDA EN LOS CICLOS DEL SUELO Y SUS COMPONENTES

Valentín Vásquez

Oaxaca, México
valeitvo@yahoo.com.mx

1. Introducción

Por su naturaleza material el suelo está regido por las leyes universales que rigen el movimiento de la materia; es decir, el movimiento del suelo es resultado de sus contradicciones internas y consiste en la unidad contradictoria y transformación recíproca de la cantidad y la cualidad, ley que implica que los procesos edafológicos, aparecen repentinamente -saltos- como resultado de la acumulación gradual de cambios cuantitativos, que al rebasar un rango -medida- en el que se mueve la vieja cualidad, es relevada por una nueva cualidad. Pero, el movimiento no es lineal, sino que se trata de un movimiento de naturaleza cíclica, debido a una doble negación que se produce como respuesta a la contradicción que mueve al suelo.

Los componentes orgánico-minerales que constituyen la esencia del suelo y que se estructuran en horizontes, se mueven cíclicamente. Así, los componentes minerales del suelo, derivados de la transformación de la roca en suelo, particularmente el potasio, calcio, magnesio y azufre, son asimilados por las plantas para cumplir diversas funciones biológicas, tienen que ser reciclados en su movimiento permanente; por el lado de los componentes orgánicos, principalmente el carbono, el nitrógeno y el fósforo, que son componentes fundamentales de las biomoléculas -proteínas, lipidos y ácidos nucleicos-, también son reciclados. El movimiento cíclico de los componentes orgánicos y minerales del suelo, es de fundamental importancia, ya que hace posible la continuidad de la vida, uno de los rasgos esenciales de la vida, puesto que si el movimiento no tuviera carácter cíclico, ambos tipos de componentes, ya se hubieran agotado y con ello la vida se hubiera extinguido en la Tierra.

2. Marco de referencia teórico

El fundamento teórico de la naturaleza coloidal de los componentes del complejo orgánico-mineral del suelo, es la dialéctica, particularmente sus tres leyes universales, que rigen el movimiento de la materia y del pensamiento, descubiertas por Hegel y expuestas en su Ciencia de la Lógica (1812-1816). Esta obra está dividida en tres partes y estructurada en forma tal que sigue el movimiento del conocimiento científico: de la apariencia a la esencia y de ésta a su expresión lógica (concepto). Así, en la primera parte -doctrina del ser- estudia la naturaleza del movimiento del pensamiento, en la que expone la primera ley dialéctica del movimiento: la transformación recíproca de la cantidad y la cualidad. La cualidad y la cantidad son dos aspectos contradictorios de los objetos que se mueven. La cualidad es la que permanece relativamente estable y es idéntica al ser, en cambio la cantidad es la magnitud de la cualidad. La cualidad se mueve cuantitativamente en un rango -medida- en el que se conserva la cualidad, pero en un momento determinado se rebasa el límite de la medida y se produce un cambio brusco -"salto"- por medio del cual la vieja cualidad es relevada por una nueva cualidad con su correspondiente cantidad. Para Hegel, la nueva cualidad, es la esencia, objeto de estudio de la segunda parte de su Ciencia de la Lógica, ya que se ha producido un "salto" de la apariencia -cualidad vs cantidad- a lo que está oculto detrás de la sensibilidad -esencia-. Es en esta parte, en la que expone la segunda ley dialéctica: la contradicción universal, la cual establece que en el universo todos los procesos son contradictorios. Esta ley, es el "alma" de la dialéctica hegeliana, ya que constituye la "fuerza motriz" que mueve a la materia y al pensamiento. En su movimiento dialéctico el conocimiento prosigue su marcha y culmina en la doctrina del concepto. Este no es más que la esencia hecha pensamiento. El concepto, es el objeto de estudio de la tercera parte de la Ciencia de la Lógica de Hegel. En esta parte de su obra, expone la tercera ley de la dialéctica: la negación de la negación. En su obra representa el retorno a su punto de partida de su trabajo: la doctrina del ser, pero como doctrina del concepto, resultado de la doble negación: la primera se produce cuando la esencia niega al ser y la segunda se presenta, cuando la esencia es negada por el concepto. Si bien la negación de la negación, fue expuesta por Hegel en la esfera del pensamiento, pero, como el pensamiento es la expresión lógica de la esencia (material), por consiguiente, es una ley universal que opera en la naturaleza, la sociedad y el pensamiento. La doble negación se produce, por que en el movimiento del objeto se desdobla su unidad contradictoria y en su posterior desenvolvimiento se genera la negación recíproca de sus aspectos contradictorios, cerrándose así el ciclo para retornar a su punto de partida.

