2.Nutrimentos en El Suelo Fertilidad de Suelos (de Donald Kass)

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Donald Kass

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CAPITULO 2 NUTRIMENTOS EN EL SUELO OBJETIVO GENERAL  Diferenciar la disponibilidad de nutrimentos en el suelo, en función de variables químicas,  pedogenéticas (tipo de arcilla) y compuestos orgánicos (humus).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al concluir el estudio de este capítulo, el estudiante estará en capacidad de: 1. Definir la influencia del pH alcalino en la disponibilidad de las diferentes formas nitrogenadas del suelo. 2. Describir la disponibilidad del fósforo en suelos con pH mayor de 7.0 unidades. 3. Resumir el efecto de los cationes de hidroxialuminio sobre la disponibilidad de potasio en el suelo. 4. Explicar dos factores que afectan la disponibilidad de molibdeno en el suelo. 5. Definir la importancia del pH ácido en la disponibilidad de nitrógeno en el suelo. 6.  Nombrar los precipitados de fosfato que se producen en condiciones de suelos ácidos. 7.  Nombrar cuatro elementos cuya disponibilidad es muy desfavorable en suelos con valores de pH entre 3.5 y 5.0. 8. Identificar dos efectos que se produce al aplicar altas cantidades del fertilizante cloruro de  potasio en suelos ácidos. 9.  Nombrar dos minerales arcillosos que pueden fijar amonio. 10. Identificar dos propiedades que tienen las formas oxídicas amorfas, en los suelos. 11. Identificar tres propiedades de los suelos que explican el noventa y ocho por ciento de la absorción de boro en ellos. 12. Analizar los factores que influyen en la disponibilidad de manganeso en los suelos. 13. Analizar la descomposición de la materia orgánica y su relación C:N, en la disponibilidad de nitrógeno, fósforo, azufre los micronutrimentos.

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La disponibilidad de los dieciséis elementos de importancia para la nutrición de las plantas, así como de algunos específicos como el cobalto y el silicio, puede ser afectada por factores ligados al suelo como el  pH, el tipo de arcilla, el contenido de material orgánica y las formas de humus que predominen, la actividad de microorganismos, el contenido de agua y la fuente fertilizante aplicada, especialmente por su solubilidad, ligado al cultivo y su etapa de crecimiento.

DISPONIBILIDAD DE LOS NUTRIMENTOS EN RELACION CON EL pH DEL SUELO Un factor de gran influencia que afecta la disponibilidad de nutrimentos en el suelo, es el pH. En el suelo pueden presentarse varias condiciones generales: 



Predominan condiciones de alcalinidad, como los suelos situados en áreas secas, donde la  precipitación pluvial es menor que la evapotranspiración real de los cultivos. Predominan condiciones de acidez, lo cual es muy frecuente en suelos de regiones tropicales, calientes y húmedas.

En ambas condiciones se dan procesos que afectan la disponibilidad de elementos como nitrçogeno en forma amoniacal o nítrica; fósforo, potasio, molibdeno y boro, ya que dependiendo de si el pH es alcalino o ácido, muchos elementos forman precipitados en la disolución del suelo, que los hace no solubles y no disponibles para las raíces de las plantas.

