Nitrógeno en el Suelo: Mineralización, Nitrificación, Desnitrificación y Asimilación por las Plantas
Contenido de nitrógeno en el suelo
Muchas veces el nitrógeno (N) alto es necesario para que el suelo sea productivo, aunque también es frecuente encontrar casos en los que el nitrógeno asimilable es bajo e insuficiente para las necesidades de las plantas. Solo interesa conocer el nitrógeno total del suelo, pero lo más interesante son las reservas de nitrógeno orgánico, que deben mineralizarse para ser asimilables por las plantas.
Un alto contenido de nitrógeno total puede ser indicio de una acumulación de materia orgánica con una débil velocidad de mineralización, debido a la pequeña actividad microbiana. El nitrógeno mineral es variable a lo largo del año. El máximo de N mineral coincide con el máximo de actividad microbiana, que se da en primavera y verano.
Formas minerales del nitrógeno
El nitrógeno mineral puede ser retenido (NH4+) para la alimentación de las plantas y los microorganismos (NH4+ y NO3-), o perderse por lixiviación (NO3-).
El contenido de N mineral del suelo es la diferencia entre los procesos que determinan su aparición y su desaparición. Esta diferencia es puntual, y la cantidad de factores que intervienen hace difícil su control.
Evolución del nitrógeno en el suelo
Mineralización
Es la transformación de nitrógeno orgánico (Norg) en nitrógeno mineral (Nmin), que ocurre en tres etapas:
1. Aminización
Consiste en la ruptura de las moléculas proteicas de la materia orgánica, que producen péptidos, aminoácidos y aminas (proteína → R-NH2 + CO2 + E).
2. Amonificación
Se origina el NH4+ a partir de los productos de la forma anterior. La liberación de NH3 puede darse por hidrólisis, por factores del suelo o por el ataque microbiano:
- R-NH2 + H2O → NH3 + R-OH + E
- NH3 + H+ → NH4+
El NH4+ puede ser usado directamente por la vegetación y por los microorganismos.
3. Nitrificación
Es un proceso microbiano en dos etapas:
- Nitrosación: NH4+ + 1/2 O2 → NO2- + 2H+ + E. Es una reacción parcial que sigue la vía de la hidroxilamina (2NH4+ + 3 O2 → 2NH2OH + 2H2O) y del hiponitrito (2NH2OH + O2 → HO-N=N-OH + H2O), y requiere una población microbiana específica.
- Nitratación: el nitroso se oxida a nítrico por acción microbiana: 2NO2H + O2 → 2NO3H + E.
En buenos suelos agrícolas la velocidad de oxidación de los nitritos es mayor que la del amoniaco, por lo que la forma NO2- no existe o su cantidad es pequeña. Las bacterias son sensibles a las condiciones ecológicas por su naturaleza aerobia estricta. Otros factores son la temperatura, el pH y el NH4+.
La humedad influye mucho: en sequía la actividad microbiana es pequeña y la nitrificación se reduce; tras la sequía, la nitrificación se reanuda rápidamente, de modo que la planta aprovecha las lluvias y crece rápidamente.
Neoinmovilización
Es la reorganización del N mineral del suelo: la población microbiana usa en su alimentación las formas minerales de N y las transforma en materia orgánica propia de su cuerpo microbiano. Las condiciones ecológicas que favorecen la actividad de los microorganismos favorecen la neoinmovilización; en buenos suelos agrícolas se mantiene una elevada actividad microbiana, lo que implica una alta velocidad de mineralización de la materia orgánica.
Desnitrificación
Es la reducción de los nitratos del suelo por grupos de bacterias que usan el NO3- como aceptor de H+ cuando la respiración se produce en condiciones anaerobias o de baja oxigenación. El N2 y el N2O se difunden a la atmósfera desde el suelo, perdiendo fertilizante nitrogenado:
2NO3- + 4H+ → 2NO2- + H2O + 4H+ → 2NO + 4H2O → NO2 + 5H2O / N2 + 6H2O
La proporción de NO2- y N2 depende del contenido de NO3- y del sustrato orgánico del suelo. Con alto contenido de nitrato se forma más NO2, y con bajos contenidos se forma más N2. La temperatura y el pH influyen: entre 0 y 5 ºC la desnitrificación es poco importante y la relación NO2/N2 es alta, y esta relación sube si baja el pH. Puede producirse en terrenos encharcados, donde predominan condiciones fuertemente reductoras; si la actividad microbiana es importante, la pérdida por desnitrificación es significativa.
Nitrógeno en la planta
Asimilación
La planta se nutre de nitrógeno en forma mineral del suelo y de la atmósfera. También puede absorber directamente moléculas orgánicas que contienen N por vía radicular o foliar, aunque esto es poco significativo. Las plantas carnívoras, que atrapan insectos y los digieren con proteasas, son un caso particular.