suelo agrícola
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Comportamiento quimico del suelo agricolaTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
Filial – Pedro Juan Caballero
PROPIEDADES QUÍMICAS
DEL SUELO1
Téc. Agr. José Carlos Chamorro Mejía.2
Ing. Agr. MSc. José Quinto Paredes F.3
(1): Trabajo Práctico Presentado a la disciplina de Edafología.
(2): Estudiante del Segundo Semestre de la Carrera de Ingeniería Agronómica.
(3): Profesor de la cátedra de Edafología.
2010
ÍNDICE
CONTENIDO. Pág.
I. INTRODUCCIÓN. 1
II. DESARROLLO. 2
A. Concepto. 2
B. El pH del Suelo. 3
1. Definición. 3
2. Importancia del pH del Suelo. 4
3. Los Factores que afectan el pH del Suelo. 5
4. Determinación del pH del Suelo. 5
5. Calificación del pH del Suelo. 7
C. Conductividad Eléctrica. 7
1. Clasificación de Suelos Afectados por Sales. 8
2. Criterios de Clasificación para Suelos con Problemas de Sales. 10
3. Principio del Método Analítico. 10
D. Capacidad de Intercambio Catiónico y Aniónico. 10
1. Factores que Controlan el Intercambio Iónico. 10
a. Propiedades del Cambiador. 11
b. Propiedades del Ión. 11
2. Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) 12
3. Capacidad de Intercambio Aniónico (CIA) 13
E. Carbono Orgánico. 14
F. Macro y Micronutrientes. 15
1. Macro y Micronutrientes. 16
2. Macronutrientes Secundarios. 20
3. Micronutrientes (Oligoelementos) 21
G. Minerales de Arcilla del Suelo. 22
1. Estructura de los Silicatos. 23
2. Estabilidad de los Minerales tamaño Arcilla. 23
3. Minerales de Arcilla. 24
a. Kanditas. 24
b. Smectitas. 25
III. CONCLUSIÓN. 27
ANEXO 28
IV. BIBLIOGRAFÍA. 40
1
I. INTRODUCCIÓN
El suelo constituye un sistema analítico complejo, por lo que representa para el
agrónomo o edafólogo un gran desafío; este desafío es punzante, ya que un suelo está
formado por una mezcla química extraordinariamente compleja de diferentes
sustancias minerales y orgánicas, por lo que conviene analizarlo con bastante cautela
y empeño. Las plantas presentan un tipo especial de extracción de los suelos.
El análisis de los suelos maneja más de sesenta de los elementos que se presentan en
la Naturaleza (bien como componentes de los suelos, que hay que determinar, o de
forma indirecta, como reactivos o equipos) A estos se agregan constantemente otros
de los elementos del suelo que son interesantes por lo que se refiere a la nutrición
vegetal, en relación con su carácter esencial o su toxicidad o por intervenir en los
procesos de sustitución fisiológica.
2
II. DESARROLLO
A. Concepto.
Para entender lo que implica las propiedades químicas del suelo, primeramente
debemos tener una clara idea de los que es el suelo. El suelo está constituido por
un sistema de tres fases: la fase sólida, líquida y la fase gaseosa (Fig.II.A.2.a y
Fig.II.A.2.b) La fase sólida del suelo está formada por materia orgánica e
inorgánica (Fig.II.A.1) Estos dos componentes forman el llamado “Matriz del
Suelo”. La porción mineral consiste en partículas de varios tamaños, resultantes
de descomposición de las rocas que dieron origen al suelo. La fracción orgánica
tiene su origen en el acúmulo de los residuos o restos, tanto vegetales como
animales, sucediendo así en el suelo diferentes niveles de descomposición,
contando, además, con organismos vivos en actividad constante. La fase líquida
del suelo está constituida por la solución o agua del suelo y se compone de agua,
sales minerales en disolución y materia coloidal en suspensión. La solución del
suelo es muy compleja y tiene importancia primordial al ser el medio por el cual
los nutrientes son absorbidos por las raíces de las plantas. Cuando la solución de
suelo carece de los elementos necesarios para el crecimiento de las plantas, se
puede decir que el suelo es infértil. La fase gaseosa, es el aire del suelo y se le
denomina así por el simple hecho de que su composición química difiere al del
aire atmosférico, en cuanto a proporción porcentual de sus elementos.
La parte mineral o inorgánica de la fase sólida del suelo está constituida por
partículas unitarias, de tamaños extremadamente variables; así, en “Tierra Fina
Seca al Aire”, se encuentran partículas de arena casi mil veces mayores que las
micelas de arcilla, de dimensiones coloidales.
Las partículas que constituyen los componentes minerales del suelo tienen su
origen en la intemperización de las rocas; ellas se compones de fragmentos de
rocas y minerales primarios, generalmente de mayor tamaño y de minerales
secundarios, con menores dimensiones. Los minerales primarios son derivados
de las rocas por simples fragmentación; cuarzo, apatita, zirconita y la mica
moscovita son un claro ejemplo de minerales primarios resistentes a la
descomposición, mientras que los calcáreos, biotita y piroxeno muestran poca
resistencia; los minerales secundarios que son sintetizados en el mismo local,
como la caolinita, montemorilonita, hidrargilita y concreciones ferruginosas y
manganosas, son productos de la intemperización de otros minerales.