pH ALCALINO La absorción de iones amonio (NH4)+  ocurre más rápidamente a valores de pH neutros en el suelo, aproximadamente en el ámbito de 6.5 a 7.0. La absorción se reduce si en el suelo hay valores de pH ácidos, menores de 5.5 unidades de pH. Los niveles tóxicos de nitritos con forma iónica: (NO2)-, se relacionan con altos niveles de pH y altos contenidos de amonio (NH4)+. Cuando en el suelo existen valores de pH cercanos a 7.5, el potencial para convertir u oxidar amonio (NH4)+, a nitrito (NO2)-, es mayor que el potencial para convertir u oxidar el nitrito (NO2)-  a nitrato (NO3)-, En consecuencia, se acumula nitrito en el suelo, y la nitrificación, u oxidación hasta nitratos, se reduce mucho. La nitrificación ocurre en un ámbito de pH ubicado entre valores de 4.5 y 10.0; pero alcanza su máximo valor a un pH de 8.5. Las bacterias nitrificadores necesitan un suplemento adecuado de calcio iónico (Ca+2) y de fosfato en forma monovalente (H2PO4)-, además de un balance adecuado de micronutrimentos que incluye hierro, manganeso y cobalto, que son tres de los micronutrimentos más involucrados en el proceso de nitrificación efectuada por las bacterias nitrificantes. Si el pH es mayor de 7.0, el calcio en forma iónica (Ca +2), puede reaccionar con iones fosfato, y  precipitar formando minerales o sales de calcio y fosfato, como la hidroxiapatita. Bajo tal condición, disminuye la disponibilidad de los fosfatos solubles en el suelo. Cuando se aumenta el pH de los suelos ácidos, de 5.5 a 7.0, se favorece el colapso de las láminas silicatadas en las arcillas que sufren procesos de expansión ante cambios de humedad en el suelo, e impedir la salida o difusión de los inones potasio (K +), presentes entre las láminas de sílice y de alúmina. Los cationes de hidroxialuminio mantienen las láminas silicatas separadas, pero esta capacidad se pierde cuando precipitan en forma de gibbsita |Al (OH)3|. El ión potasio, atrapado entre estas láminas, no es disponible para las raíces de las plantas y estas no pueden absorberlo. El uso o la costumbre de encalar los suelos ácidos que tienen bajos niveles o bajos contenidos de potasio catiónico intercambiable (K +),  puede inducir una deficiencia del elemento potásico, por efectos de competencia iónica entre calcio y  potasio.

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La aplicación de cal a los suelos que tiene un pH entre 6.0 y 7.5 unidades, generalmente provoca que disminuya el potasio intercambiable y su forma iónica (K +), disponible en la solución del suelo, y se reduce la absorción de la forma iónica del potasio, por las raíces de las plantas. Las solubilidad del molibdeno aumenta si el pH del suelo aumenta o sube, hasta valores de 7.0 o mayores que 7.0. Entonces, encalar el suelo puede aumentar la disponibilidad de este elemento. La adsorción de molibdeno por los coloides (arcillas), del suelo, también es afectado por el pH y los tipos de arcillas presentes en el suelo. Tal retención de molibdeno ocurre en la superficie de las arcillas, en suelos que tienen un pH ácido, menor de 5.5.

pH ÁCIDO La acidez del suelo puede tener influencia marcada sobre la desnitrificación, porque muchas de las  bacterias que participan en el proceso de desnitrificación son sensibles a valores de pH bajos (en la escala de pH), o suelos ácidos. Como resultado, en estos suelos, las poblaciones de organismos desnitrificadores son pequeñas. La desnitrificación es casi nula en suelos con pH por debajo de 5.0 unidades; pero es muy rápida en los suelos con un pH cercano a 7.0 unidades, o superior a tal valor. La acidez también regula la secuencia y abundancia relativa de las formas gaseosas de nitrógeno, formadas durante el proceso de desnitrificación. Con valores de pH menores de 6.0 o 6.5, predomina la forma de nitrógeno conocida como óxido dinitrógeno (N2O), que frecuentemente representa más de la mitad de las formas gaseosas de nitrógeno liberadas en ambientes ácidos. La formación de óxido nitroso (NO), ocurre solamente a valores de pH inferior a 5.5. en un ambiente neutro o ligeramente ácido, se  puede formar inicialmente dióxido de nitrógeno (NO2) pero queda reducido microbiológicamente al siguiente resultado: la forma molecular nitrogenada (N2) que es el producto principal que predomina cuando el pH del suelo es mayor a 6.0 unidades. Se considera que la ocurrencia de óxido dinitrógeno (N2O), bajo condiciones acidas, es debido a su resistencia a ser reducido a nitrógeno molecular (N2). El pH de la disolución de los suelos, tiene gran efecto en la cantidad de fósforo absorbido y precipitados en ellos. La adsorción de fósforo por los óxidos de hierro y aluminio disminuye si aumenta el valor pH. La gibbsita adsorbe la mayor cantidad de fósforo, cuando en el suelo predominan valores de pH en un ámbito de 4.0 a 5.0 unidades. La adsorción de fósforo por la goethita (una arcilla óxido, al igual que la gibbsita), disminuye constantemente entre valores de pH 3.0 y 12.0. La disponibilidad de fósforo, en la mayor parte de los suelos tropicales, alcanza el máximo cuando en el suelo hay valores de pH entre 5.5 y 6.5 unidades. Con valores de pH inferiores a ese ámbito, la retención es, principalmente, resultado de la reacción con el hierro y el aluminio, precipitándose como fosfatos de aluminio (AlPO4) y de hierro (FePO4). Conforme aumenta el pH, en la solución del suelo, la actividad del hierro y del aluminio disminuye, lo que resulta en una menor adsorción de fósforo y, en consecuencia, en una mayor disponibilidad de fósforo en la solución del suelo. En suelos muy ácidos, con ámbitos de pH entre 3.5 y 5.0, hay cantidades tóxicas iones de aluminio (Al+3), y de manganeso (Mn+2), que producen un ambiente alrededor de las raíces de las plantas, muy desfavorable para la adsorción de potasio y otros nutrimentos como calcio, magnesio y molibdeno. Cuando estos suelos ácidos se encalan, se convierten el aluminio intercambiable y los cationes de hidroxialuminio Al(OH)2+ y el Al(OH)3, a formas insolubles. Así se reduce la competencia del aluminio en forma iónica o hidroxilada con el potasio, por los sitios de intercambio de los coloides arcillosos. Además, los sitios bloqueados por esas formas alumínicas, son librados para que el potasio iónico pueda competir con el calcio en forma iónica. Como consecuencia, mayores cantidades de potasio en forma iónica e intercambiable, pueden ser retenidos por los coloides arcillosos, o removidos (adsorbidos), de la solución del suelo, por las raíces de las plantas.