Las tres leyes universales de la dialéctica, son el fundamento teórico de todas las ciencias particulares, en virtud de que por la dialéctica de la contradicción, todo objeto de estudio, es la unidad contradictoria de lo singular y lo general, siendo lo particular un eslabón intermedio entre ambos. En este sentido las leyes universales están inmersas parcialmente en las leyes particulares, siendo esenciales para el estudio de los objetos particulares, en este caso el suello, objeto de estudio del presente artículo.

3. Dialéctica de la naturaleza del suelo

Dado que los componentes orgánico-minerales del suelo se mueven dialécticamente, es decir, su movimiento es de naturaleza cíclica, en este apartado se analizan los movimientos cíclicos de los principales elementos y compuestos químicos que constituyen la esencia material del suelo.

3.1. Ciclos

3.1.1. Elementos aportados por la roca

Las rocas que sirven de material "madre" de los suelos están compuestas de minerales que al meteorizarse (descomponerse) liberan los elementos químicos que funcionan como nutrientes de las plantas, entre los que destacan el fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre, todos elementos esenciales para el desarrollo de las plantas.

3.1.1.1. Fósforo

El fósforo es uno de los elemento más importantes para la nutrición de las plantas, ya que desempeña funciones estructurales y funcionales, de vital importancia como son: componente de la membrana celular, que desempeña una función trascendental en el intercambio de materia y energía con el medio ambiente de la célula, en la composición del ATP -Adenosín Trifosfato- que almacena y controla la energía que mueve a los organismos vivos y, en la estructura y función de los ácidos nucleicos, fundamentales, así como la reproducción y continuidad de las  especies vivas.

El carácter cíclico del movimiento del fósforo en la naturaleza se muestra en la figura siguiente.

Imagen 1. Ciclo del fósforo

El fósforo derivado de las rocas fosfatadas y de los fertilizantes se encuentra en forma de fosfato en la solución del suelo. Las plantas lo utilizan para su nutrición y lo transforman en materia orgánica. Esta es aprovechada por los animales para su alimentación. Ambos, plantas y animales, al alimentarse niegan al fosfato presente en la solución del suelo. Lo metabolizan para incorporarlo a sus tejidos o como reserva energética. Así el fosfato es negado al convertirse en compuesto orgánico. Posteriormente, tanto plantas como animales aportan materia orgánica al suelo, que al ser degradada por los organismos vivos del suelo, la transforman en humus. Este finalmente se mineraliza para aportar el fósforo mineral a la solución del suelo, con lo que se produce la segunda negación: el fósforo orgánico es negado por el fósforo mineral, para retornar al punto de partida. Se ha producido la doble negación que implica el carácter cíclico del movimiento del fósforo.

3.1.1.2. Potasio

El potasio es otro elemento químico que se deriva de la roca y que si bien no participa en estructuras de las plantas, si tienen funciones vitales muy importantes, entre las que destacan: regular el movimiento del agua, resistencia a la sequía, estimula la fotosíntesis y la resistencia a plagas y enfermedades.

En la imagen 2 se presenta el ciclo del potasio.

Imagen 2. Ciclo del potasio

El potasio está en los minerales que constituyen la roca que da origen al suelo. Por el proceso de meteorización es liberado a la solución del suelo, en la que se encuentra en forma iónica disponible para la planta. Esta lo aprovecha para su nutrición y lo incorpora a su fisiología. Los animales se alimentan de las plantas, con lo que incorporan al potasio a su metabolismo. Así, tanto plantas como animales, transforman al potasio mineral en potasio orgánico, con lo que niegan al potasio mineral contenido en la solución del suelo. Las plantas y los animales aportan materia orgánica que es convertida en humus, principalmente por los microorganismos. El humus se mineraliza con lo que libera sus componentes minerales, siendo uno el potasio que se reintegra a la solución del suelo. Así se cierra el ciclo del potasio, al pasar por una doble negación, para volver a su punto de partida.

3.1.1.3. Calcio

El calcio es otro elemento esencial para el desarrollo de las plantas y tiene funciones estructurales y funcionales.

El ciclo del calcio está estrechamente relacionado con el ciclo del carbono, ya que el bióxido de carbono (CO2) es fijado por las plantas  a través de la fotosíntesis para producir carbohidratos (glucosa) que al oxidarse por medio de la respitación libera a la atmósfera CO2, que al ser movido por la lluvia se deposita en los océanos y al combinarse químicamente con el calcio se convierte en carbonato de calcio, que en el transcurso se transforma en roca caliza y por la acción de la tectónica de placas (actividad volcánica) se convierte en roca ígnea y carbono (CO2) que se libera al aire, para cerrar el ciclo de ambos compuestos elementos químicos.