3
B. El pH del Suelo.
1. Definición.
Dentro de las características químicas del suelo, el pH determina la acidez o
la alcalinidad de un suelo, y tiene gran influencia en muchas de sus
propiedades físicas, químicas y biológicas; este parámetro es útil para definir
el tipo de cultivo que sea adaptable a las condiciones donde se requiera
establecerlo, además defina la disponibilidad de nutrientes en el suelo. La
mayoría de suelos con buen desarrollo se encuentra en un pH de 5,5 a 6,5.
Como dijimos, el pH del suelo es la medida de las características de acidez o
de basicidad de la muestra de suelo. La determinación ordinaria del pH se
lleva a cabo mediante el aparato al que se denomina pH-metro o peachímetro,
y también el colorímetro o de campo, con el que se mide una suspensión del
suelo en agua destilada; la proporción entre suelo y agua debe reflejarse en la
hoja de resultados. Una de las proporciones que más habitualmente se utilizan
es la de 1/2,5; que equivale a 10g. de suelo disueltos en 25ml de agua. La
interpretación de los resultados depende siempre de la proporción.
En términos generales, una sustancia es considerada como un ácido cuando
tiene la capacidad de ceder protones al disociarse, para formar hidronio
(H3O+). Análogamente, una sustancia se considera como una base cuando al
disociarse recibe protones del agua, que actúa como ácido, y origina iones
hidróxido (OH-); las siguientes reacciones ilustran lo anterior:
En las reacciones anteriores, el HCl es un ácido y el NH3 es una base;
obsérvese que el agua tiene la capacidad de actuar como una base, en la
primera reacción, o como un ácido en la segunda; el ácido y la base que se
producen después de la reacción con el agua se llaman conjugados; así, el
H3O+ es el ácido conjugado del H2O y el Cl
- es la base conjugada del HCl, en
la primera reacción; en la segunda reacción, el NH4+ es el ácido conjugado del
NH3 y el OH- es la base conjugada del H2O.
Es importante mencionar que los suelos extremos, es decir, muy ácidos o
muy básicos, pueden causar daños a los cultivos, como por ejemplo; en suelos
muy ácidos existe insolubilidad de elementos como el P (Fósforo) y Ca
(Calcio), también existe disminución de la actividad microbiana.
La escala de valores para medir el pH (Fig.II.B.1.a) del suelo va de 01 – 14,
siendo pH < 7 (01 – 6,9) un suelo ácido, y pH > 7 (7,1 – 14), el suelo es
considerado como básico o alcalino; los suelos con un pH entre 5,5 ó 6 hasta
los 7,5 se considera como un suelo casi óptimo, siendo el valor óptimo real 6
hasta 7 (Fig.II.B.1.b)
4
2. Importancia del pH del Suelo.
Un suelo ácido, (pH menores de 6,5) provoca una toxicidad de H
(Hidrógeno), Fe (Hierro), Mn (Manganeso); muy ácidos (pH menores de 5,5)
toxicidad de Al (Aluminio) para las plantas, mientras que para un suelo básico
o alcalino (pH mayores de 7,5), se pueden tener problemas con la succión del
agua por las raíces de la planta y toxicidad de Na (sodio).
Los suelos fuertemente ácidos (pH < 4,5) generalmente tienen altas y tóxicas
concentraciones de Al y Mn. Además, afecta la disponibilidad de nutrientes,
por ejemplo el P (Fósforo) se vuelve insoluble al formar compuestos con el Fe
y el Al, los cuales son precipitados. Además hay una diferencia de Ca++
, Mg++
y K+. Algunas plantas como Azaleas, té, piña y algunas especies coníferas
madereras toleran una acidez fuerte y crecen bien. En comparación, la alfalfa,
poroto, cebada y remolacha azucarera solamente crecen bien en suelos
ligeramente ácidos a moderadamente alcalinos por su alta demanda de Calcio
o inhabilidad para tolerar Aluminio soluble.
El pH influye en la actividad de los microorganismos benéficos, ya que la
mayoría de bacterias fijadoras de nitrógeno y descomponedoras de materia
orgánica no son muy activas en suelos fuertemente ácidos por lo que el
proceso es obstaculizado.
Los suelos altos en Ca (áreas de baja pluviosidad) tienen pH con valores de
8.5, suelos con pH mayores de 10 se dan cuando presentan alto Na
intercambiable. Las plantas en suelos con pH mayores de 9 usualmente tienen
crecimiento reducido e inclusive mueren.
El mayor efecto de un pH alcalino es reducir la solubilidad de todos los
micronutrientes (excepto molibdeno), especialmente hierro, zinc y
manganeso. También el fosfato esta algunas veces disponible para algunas
plantas por su precipitación en la solución del suelo por calcio o precipitación
en carbonatos de calcio sólido.
La deficiencia de hierro, asociada con suelos arcillosos húmedos altos en
carbonatos, ha sido ampliamente conocida y referida como clorosis de hierro
de caliza inducida. Como el zinc, hierro, manganeso y cobre tienen baja
solubilidad a pH alto, la adición de fósforo generalmente disminuye más la
disponibilidad de aquellos metales a la superficie de la raíz o justamente
dentro de ella, precipitándolos como fosfatos insolubles. La mayoría de los
problemas causados por un pH alto se resuelven añadiendo fertilizantes
especiales como quelatos solubles en agua, los cuales son estables pero
complejos solubles de metal.