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Así se pueden reducir las pérdidas de potasio en forma iónica, de la disolución del suelo, por mecanismos de lixiviación, o lavado de bases. La aplicación de altas cantidades de cloruro de potasio (MCl), a suelos ácidos, puede resultar en grandes aumentos en la concentración de elementos potencialmente tóxicos como aluminio y manganeso, en la solución de suelo, ya que son desplazados de los coloides arcillosos del suelo. Esto debido a la alta concentración de potasio iónico en el suelo, lo que produce un efecto de masa. Estas condiciones se  pueden presentar en los sitios cercanos a la banda de aplicación de los fertilizantes, cuando se fertilizan los cultivos.

DISPONIBILIDAD DE NUTRIMENTOS EN RELACIÓN CON EL TIPO DE ARCILLA Algunos minerales arcillosos, como vermiculita e ilita, pueden fijar amonio. El amonio reemplaza otros cationes entre las láminas de sílice y alumina. A su vez, el amonio fijado puede ser reemplazado por cationes como calcio, magnesio, sodio e hidrógeno, que expanden el látice. Contrario a los cationes indicados, si el sustituyente del amonio es el potasio en forma iónica, las láminas silicatadas y de alúmina, se mantienen firmemente unidas, a través de puentes de potasio hidroxilado (KOH). La fijación de amonio que ha sido aplicado recientemente al suelo, puede ocurrir en partículas del tamaño de la arcilla (menor de 0.003 mm de diámetro); del tamaño del limo (0.003 a 0.005 mm de diámetro), y del tamaño de la arena (0.05 a 2 mm de diámetro), pero únicamente si el suelo contiene cantidades considerables de vermiculita. Las partículas de arcilla gruesa cercanas al límite de 0.003 mm, y las de limo fino, cercanas al mismo límite, son las más importantes en los mecanismos de fijación de amonio. Con ciclos alternos que mojan y secan los suelos de potasio en las arcillas, disminuye frecuentemente la fijación de amonio. La fertilización con potasio, antes de la fertilización con amonio, reduce los mecanismos de fijación de este último. Los óxidos de hierro y aluminio, que tienen gran cantidad de adsorber y fijar grandes cantidades de fósforo, (entre 60 y 80) por ciento del fósforo aplicado al suelo en forma de fosfatos) son más abundantes en los suelos ácidos bien meteorizados, situados en el trópico húmedo. Los óxidos de hierro y de aluminio se pueden presentar en esos suelos como partículas discretas, o como coberturas o películas muy delgadas sobre otras partículas arcillosas. También pueden permanecer como compuestos de hidroxialuminio amorfos, entre las capas o láminas de sílice y de alúmina en arcillas del grupo 2:1, expandibles, como la montmorrillonita. En los suelos que contienen cantidades significativas de óxidos de hierro y de aluminio, la capacidad de fijación aumenta si las arcillas óxido no son cristalinos. Si no son cristalinas, las formas oxídicas se denominan amorfas. Normalmente, las arcillas amorfas tienen mayor superficie específica que otras arcillas cristalinas, y en consecuencia, mayor capacidad de fijar fósforo. Sin embargo, algunos óxidos metálicos, cristalinos e hidratados, normalmente son capaces de retener mayores cantidades de fósforo que las formas amorfas y que los silicatos laminares, que tienen láminas de sílice y de alúmina. El fósforo es adsorbido, en un mayor grado, por las arcillas del grupo 1:1 (caolinitas) y menos retenido por las del grupo 2:1 (esmectitas), probablemente porque hay mayores cantidades