El calcio se encuentra ampliamente distribuido en las rocas que dan origen al suelo, que por el proceso del intemperismo es liberado a la solución del suelo en el que inicia su movimiento cíclico. En la solución del suelo, como catión es aprovechado como nutriente por las plantas y estas al ser la base de la alimentación de los animales, transforman al calcio mineral en calcio "orgánico", produciéndose la primera negación; en seguida, los animales y las plantas aportan materiales orgánicos que son transformados por los microorganismos en humus. Este componente orgánico, de naturaleza coloidal se mineraliza para liberar a sus componentes orgánicos, siendo uno de ellos el calcio, proceso que produce la segunda negación: el calcio contenido en el humus es negado por el calcio mineral que se incorpora a la solución del suelo, con lo que se produce el retorno al punto de partida para cerrar el movimiento cíclico del calcio, mediante la doble negación.

A continuación en la imagen 3 se explica la dinámica del calcio en el suelo.

Imagen 3. Ciclo del carbono-calcio

En la imagen se observa la sucesión de procesos que culminan con el retorno al punto de partida del bióxido de carbono (CO2) para cerrar el cíclo, que al estar asociado a la formación de carbonatos, también aplica al calcio.

3.1.1.4. Magnesio

El magnesio es otro elemento "pariente" del calcio, también ampliamente distribuido en las rocas de las que por el proceso del intemperismo, es liberado a la solución del suelo, en la que permanece como catión. En este estado sirve como nutriente de las plantas que al absorberlo se incorpora a la estructura de la clorofila contenida en los cloroplastos de las hojas, biomolécula fundamental para el proceso de fotosíntesis: producción de compuestos orgánicos -carbohidratos- a partir de sustancias inorgánicas -bióxido de carbono aportado por la atmósfera y agua aportada por el suelo- con la participación de la luz visible que aporta la energía para que dicho procesos químico se realice. La clorofila niega al magnesio de naturaleza mineral contenido en la solución del suelo. Los animales se alimentan de las plantas, con lo que incorporan el magnesio a su estructura y después, tanto animales como plantas aportan materia orgánica al suelo. La materia orgánica es convertida en humus por los microorganismos y el humus se mineraliza en sus componentes minerales, siendo el magnesio uno de esos componentes que se incorpora a la solución del suelo, proceso que niega al magnesio de naturaleza orgánica, para retornar a su punto de partida: el potasio mineral presente en la solución del suelo. Así, se produce la doble negación, que se requiere para completar el movimiento cíclico del magnesio en el suelo.

Imagen 4. Ciclo del magnesio

3.1.1.5. Azufre

El azufre es uno de los compuestos emitidos por la actividad volcánica a la atmósfera -imagen 5- como bióxido de azufre, que al reaccionar con la humedad atmosférica precipita con la lluvia y se incorpora a la solución del suelo, como ión sulfato. Este es absorbido por las plantas para incorporarlo a su estructura y fisiología. Las plantas sirven de alimento a los animales. Tanto plantas como animales al incorporar el azufre en sus estructuras, niegan al azufre mineral. Posteriormente, los animales y las plantas, aportan materia orgánica al suelo, que por acción de los microorganismos la transforman en humus. Este, finalmente se mineraliza para liberar a sus componentes minerales, entre los que se encuentra el azufre que al reaccionar con la humedad se convierte en sulfato que se incorpora a la solución del suelo, con lo que se produce la segunda negación: el azufre contenido en las sustancia orgánicas es negado por el azufre mineral o inorgánico, para retornar a su punto de partida, después de realizarse la doble negación. Es decir, el azufre al igual que los otros elementos químicos descritos, se mueve también cíclicamente.

Imagen 5. Ciclo del azufre

3.1.2. Elementos aportados por la atmósfera

Las plantas no solo se alimentan de los elementos químicos minerales contenidos en las rocas, que por el proceso del intemperismo son liberados e incorporados en la solución del suelo. También se nutren de sustancias aportadas por la atmósfera, tanto la aérea que aporta carbono en forma de bióxido de carbono y la atmósfera del suelo que aporta nitrógeno, ambos esenciales para la vida de las plantas.