En síntesis, prácticamente la disponibilidad de todos los nutrientes de la
planta está controlada por el pH del suelo, como se aprecia en la Fig.II.B.2.
En ésta se presenta la solubilidad de los nutrientes en el suelo en relación con
el pH del mismo. Además, también se incluye el valor de pH que produce la
5
mayor solubilidad de otros elementos que, aunque no son nutrientes vegetales,
sí pueden afectar el desarrollo de la planta.
3. Los Factores que afectan el pH del Suelo.
Las sales en el suelo incrementan la hidrólisis de Al y Fe, desplazando iones
de H de los coloides del suelo, provocando una disminución en el pH. El
principal efecto de la concentración de sales sobre el pH del suelo se debe al
intercambio catiónico. El pH del suelo es más bajo en soluciones salinas que
en soluciones acuosas, esto se debe a que a medida que la concentración de
sales se incrementa el H y Al son desplazados a sus sitios de intercambio por
las sales. Las sales pueden provenir de fertilizantes, del agua de riego o de la
descomposición de la materia orgánica.
La relación suelo: agua en que se efectúa la medida del pH influye también
en el valor numérico de este. Las relaciones más comunes suelo: agua son 1:1,
1:2 y 1:5.
Otro factor conocido como error de potencial en la unión líquido-sólido
común a todos los sistemas coloidales, se da cuando los electrodos se colocan
en el fondo del sedimento de la suspensión de suelo, donde se obtienen
generalmente un pH inferior al obtenido en la solución supernadante. Sin
embargo el pH del sedimento puede ser mayor que el del supernadante en
ciertos suelos.
Estas diferencias, se han explicado como un efecto de la mayor
concentración de iones H+ cerca de la partícula de suelo que a alguna
distancia de ella. Este efecto es máximo en suelos con grandes capacidades de
cambio, débiles enlaces de los cationes cambiables y bajo contenido de sales
solubles.
4. Determinación del pH del Suelo.
El pH o acidez activa del suelo se mide en una suspensión de suelo en agua o
en soluciones salinas y se puede determinar por dos métodos, el del
potenciómetro, que es el más usado en laboratorio y es el más exacto, y el
colorimétrico que es más usado en el campo pero no es tan preciso.
a. Método potenciométrico.
Como dijimos, es el método más utilizado en el laboratorio. Lo más
frecuente es determinar el pH en una suspensión suelo: agua, en proporción
de 1:1, en peso aunque, por facilidad se utiliza comúnmente hacer una
relación volumétrica de 1:1. El procedimiento, según el Soil Survey
Laboratory (SSL, 1996), consiste en el modelo mostrado en la
(Fig.II.B.4.a.1)
El potenciómetro (Fig.II.B.4.a.2) consta de un electrodo de vidrio para la
medida de H+ desarrollándose cambios en potencial (voltaje) en forma
6
proporcional al logaritmo del cambio en la actividad del H+, a este se le
llama electrodo indicador.
El electrodo de un Calomel consta de un puente saturado de KCL que
entra en contacto con la suspensión y tiene un potencial (voltaje)
característico, relativamente independiente de la actividad del H+, por lo
que se le llama electrodo de referencia. Ambos electrodos están conectados
a un medidor de fuerza electromotriz calibrado en unidades de pH que
mide los milivoltios de potencial generado cuando los dos electrodos se
introducen en la suspensión del suelo.
Los métodos colorimétricos se basan en indicadores orgánicos cuyo color
depende de la actividad de los iones de hidrógeno presentes en la solución.
La variación del color del indicador se debe a una reacción entre los iones
de la solución con el colorante. Algunos indicadores forman ácidos
débilmente coloreados y sales de cationes metálicos fuertemente
coloreados. Entre los indicadores usados podemos mencionar rojo de
metilo y azul de bromo fenol.
En algunos casos, se hace necesario ampliar la proporción suelo-agua
para hacer la suspensión; esto es común cuando se trabaja con suelos que
tienen altos contenidos de materia orgánica, con suelos orgánicos o con
algunos Andisoles. Las variantes más comunes son las que utilizan
relaciones volumétricas 1:2 o 1:5, suelo-agua; el procedimiento con estas
variantes es igual al descrito anteriormente.
Otras variaciones que se utilizan en el método potenciométrico consisten
en cambiar el agua por soluciones de KCl 1N o de CaCl2 0,01M para hacer
las suspensiones; en estos casos, las relaciones suelo-agua son peso-
volumen. Las relaciones más comunes son 1:1 peso-volumen en solución
de KCl (20g. de suelo en 20mL de solución) y 1:2 peso-volumen en
solución de CaCl2 (10g. de suelo en 20mL de solución). La determinación
del pH se hace siguiendo también el método descrito al comienzo de este
numeral.
Fassbender (1982) sostiene que el pH medido en agua es más variable que
aquel que se mide en soluciones, razón por la cual se ha recomendado el
mecanismo de hacer la suspensión de suelo en soluciones para estabilizar
los valores de pH del suelo.
b. Método Colorimétrico.