de óxidos de hierro y de aluminio, asociados con las arcillas caoliníticas que predominan en suelos ácidos, que con las arcillas esmectíticas, que predominan en suelos con valores de pH cercanos a la neutralidad. La caolinita tiene un número mayor de grupos hidroxilo expuestos en su superficie, que se pueden intercambiar con los fosfatos. Además, la caolinita desarrolla una carga dependiente de pH, que incrementa su capacidad de fijar formas fosfatadas. Respecto al contenido de arcilla en los suelos, se puede establecer como dogma que los suelos que contienen mayores cantidades de arcilla fijan mayores cantidades de fósforo que los suelos con bajos contenidos de arcilla.

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La disponibilidad de potasio en los suelos, aumenta con la proporción de minerales de arcilla que contiene altas cantidades de potasio dentro de su estructura interna, como la vermiculita. Los suelos que contienen arcillas vermiculitas o montmorrillonitas, siempre tienen más potasio que los suelos en que  predomina la arcilla caolinita, porque donde esta última arcilla domina los procesos de meteorización del suelo son más avanzados y contienen poco potasio, porque ha sido eliminado del suelo por procesos de lixiviación o lavado de bases. Sin embargo, algunos suelos donde predominan arcillas como montmorrillonitas y vermiculitas pueden tener bajos niveles de potasio, y requieren una adecuada fertilización con éste elemento, cuando se cultivan intensamente. Ocasionalmente, los suelos arenosos con poco potasio disponible, demuestran poca respuesta a la aplicación de potasio proveniente de fertilizantes industriales, porque la liberación de potasio, de las formas fijadas en las arcillas, es insuficiente para mantener niveles adecuados del elemento en el suelo. Por su condición textural de suelos arenosos se deduce que la cantidad porcentual de arcillas en el suelo es muy baja, usualmente menor de 12 por ciento y que, por lo tanto, sus contenidos de potasio son bajos. Esto es lo que se espera en forma normal. Pero las arenas pueden tener altos contenidos de potasio en su estructura, que son liberados al mineralizar por procesos físicos y químicos. Las cantidades de potasio necesarias para aumentar el potasio disponible en el suelo, hasta alcanzar 1  ppm, puede variar entre 1 y 50 kg/ha, conforme con la capacidad de la arcilla que predomine en el suelo, de fijar potasio en su estructura. La fijación del potasio en forma iónica, es más común en los suelos con altas cantidades de arcillas del grupo 2:1 no expandibles, como las arcillas del grupo ilita. La disponibilidad de molibdeno es afectado por el pH y por las arcillas presentantes en el suelo. La cantidad de molibdeno, adsorbida por las arcillas, se puede visualizar con base en el siguiente esquema, donde se observa que los hidróxidos de hierro son los que, relativamente, fijan mayores cantidades de molibdeno, comparados con la haloisita y la caolinita: hidróxidos de hierro>hidróxidos de aluminio>haloisita>nontronita>caolita Al contrario del molibdeno, la solubilidad del boro disminuye si aumenta el valor del pH de la solución del suelo, es decir, si tiene de hacia valores neutros, como 7.0 en unidades de pH. Esto significa que el  boro es menos adsorbido, por los coloides arcillosos, en suelo ácidos. Se considera que la adsorción de  boro, en los suelos se debe a: 

Coberturas de compuestos de aluminio y hierro sobre minerales de arcilla.



