Isótopos estables aplicados al compostaje

CompostandoCiencia: Isótopos estables
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2010/05/cientificos-prueban-la-validez-de-los.html
La abundancia natural de los isótopos 13C y 15N nos permite conocer mejor la evolución del carbono y del nitrógeno de la materia orgánica durante el proceso de compostaje y tras su aplicación al suelo.

 

Evolución de la materia orgánica

 

Durante el compostaje, la materia orgánica sufre una serie de trasformaciones de origen biológico que permite obtener, a partir de residuos orgánicos no estabilizados, una materia orgánica estable que es aprovechable como abono orgánico. Esta materia orgánica dependerá en gran medida de la naturaleza de los residuos orgánicos de que se partan inicialmente, así como las características y propiedades de su contenido en carbono orgánico y nitrógeno. Siempre se ha comentado que durante el proceso de compostaje, la materia orgánica se va transformando al ser metabolizada por los microorganismos presentes en el proceso, transformándola en una materia orgánica más compleja que en muchos casos tiene unas propiedades húmicas muy marcadas. Para el caso del carbono orgánico, al inicio del proceso, tendrá unas características menos complejas siendo más bioasimilable que al final del mismo ya que formará parte de la matriz lignocelolúsica o húmica, es decir, que el carbono orgánico más biodisponible se consumirá antes al inicio (y que motivará un aumento de la temperatura indicador de la actividad microbiana) y será menor al final del proceso cuando la actividad microbiana es menor (y la temperatura desciende). El caso del nitrógeno es más complejo ya que además de las transformaciones de origen biológico, se suman otras en muchos casos difíciles de controlar como la volatilización de amonio, la lixiviación en forma de nitrato o la emisión en forma de óxido nitroso proveniente de la nitrificación y la desnitrificación. Aun así, ambos elementos han sido muy estudiados durante el compostaje y en muchos casos se conocen su comportamiento, que es común a todos los procesos de compostaje con independencia de los residuos orgánicos que se utilicen. Pero a pesar de esto, ¿cómo podemos demostrar la evolución del carbono y el nitrógeno durante el proceso?, ¿cómo cambia su naturaleza química? El estudio de su distribución isotópica puede ayudarnos a responder estas preguntas…

 

Isótopos estables: 13C y 15N

 

CompostandoCiencia: Isótopos establesLa materia está formada por átomos y estos a su vez por electrones (carga negativa), neutrones (sin carga) y protones (carga positiva). Un isótopo estable se puede definir como aquel átomo que siendo del mismo elemento químico (como el caso del carbono o el nitrógeno), difiere ligeramente en su masa (concretamente en el número de neutrones) pero no en sus propiedades. Así, en la naturaleza podemos encontrar muchos elementos químicos que tienen isótopos estables: el carbono tiene el 12C y el 13C (con un 98,9 y 1,1% de abundancia natural respectivamente) y el nitrógeno tiene el 14N y el 15N (con un 99,634 y 0,366% de abundancia natural respectivamente). ¿Qué interés tiene estudiar la relación isotópica de los elementos, es decir, 13C/12C y 15N/14N? Pues cuando ocurren procesos en los cuales hay reacciones químicas (transformación de la materia orgánica durante el compostaje por ejemplo), esta relación se modifica ya que es menos costoso energéticamente hablando romper los enlaces químicos de los isótopos estables más pesados que los más ligeros. Así, dependiendo de la reacción que tenga lugar podemos apreciar tendencias o patrones que son característicos para un sistema en particular. Esta es la base que nos permite estudiar procesos concretos como la evolución del carbono y el nitrógeno durante el compostaje y su transformación una vez añadidos al suelo (mineralización de la materia orgánica).

 

Isótopos estables de 13C y 15N durante el compostaje

 

Para el primer caso (el compostaje), se puede observar un comportamiento típico de la abundancia relativa del 13C ya que se va reduciendo la composición en dicho isótopo (valores negativos de la relación 13C/12C, es decir, menos 13C). Estos valores tienden a unificarse conforme avanza el proceso de compostaje con independencia de la naturaleza de los residuos orgánicos que se utilicen al principio y es indicativo de que el carbono orgánico resultante es más recalcitrante (menos biodisponible) que al inicio. Un comportamiento contrario experimenta la abundancia relativa del 15N que su tendencia es a aumentar, motivada fundamentalmente por los procesos que hemos comentado en el primer apartado (volatilización, lixiviación, emisión, etc.).
Uno de los datos más importantes de este trabajo es demostrar como de recalcitrante es la materia orgánica de los composts. Al aplicarlos a distintos suelos y estudiar la abundancia natural de ambos isotopos estables, se ha comprobado que tras varios años todavía se puede medir la presencia tanto del carbono como del nitrógeno proveniente de la materia orgánica de los composts, confirmando que poseen una gran estabilidad a lo largo del tiempo que puede propiciar una mejora prolongada de las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos.
La fuente:

ResearchBlogging.org
Lynch, D., Voroney, R., & Warman, P. (2006). Use of 13C and 15N natural abundance techniques to characterize carbon and nitrogen dynamics in composting and in compost-amended soils Soil Biology and Biochemistry, 38 (1), 103-114 DOI: 10.1016/j.soilbio.2005.04.022

 

Esta entrada participa en el XXV Carnaval de la Química alojado en el blog “ISQCH – Moléculas a reacción”
CompostandoCiencia participa en las bodas de plata del Carnaval de Química

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