Son métodos menos precisos que los potenciométricos pero de más fácil
aplicación. Son métodos que se utilizan en el campo (cabe aclarar que hay
potenciómetros de bolsillo para usar en campo) y se basan en el principio
de los indicadores que son sustancias que producen o cambian a un
determinado color cuando el medio en el cual se encuentran adquiere un
determinado valor de pH.
7
En las determinaciones colorimétricas del pH se debe tener mucho
cuidado al hacer la preparación de la pasta de suelo, así como al hacer la
comparación del color desarrollado en ella con los colores de referencia
para establecer el valor del pH, puesto que, como ocurre con la
determinación de la textura al tacto, se requiere entrenamiento para hacer
una buena aproximación al valor real, máxime cuando los colores
representan rangos de valores relativamente amplios.
Para confirmar lo expuesto en el párrafo anterior, se hicieron 71
determinaciones de pH con muestras de horizontes A y 42 con muestras de
horizontes B de suelos, todas colorimétricas (Hellige-Truog) y llevadas a
cabo por tres personas que tomaron las muestras al azar y sin replicar
ninguna, que no tenían mayor experiencia en este tipo de determinaciones.
También se determinó el pH en agua 1:1 V: V, por el método
potenciométrico, a todas las muestras y se compararon los resultados
obtenidos. La variación en las determinaciones realizadas se presenta en la
Fig.II.B.4.b.1.
Se aprecia en la Fig.II.B.4.b.1 que el error en la apreciación colorimétrica
puede ser considerablemente grande, tanto por encima como por debajo del
valor potenciométrico obtenido. Además, los errores de apreciación son
más variables en el horizonte A, probablemente por enmascaramiento del
color por parte de la materia orgánica presente en ese horizonte.
Un método muy utilizado en suelos es el de Hellige-Truog, el cual tiene
un rango de medida de pH entre 4 y 8,5; se usa un reactivo compuesto por
tres indicadores diferentes; para hacer las determinaciones con este método,
se procede de la forma en que se aprecia en la Fig.II.b.4.b.2.
5. Calificación del pH del Suelo.
De acuerdo con el valor de pH que presenten y con el método utilizado para
determinarlo, los suelos se califican de varias maneras, según diferentes
autores, como puede apreciarse en la Fig.II.B.5.
En términos generales puede considerarse que desde el punto de vista del
pH, los suelos se pueden agrupar en tres grandes categorías: Suelos ácidos los
que presentan pH < 6,5; Suelos neutros los que tienen pH entre 6,5 y 7,3 y
Suelos básicos aquellos que exhiben valores de pH > 7,3. Más adelante se
ampliará esta concepción.
C. Conductividad Eléctrica.
La determinación de la Conductividad Eléctrica (CE) de un extracto de suelo se
realiza de modo semejante a la del pH, si bien utilizando otro tipo de
instrumento: el Conductivímetro. Su medida da idea de la cantidad de sales
solubles que contiene el suelo: a mayor conductividad, mayor salinidad. La
lectura de la CE depende de la temperatura a la que se realice la determinación y
8
por ello los resultados analíticos deben referirse a la temperatura estándar de
25ºC. La unidad de medida de la CE más frecuente es la miliSiemen por
centímetro, más designada abreviadamente por mS/cm.
Como en el caso del pH, la interpretación de los resultados está en función de la
proporción entre suelo-agua utilizada. Una de las proporciones más corrientes
para la medida de la CE es la de 1/5.
Asimismo, en algunas analíticas, y en especial si hay indicios de salinidad, la
conductividad eléctrica se determina en el denominado extracto de saturación,
que exige un procedimiento más elaborado. Para ello, primero se prepara una
pasta de suelo con agua en la cantidad que el suelo necesite hasta llegar a la
saturación; que ésta se alcance extremadamente depende en gran medida de la
pericia del analista. Después se realiza la extracción del agua, normalmente con
ayuda de vacío, y el líquido resultante es el extracto de saturación.
La relación aproximada que se establece entre el contenido de sales en la
solución del extracto de saturación y su CE se expresa por medio de la siguiente
fórmula:
% de sales = 0,064 x CE (mS/cm)
Salinidad y Sodicidad.
Una característica importante del suelo es la cantidad de sales solubles en él, ya
que estas son las que se encuentran en la disolución del suelo, mientras que las
sales más insolubles precipitan y no están disponibles para la absorción de la
planta. Los suelos salinos se encuentran en zonas de climas áridos y secos, en los
que la evaporación es mayor que la precipitación. Las principales sales solubles
son: las sales de cloruro, sulfato de sodio y magnesio, así como los carbonatos de
sodio y calcio. Además de estas sales en la fracción acuosa del suelo se
encuentran otros iones como bicarbonatos, boratos y nitratos, que deben tenerse
en cuenta para un adecuado desarrollo del cultivo en los suelos salinos.
El problema de salinidad de mayor importancia económica se presenta cuando a
consecuencia de la irrigación, un suelo no salino se convierte en salino debido a
la deposición de las sales del agua de riego.
La conductividad eléctrica expresa la concentración de sales solubles se puede
medir por medio de un conductivímetro.
1. Clasificación de Suelos Afectados por Sales.
a. Suelos Salinos.