Óxidos hidratados de hierro y aluminio.



Minerales de arcilla, especialmente del tipo micáceo.



Capas de hidróxidos de magnesio que existen en la superficie de los minerales ferroganesianos (que contienen hierro y magnesio)

Los procesos de adsorción dependen del pH y disminuyen en ambientes ácidos. Según Elrashidi y O’Connor (1981), tres propiedades del suelo pueden explicar el noventa y ocho por ciento de la

adsorción de boro observado en los suelos. Son las siguientes: 

El porcentaje de carbono orgánico.



La superficie específica del suelo.



El porcentaje de oxido férrico (Fe2O3), que contiene.

El hierro es un constituyente de muchas arcillas, en especial las arcillas óxido. Entonces, si hay  presencia de estas arcillas, puede aumentar la disponibilidad de hierro en los suelos. También el hierro,

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en la fracción orgánica, puede constituir un tercio del hierro total del suelo. La disponibilidad de hierro es determinado tanto por el pH como por el potencial de reducción-oxidación (potencial redox), de los suelos. También, si existen altos contenidos de manganeso en el suelo con valencias altas, oxida las formas ferrosas (Fe+2), a formas férricas (Fe+3), reduciendo su disponibilidad para las plantas. Los factores que influyen en la disponibilidad del elemento manganeso en los suelos son la textura, el contenido de materia orgánica, el material parental, el potencial de oxidación-reducción, y el pH. El manganeso se encuentra en la naturaleza, con diversas valencias, de las cuales las principales son la forma divalente (Mn+2), que es soluble y absorbido por las plantas, y el manganeso tetravalente (Mn+4), que es insoluble y no es absorbido por las plantas. Pero también existen formas intermedias, como el manganeso intercambiable, que correlaciona bien con el manganeso extraído por el método de Olsen; el manganeso soluble en agua. En Centroamérica, se han establecido correlaciones entre las siguientes formas de manganeso del suelo: 

El manganeso cambiable y el pH del suelo.



El manganeso fácilmente reducible y el contenido de arcilla



El manganeso soluble en agua y el contenido de material orgánico del suelo.

Debido a la gran complejidad de la química de manganeso en los suelos, y los diversos procesos de absorción por las plantas, es difícil hacer generalizaciones sobre su comportamiento, que puedan ser válidos en todos los casos donde se presenten problemas, con absorción de manganeso por parte de las raíces de las plantas. Incluso, como curiosa, se ha observado que la toxicidad de manganeso que sufren algunas plantas, varia mucho con la temperatura del ambiente edáfico. Los factores que influyen en la disponibilidad de cinc son varios. Una proporción apreciable de cinc extraído del suelo, se encuentra en la fracción arcillosa. Por esa razón los suelos arcillosos tienen, frecuentemente, altos contenidos de cinc. Este cinc puede introducirse dentro de la estructura aluminosilicatada de la arcilla, sustituyendo isomórficamente iones de aluminio, o de magnesio, debido a que tienen un radio iónico similar. Se ha observado que las arcillas del grupo 2:1 (esmectitas), fijas más cinc que las del tipo 1:1, (caolinitas). La fracción orgánica contiene una parte apreciable del cinc total presente en el suelo. La materia orgánica puede inmovilizar considerables fracciones de cinc soluble, especialmente cuando se aplican grandes cantidades de abonos verdes al suelo, o éste posee altos contenidos de sustancias húmicas. El carbonato de calcio tiene gran afinidad por la forma iónica del cinc, lo que causa una gran reducción de su disponibilidad en la solución del suelo. En general, la disponibilidad del cinc en forma iónica, disminuye cuando se dan aumentos en el pH del suelo: desde valores reconocidos como ácidos, 5.0; 5.5...hasta valores intermedios o neutros, como 6.5 y 7.0. El sobreencalado también puede generar deficiencias de cinc. Adicionalmente, las aplicaciones de abonos fosfatados al suelo, también puede reducir la disponibilidad del elemento cinc, para las plantas.