3.1.2.1. Nitrógeno

Respecto al ciclo del nitrógeno, es importante destacar que las plantas se abastecen de este nutriente contenido en la atmósfera del suelo, que a pesar de representar por lo menos un 78% está en forma molecular (N2), el cual no es aprovechable por los vegetales, ya que las plantas solo lo absobben (como todos los nutrientes) en form iónica. En este sentido el nitrógeno molecular del aire del suelo es transformado biológicamente por los microorganismos (principalmente bacterias) en amoniaco (NH3) y luego en NO3 (nitrato iónico) para que las planteas lo puedan asimilar. Sin embargo, el proceso continua y se produce en ausencia de oxígeno (anaerobiosis) la desnitrificación biológica del nitrato para retornar a su punto de partida (N2), para cubrir el ciclo del nitrógeno, en el que los microorganismos son inyermediarios fundamentales, al igual en todos los ciclos biogeoquímicos.

  

Imagen 6. Ciclo del nitrógeno.

En la imagen anterior, es evidente que los dos procesos contradictorios que hacen posible la naturaleza cíclica del movimiento del nitrógeno en el suelo, son la fijación biológica y la desnitrificación, ambos procesos realizados por bacterias.

3.1.2.2. Carbono

El carbono es el elemento más importante en la composición de la materia viva. Cuando la vida primitiva apareció, había suficiente disponibilidad de materia orgánica como fuente de alimentación de los organismos unicelulares primitivos, puesto que los compuestos orgánicos que servían de alimentación se formaban de manera natural con la participación de los gases atmosféricos y los compuestos derivados de las rocas continentales que se depositaban en los océanos primitivos. A medida que aumentaron las formas de vida, los alimentos orgánicos se fueron haciendo cada vez más escasos, por lo que surgió la necesidad de producir los compuestos orgánicos a partir de sustancias inorgánicas. Así surgieron primeramente los organismos quimioautotróficos, que utilizaban compuestos inorgánicos para elaborar sus propios alimentos; pero las fuentes que aportaban los compuestos inorgánicos, también se fueron haciendo cada vez más escasas, hasta que apareció la facultad de aprovechar el bióxido de carbono de la atmósfera que al combinarse con el agua aportada por los océanos y después cusndo las plantas se desarrollaron los continentes por el suelo, con el aporte de la energía proporcionada por el Sol, produjo lo que se conoce como fotosíntesis. Este proceso, consiste básicamente en la combinación química del dióxido de carbono, con el hidrógeno derivado de la fotólisis -rotura de la molécula de agua-, para producir los carbohidratos, junto con la liberación del oxígeno molecular a la atmósfera. Pero, como en la naturaleza todo es contradictorio, con la fotosíntesis que produce carbohidratos, a partir de compuestos inorgánicos -agua y bióxido de carbono-con el concurso de la luz visible, aparece su contra-parte: la respiración aeróbica que contribuyó a la des-contaminación al consumir el oxigeno como principal subproducto de la fotosíntesis, para "quemar" los compuestos orgánicos principalmente carbohidratos y convertirlos en agua y bióxido de carbono, con lo que se reciclan los compuestos básicos que participan en la fotosíntesis. 

El ciclo del carbono se presenta en la siguiente imagen.   

Imagen 7. Ciclo del carbono

En la figura anterior, se muestra el ciclo del carbono en la que la fotosíntesis realizada inicialmente en los océanos por las cianobaterias y después por las plantas continentales, niega al bióxido de carbono y agua de naturaleza inorgánica al transformarlos en compuestos orgánicos -carbohidratos-. Estos sirven de alimento de los animales, que junto con las plantas aportan materia orgánica, que al combinarse con el oxígeno mediante la respiración, se produce la negación de las sustancias orgánicas, principalmente carbohidratos para producir bióxido de carbono y agua, con lo que se cierra el ciclo, después de haberse producido la doble negación. Así pues, la negación recíproca de la fotosíntesis y la respiración, hacen posible el reciclaje del agua y el bióxido de carbono. 

3.1.2.3. Ciclo de oxígeno

Los mismos procesos contradictorios de fotosíntesis y respiración, también participan en el reciclado del oxigeno, como se observa en la siguiente imagen.

Imagen 8. Ciclo del oxígeno

Históricamente el proceso de fotosíntesis apareció con las cianobacterias hace 2500 millones de años y representó toda una revolución biológica, que posibilitó posteriormente el desarrollo de vida pluricelular más compleja, e hizo posible el mayor cambio cualitativo (salto) hace 2 millones de años con la aparición de la especie humana en el oriente de África.