Son suelos que poseen una conductividad eléctrica mayor o igual que 4
mmhos/cm a 25 ° C. Se le conoce como álcali blanco o nieve de verano, su
pH generalmente va de 7 a 8,5. Sus efectos en el suelo son la toxicidad de
Na, Cl, B y otros; siendo el principal problema el efecto osmótico por
9
medio del cual la planta no puede extraer agua. Las prácticas de
recuperación para estos suelos consisten en mejorar el drenaje, aplicación
de láminas de lavado, hacer subsolado y utilizar capas de Mulch, para
favorecer la infiltración.
Un suelo salino es aquel que tiene una cantidad de sales solubles elevada
que altera desfavorablemente su productividad.
El problema de salinidad de mayor importancia económica se presenta
cuando a consecuencia de la irrigación, un suelo no salino se convierte en
salino debido a la deposición de las sales del agua de riego, La salinidad de
los suelos puede producirse por diversas causas, que se pueden agrupar en
dos tipos:
Causas Naturales: La degradación natural de las rocas y minerales; la
actividad volcánica; el movimiento de sales por el viento; la cercanía del
mar que contiene sales en gran cantidad; resultado de fenómenos
biológicos; climas áridos de fuerte evapotranspiración donde las sales se
acumulan, etc.
Causas Humanas: Son debidas a la acción del hombre en el medio
ambiente y éstas pueden ser: la generación de sales producto de los
residuos de la industria; el riego con disoluciones muy salinas o aguas
de mala calidad, y de forma continua, en regiones áridas donde la
escasez de lluvias impide el lavado de los suelos y las sales tienden a
acumularse formando costras impermeables.
b. Suelos Sódicos.
Estos suelos poseen una PSI mayor o igual a 15%, o un RAS mayor a 13.
Se le conoce como álcali negro o mancha de petróleo, el pH puede ir de 6 a
11, pero su rango promedio es de 8,5 a 10,5. Los problemas que ocasiona
al suelo son toxicidad de Na+ y Cl
-, además el Na
+ provoca dispersión de
las partículas destruyendo la estructura del suelo. La capa superior del
suelo es impermeabilizada al aire y agua. Para recuperar estos suelos se
hace necesaria la aplicación de Yeso.
c. Suelos Salino-Sódicos.
Poseen una conductividad eléctrica mayor o igual a 4 mmhos/cm a 25 °C
y un RAS mayor de 13, el pH puede variar entre 7 y 8,5. Estos tipos de
suelo tienen problemas intermedios a los salinos y sódicos, tienen
dispersión de partículas así como problemas de presión osmótica, presentan
una deficiencia de Fe, Mg, Zn, y otros elementos menores, el P forma
fosfatos insolubles de Ca y Na, hay toxicidad de Na, Cl, y B.
10
Para la recuperación de suelos con este problema se recomienda mejorar
el drenaje, subsolado, aplicación de láminas de lavado y yeso, así como la
incorporación de Materia Orgánica en forma de Mulch.
2. Criterios de Clasificación para Suelos con Problemas de Sales.
a. Contenido de Sales.
b. Porcentaje de Sodio Intercambiable.
c. Relación de Adsorción de Sodio.
3. Principio del Método Analítico.
Una forma rápida y precisa para determinar la salinidad es mediante la
conductividad eléctrica de una solución de suelo y agua. Dicha conductividad
se mide por medio de dos electrodos con una geometría y separación
constante. Esta conductividad es determinada a 25 grados centígrados entre
electrodos de 1 cm2 localizados a 1 cm de distancia, luego la conductividad es
medida a través de 1 cm3 o mmhos/cm. El efecto de la geometría del electrodo
está incluido en la constante de la celda que es calibrada con una solución de
KCL de concentración conocida; esto se relaciona a la distancia dentro de los
electrodos divididos por su área seccional efectiva. Cuando un potencial
eléctrico es aplicado a la solución, la corriente varía directamente
proporcional a la concentración de sales solubles en la misma. La unidad de
medida es en mhos/cm. En el sistema internacional la unidad de medida es en
siemens/m el cual es igual a 1 mhos.
D. Capacidad de Intercambio Catiónico y Aniónico.
El intercambio iónico (Fig.II.D.1) es un proceso reversible, estequiométrico y
rápido mediante la cual la fase sólida retira y retiene algunos iones de la solución
del suelo, al tiempo que le entrega cantidades equivalentes de otros, para
establecer un nuevo equilibrio entre las dos fases.
Los procesos de intercambio mencionados se dan tanto con cationes como con
aniones y la retención se lleva a cabo debido a la presencia de cargas
electrostáticas en los coloides del suelo y en los iones presentes en la solución
del mismo, los cuales se atraen hacia los sitios de carga contraria para
neutralizarse. Este tipo de atracción electrostática se llama adsorción.
1. Factores que Controlan el Intercambio Iónico.
La cantidad de iones que pueden adsorber los coloides del suelo depende de
la cantidad de carga superficial que ellos tengan y la fuerza con que son
retenidos depende de la densidad de carga del coloide (Zhang y Zhao, 1997).
Recuérdese, además, del capítulo anterior cómo el pH controla la carga
superficial generada por los coloides del suelo. Los procesos de intercambio
iónico se ven afectados, tanto por las propiedades del cambiador, como por las
del ion.