DISPONIBILIDAD DE LOS NUTRIMENTOS EN RELACIÓN CON LA MATERIA ORGANICA DEL SUELO El nitrógeno puede ser mineralizado o inmovilizado en el suelo, con base en la proporción o relación entre el carbono y nitrógeno (relación C:N), que exista en los residuos orgánicos, o en las sustancias húmicas. Durante las fases iniciales de la descomposición de la materia orgánica fresca, se produce un aumento grande en el número de organismos heterótrofos, acompañados por la evaluación de grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2). Si la relación C:N de la materia fresca es mayor que 30:1, habrá inmovilización de nitrógeno. Conforme sigue la descomposición, la proporción C:N en los residuos

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orgánicos disminuye, y también disminuye la disponibilidad de energía. Una parte de la población microbiana muere debido a la disminución en la disponibilidad de alimentos y se establece un nuevo equilibrio, acompañado por una liberación (mineralización) de nitrógeno, con el resultado siguiente: el nivel final de nitrógeno puede ser mayor que el nivel original. En general, cuando se adicionan a los suelos sustancias orgánicas con una relación carbono:nitrógeno (C:N) mayor que 30:1, hay una inmovilización de nitrógeno en el suelo, durante la fase iniciadle descomposición. Para proporciones C:N entre 20 y 30, no hay ni inmovilización ni liberación de nitrógeno mineral. Si las materias orgánicas tienen una relación C:N menor que 20:1, hay liberación de nitrógeno mineral, inicio del proceso de descomposición. El tiempo necesario para que ocurra este ciclo de descomposición, depende de la cantidad de materia orgánica adicionada, del suplemento de nitrógeno inorgánico y la resistencia del material orgánico al ataque microbiano, que está en función de las cantidades de ligninas, ceras y aceites presentes, además de la temperatura, y la humedad del suelo. La disponibilidad del fósforo, en los suelos, está ligada a su movilidad. Los compuestos orgánicos de fósforo son más móviles que el fósforo inorgánico. La aplicación de estiércol puede resultar en acumulación de fósforo a grandes profundidades del suelo. Efecto sobre la disponibilidad de fósforo ligado a otros compuestos que resultan de la descomposición de residuos orgánicos, ha recibido cierta atención. La disponibilidad de fósforo aumenta si está ligado a los compuestos orgánicos debido a: 

 

La formación de compuestos organofosfatados que son más fácilmente asimilados por las  plantas. El reemplazo aniónico de fosfato monovalente (H2PO4)-, en los sitios de adsorción. La cobertura de partículas de hierro y aluminio por humus, para formar capa protectora que reduce la adsorción de fósforo.

Los aniones orgánicos que resultan de la descomposición de la materia orgánica también pueden formar complejos estables con el hierro y el aluminio, impidiendo su reacción con el fosfato monovalente (H2PO4)-. Estos complejos pueden también liberar el fósforo, previamente fijado por el hierro y el aluminio. Los aniones orgánicos que son más efectivos en reemplazar en fosfato monovalente (H2PO4)-, son el citrato, el tartrato, el malato y el malonato, que son productos de la descomposición de la materia orgánica. Hay una relación muy estrecha entre el contenido de carbono orgánico, el nitrógeno total, y el azufre total en los suelos. Las diferencias en las relaciones C:N:S en los suelos, se relacionan con diferencias en material parental y otros factores ligados a la formación de suelos, como el clima y el relieve. Las diversas transformaciones de azufre que ocurren en los suelos, de formas orgánicas a inorgánicas y viceversa, es debido a las actividades enzimáticas de los microorganismos. La mayor parte del azufre queda en formas orgánicas. La liberación de azufre ligado a las sustancias húmicas del suelo y su  posterior oxidación por acción de microorganismos a sulfato, es lenta: aproximadamente 4 a 13 kg/ ha de azufre, como ión sulfato, es mineralizado por año del total de la fracción orgánica del suelo, que  puede contener en reserva, una cantidad superior a 500 kg/ ha de azufre.