3.1.3. Ciclo roca-suelo

El suelo solo es solo un momento de un proceso cíclico más prolongado por el que se mueven las rocas y, tarda millones de años en completarse. Históricamente las rocas ígneas mostradas en la imagen 9, son las primeras a ´partir de las cuales se originó el suelo en conjunción con el humus derivado de los organismos vivos, para formar ese complejo orgánico-mineral de naturaleza coloidal, que al ser erosionado, transportado y depositado en las partes bajas, principalmente en las cuencas oceánicas y después de un prolongado proceso de acumulación gradual se transforma cualitativamente en rocas sedimentarias. Estas, por aumentos de las temperaturas y presiones se transforman en rocas metamórficas que también por aumentos de las presiones y temperaturas, se funden para convertirse en magma que al enfriarse se transforma en rocas magmáticas o ígneas, con lo que se retorna al punto de partida, para cerrar el ciclo. Las rocas ígneas que se forman como resultado del enfriamiento del magma se transforman por el imtemperismo físico, químico y biológico en suelo -arenas, limos, arcillas y humus-. Este niega a las rocas que le dan origen, posteriormente el suelo es erosionado, transportado y depositado gradualmente hasta que los sedimentos se compactan y se litifican para convertirse en rocas sedimentarias. Estas niegan al suelo y se convierten en rocas metamórficas, que por cambios de temperatura y presión se convierten en material fundido -magma- que al enfriarse se transforman en rocas ígneas, con lo que se retorna al punto de partida para cerrar el ciclo del suelo. Es decir, que la naturaleza cíclica del la roca, requiere pasar por la doble negación.

El ciclo general de la roca-suelo se presenta en seguida.

Imagen 9. Ciclo de la roca-suelo

En la imagen anterior, el suelo no aparece, pero su ubicación está en los sedimentos provenientes de su erosión de las partes continentales. Se trata de un recurso natural subvalorado por su desconocimiento de su función crucial, que hace posible la vida por su aporte de macro y micronutrientes indispensables para las plantas y con ellas para los animales, incluyendo la especie humana.

4. Conclusiones

El conocimento de las leyes universales (marco de referencia teórico) de la naturaleza, la sociedad y el pensamiento son muy importantes para abordar el estudio de los objetos particulares por estar inmersas en los objetos particulares, permiten orientar su abordaje,  como es el caso del suelo, objetivo del presente trabajo.

 

La naturaleza cíclica del suelo y sus componentes orgánico-minerales del suelo, hace posible su renovación permanente y con ello hace posible la continuidad de la vida., en la que los microorganismos -bacterias- desempeñan una función esencial en el reciclaje de los elementos minerales del suelo y la atmósfera.

Si los componentes orgánico-minerales del suelo no se movieran cíclicamente, ya se hubieran agotado y con ello la vida se hubiera extinguido en el planeta.

Si los componentes orgánico-minerales del suelo se mueven cíclicamente, por consiguiente, el suelo como totalidad, también se mueve cíclicamente. Inicia como roca en sus tres modalidades -ígnea, sedimentaria y metamórfica- que al intemperizarse física, química y biológicamente se transforma en suelo. Este niega a la roca que le da origen, con lo que se produce la primera negación. Luego el suelo es erosionado, transportado, depositado y litificado (por compactación, metamorfismo y fusión), para convertirse en roca,  originando así la segunda negación, con lo que retorna a su punto de partida como roca en cualesquiera de los tres tipos, dependiendo de las condiciones de formación de las rocas.

El ciclo del suelo como totalidad es movido cíclicamente por la tectónica de placas, que es la que determina la formación de las rocas ígneas, así como las fuerzas de gravedad y el clima -atmósfera- que intemperizan a las rocas física, química y biológicamente, para transformarlas en arenas, limos y arcillas, que al fusionarse con el humus derivado de la materia orgánica aportada por los organismos, da como resultado la formación del suelo. Este es erosionado y es arrastrado por las ecurrimientos superficiales y luego depositado en las partes bajas, principalmente los océanos, que gradualmente se van compactando hasta que finalmente se litifican para dar origen a rocas sedimentarias, que posteriormente por la tectónica de placas se metamorfizan o se convierten en rocas ígneas para cerrar el ciclo.

Los componentes particularse del suelo -los minerales derivados de la roca y el humus derivado de la materia orgánica aportada por los organismos vivos-, son ciclos particulares en los que la biósfera es la intermediaria eseencial para su reciclaje como resultado de su metabolismo.
 

5. Bibliografía

Hegel Federico. 1812-1816. Ciencia de la Lógica. Traducción de Mondolfo Rodolfo (1960). Buenos Aires, Argentina.

Ciclos biogeoquímicos. Internet.