11
a. Propiedades del Cambiador.
El cambiador en el suelo corresponde a las partículas sólidas del mismo
que tienen la posibilidad de intervenir en los procesos de intercambio, es
decir, a los coloides minerales y orgánicos de aquel.
Las propiedades de los coloides que afectan el intercambio iónico en el
suelo son, según Zhang y Zhao (1997):
Cantidad y Tipo de aquellos presentes en el suelo, es decir, la cantidad
(concepto textural) y tipo de arcilla (concepto mineralógico) y la
cantidad y tipo de materia orgánica activa del mismo. Lo relacionado
con estos tópicos se ampliará en numerales posteriores.
Superficie específica que presenten los coloides.
Densidad de carga de los coloides.
La superficie específica, es función directa del tamaño de las partículas,
lo que supone que los coloides deben presentar un alto valor en esta
propiedad.
La densidad de carga, o sea la cantidad de carga que tiene una partícula
por unidad de superficie que posea (Fassbender, 1982; Zhang y Zhao,
1997), se determina con la siguiente relación:
Las unidades en las cuales se expresa la densidad de carga son: cmol m-2
o meq m-2
. En la Fig.II.D.1.a, se presentan los valores de cantidad de carga
y de superficie específica que presentan algunos componentes coloidales
comunes en el suelo, tomados de Fassbender (1982), de Bohn et al (1993) y
de Zhang y Zhao (1997).
Zhang y Zhao (1997) diferencian dos tipos de superficies en las que se
pueden ubicar las cargas de los coloides: una interna, que corresponde a la
superficie de las caras de las láminas de los paquetes cristalinos de
minerales de arcilla expansibles y otra externa, que corresponde a las
superficies de los otros sólidos del suelo. La cantidad de superficie interna
puede ser tan grande como 700 m2 g
-1 de material, en la montmorillonita o
400 m2 g
-1 en la halloysita hidratada. La superficie activa de los
filosilicatos de tipo 1:1, de la illita y del alofano es toda externa.
b. Propiedades del Ión.
Ji y Li (1997) destacan que la fuerza de atracción entre una superficie
cargada y un ión es directamente proporcional a la carga del ión e
inversamente proporcional a la distancia al cuadrado que hay entre la
superficie adsorbente y el centro del ión. Además, llaman la atención
acerca del hecho de que los iones en el suelo se encuentran hidratados y
12
que, por lo tanto, la cantidad de moléculas de agua que rodea el ión puede
alterar el comportamiento de la fuerza de adsorción que ejerce la superficie
cargada sobre el ión.
La energía de hidratación en un ión es directamente proporcional al
cuadrado de la carga del ión e inversamente proporcional a su tamaño (Ji y
Li, 1997). De lo expuesto anteriormente se puede decir entonces que las
propiedades de los iones que más intervienen en los procesos de
intercambio son:
La carga del ión: Aquellos iones con carga mayor son retenidos con
mayor firmeza por los cambiadores del suelo, cuando tienen igual
tamaño.
El tamaño del radio hidratado del ión: Al aumentar la cantidad de
moléculas de agua que rodean el ión disminuye la fuerza de la retención
que ejerce sobre él el coloide.
El tamaño del radio cristalográfico del ión: Hay una relación inversa
entre este tamaño y el tamaño del ión hidratado por lo cual, a mayor
tamaño del ión deshidratado, mayor es la fuerza con la cual es retenido
el ión, puesto que hay menor cantidad de moléculas de agua interpuestas
entre el cambiador y el ión; el radio cristalográfico de algunos iones
comunes en el suelo se presenta en la Fig.II.D.1.b.
Adicionalmente, la concentración del ión: Debido a la ley de acción de
masas, aquel ión que se encuentre en mayor cantidad, será el que se
retendrá preferencialmente en el suelo, en ausencia de adsorción
selectiva.
2. Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC)
Es la medida de la capacidad que posee un suelo de adsorber cationes y es
equivalente a la carga negativa del suelo. Esta propiedad es la que define la
cantidad de sitios disponibles para almacenar los cationes en el suelo. Los
cationes que son sometidos a esta retención quedan protegidos contra los
procesos que tratan de evacuarlos del suelo, como la lixiviación, evitando así
que se pierdan nutrientes para las plantas. Además, como la retención se hace
superficialmente obedeciendo a deferencias de carga electrostática, los
cationes adsorbidos pueden ser intercambiados por otros de la solución del
suelo, convirtiéndose en cationes intercambiables, necesarios en los procesos
de nutrición de la planta.
Los cationes más importantes en los procesos de intercambio catiónico, por
las cantidades de ellos que participan en dichos procesos, son Ca2+
, Mg2+
, K+
y Na+ (las bases del suelo) y NH4
+; en suelos ácidos, a partir de ciertos valores
de pH, como se verá más adelante, el Al3+
juega un papel muy importante en
el complejo de intercambio catiónico del suelo constituyendo, junto con el H+,
la acidez intercambiable del mismo.
13
La CIC del suelo se expresa en cmol (+) kg-1
de suelo o en meq (100 g de
suelo)-1
(ambas unidades son numéricamente iguales) y depende de la
cantidad y tipo de coloides que tiene:
CIC del suelo = CIC de la arcilla + CIC de la materia orgánica
El valor que toma la CIC de un suelo también está fuertemente afectado por
el valor del pH al cual se hace la determinación, aumentando el valor de
aquella al aumentar el pH; Uehara y Keng (1974) encontraron que cuando el
contenido de arcilla y de sesquióxidos de Fe y Al aumenta en el suelo, hay un
mayor aumento de la CIC del mismo por unidad de cambio que se de en el pH
por encima del PCC.
Como puede verse en la Fig.II.D.2, la CIC de los diferentes coloides del
suelo es muy variable.
3. Capacidad de Intercambio Aniónico (CIA)
Es la medida de la capacidad que posee un suelo de adsorber aniones
intercambiables y es equivalente a la carga positiva del mismo. Según
Sánchez (1981), esta capacidad es importante en aquellos suelos con altos
contenidos de sesquióxidos de Fe y Al; Moormann (1986) y Bohn et al (1993)
también han establecido que este tipo de intercambio es de magnitud
importante en suelos tropicales fuertemente intemperizados, sobre todo a pH
bajo.
Este tipo de intercambio es importante en el suelo porque afecta algunos
nutrientes para la planta que se presentan en forma aniónica como son NO3-,
SO42-
, HPO42-
, H2BO3- y MoO4
2-; además, Bohn et al (1993) establecen que
los procesos de intercambio aniónico son muy importantes en problemas de
contaminación de suelos, puesto que algunos pesticidas, como el 2,4,5-T y el
2,4-D, así como algunos metales pesados como el Cr y el As, se presentan en
formas aniónicas en el suelo.
Como ocurre con la CIC, la CIA también está afectada por el valor del pH
del medio, aunque en este caso el incremento de carga positiva depende de la
disminución del pH: mientras mayor es la acidez del suelo (menor pH), mayor
es la cantidad de un determinado anión que es retenida por él.
Según Bohn et al (1993) y Porta et al (1994), los aniones que mejor se
ajustan al concepto de intercambio originado en cargas electrostáticas en el
suelo son: Cl-, NO3
- y SO4
2-; otros aniones importantes en el suelo, como los
fosfatos, están sometidos a procesos de retención específica, en la cual las
reacciones de intercambio se producen en el interior de los cristales; uno de
los efectos más conocidos de la retención específica en suelos es la fijación
(retención en forma no intercambiable y por lo tanto no disponibles para la
planta) de fósforo que se presenta en muchos de ellos, sobre todo cuando son
ácidos y presentan alta actividad del Al3+
y del Fe3+
.
14
Sánchez (1981) cita varios trabajos en los cuales se sostiene que Oxisoles y
Andepts (Andisoles) pueden retener cantidades apreciables de nitratos y de
sulfatos en forma intercambiable y que, además, aniones como sulfatos,
fosfatos y silicatos pueden ser adsorbidos fuertemente (fijados) por las
superficies de sesquióxidos.
Con respecto a la importancia que tiene el fenómeno de fijación en algunos
suelos cabe destacar el hecho de que la fijación de fosfatos es una de las
características diagnósticas que definen las propiedades ándicas de los suelos.
Un suelo que posea dichas propiedades tiene, entre otras, una capacidad de
fijación de fosfatos mayor o igual a 85% (SSS, 1999, 1998). Nótese que lo
anterior tiene serias implicaciones en el manejo de estos suelos pues, de cada
100 kg de fósforo que se apliquen como fertilizante, la planta podrá
aprovechar sólo 15 kg como máximo, el resto quedará retenido en el suelo.
E. Carbono Orgánico
El C (Carbono) se encuentra en los suelos formando parte de 4 tipos de
minerales orgánicos:
1. Carbono minerales, principalmente de CaCO3 y MgCO3; pero se presentan
también pequeñas cantidades muy activas e importantes de CO2 y también de
HCO3- y CO3
=, iones derivados de los carbonatos más solubles.
2. Formas muy condensadas de composiciones próximas al carbono elemental
(carbono vegetal, grafito, carbón de hulla)
3. Residuos de plantas, animales y microorganismos, alterados y bastante
resistentes, denominados a veces “humus” y “humatos”, que no constituyen
un compuesto único, al contrario de lo que parecen sugerir estas
denominaciones.
4. Residuos orgánicos poco alterados de vegetales, animales y de
microorganismos vivos y muertos, que sufren descomposiciones bastante
rápidas en los suelos.
Evidentemente el carbono total de los suelos incluye estas 4 formas. El carbono
orgánico total incluye las 3 últimas, siendo eliminadas las formas minerales por
lavado con un ácido reductor diluido antes de la determinación del carbono
orgánico. La determinación más reproducible del carbono orgánico es la que
incluye las 3 formas en que se presenta sin intentar su fraccionamiento. La
materia orgánica químicamente activa que se encuentra relacionada con la
génesis del suelo y su fertilidad, incluye las formas 3 y 4. Por ello, algunas veces
se realizan esfuerzos para eliminar la forma 2, el C en forma fuertemente
condensada, de las determinaciones de materia orgánica del suelo. También debe
establecerse una diferencia entra la materia orgánica vieja, que es más resistente
y que constituye el Humus propiamente dicho o forma 3, y los residuos orgánicos
recientemente añadidos, 4, que quedan sometidos a una descomposición rápida,
con lo que dejan disponibles sus elementos nutrientes para las cosechas
15
corrientes. Aun cuando el fraccionamiento o distinción entre las distintas formas
de materia orgánica del suelo supone una pérdida en la reproductividad de las
medidas, cuando se perfeccione puede procurarnos interpretaciones más
significativas de los análisis.
Importancia de la Materia Orgánica en el Suelo.
La materia orgánica, en todas sus diferentes formas, tiene efectos marcados en
casi todas las propiedades del suelo, como puede verse en el resumen que se
presenta en la Fig.II.E.1.
Otros beneficios notables de la materia orgánica son los que tienen que ver con
su influencia en la nutrición vegetal. Está ampliamente demostrado que la
aplicación de abonos orgánicos incrementa la producción de los cultivos,
inclusive cuando son aplicados en suelos que presentan altos contenidos de
materia orgánica nativa.
Aparte de los materiales orgánicos, otros materiales también se definen, en
parte, con base en su contenido de materia orgánica; tal es el caso de los
materiales ándicos que deben tener menos de 25% de carbono orgánico y los
materiales espódicos que deben tener 0,6% o más de carbono orgánico.
Los endopedones ágrico, sómbrico y espódico tienen como característica
genética común el ser iluviales de humus. Otra buena cantidad de horizontes
diagnósticos de suelos, aunque no se definen explícitamente por el contenido o la
calidad de la materia que poseen, deben cumplir ciertos requerimientos que se
relacionan directamente con ella, como es el color.
F. Macro y Micronutrientes.
En los suelos hay gran cantidad de elementos minerales que coinciden con los
necesarios para la nutrición vegetal, pero que son inasequibles por su forma para
el organismo de las plantas, como los componentes de piedras, rocas o arenas y
materiales orgánicos complejos. Estas formas pueden considerarse como una
reserva de elementos nutrientes a largo plazo, ya que los procesos de primera
transformación de los materiales (meteorización y otros) pueden llegar a
movilizarlos.
Las plantas absorben los elementos nutritivos sólo en la forma asimilable para
su organismo, concretamente la de cationes o de aniones. Sus necesidades de
nutrición se cubren, pues, a partir de cationes y aniones de la disolución del suelo
y del intercambio iónico del complejo humiarcilloso o intercambiador. Por ello,
sólo las cifras correspondientes a las cantidades de elementos nutritivos en forma
de iones procedentes de la solución del suelo y del complejo intercambiador son
indicativas de la fertilidad del suelo.
En definitiva, la determinación de los nutrientes del suelo disponibles para la
planta debe referirse exclusivamente a los elementos asimilables. A la analítica
química ha de proceder una extracción adecuada que permita separar los
16
elementos fácilmente asimilables por las plantas del resto de los componentes del
suelo. Las metodologías de extracción se han desarrollado para simular el
comportamiento de la planta en lo que respecta a distinguir entre asimilables y no
asimilables. Distintas metodologías pueden conducir a resultados diversos y, por
tanto, al expresar los resultados de un análisis de suelo debe indicarse la
metodología seguida para que la interpretación se corresponda con lo que ocurre
en realidad en la planta.
1. Macronutrientes Primarios.
El N (nitrógeno): Existe en el suelo 3 formas principales de N:
Nitrógeno Orgánico; asociado con humus del suelo.
Nitrógeno Amoniacal; fijado por ciertos minerales arcillosos.
Amonio Inorgánico soluble, y compuestos de nitratos.
El contenido de nitrógeno total en los suelos presenta un amplio ámbito, pero
es común el comprendido entre 0,2 y 0,7% para la denominada capa arable. El
porcentaje tiende a disminuir al aumentar la profundidad del perfil, el clima
influye más directamente en el contenido total del N y cuyo porcentaje tiende
a incrementar al disminuir la temperatura y al aumentar la precipitación dentro
de un límite.
El N orgánico representa comúnmente entre el 85 y 95% del N total. En
buena parte su naturaleza química es desconocida. Los compuestos
nitrogenados que se acumulan en los suelos en forma de restos animales de los
suelos se presentan en forma de aminoácidos.
Las condiciones climáticas influyen notablemente sobre el contenido de N
en el suelo. El aumento de la temperatura hace disminuir el contenido de N,
bajo condiciones análogas de humedad, ya que aumenta la velocidad de
mineralización de la materia orgánica.
También se ha comprobado que al aumentar la humedad por efectos de las
precipitaciones o riegos, permaneciendo constante la temperatura, el N
(nitrógeno) aumenta. En forma inorgánica se presenta el nitrógeno como
Óxido Nitroso, Óxido Nítrico, Dióxido, Amoniaco en cantidades mínimas casi
no detectables y además como Amonio, Nitrito y Nitrato.
El N inorgánico de los suelos tiene un ámbito generalmente comprendido
entre 5 y 15%. Por lo general, el nitrógeno intercambiable no supera el
nitrógeno total. El denominado amonio nativo fijo tiene un ámbito
comprendido, entre 3 y 13%. El nitrógeno mineralizado no supera en la
mayoría de los casos el 2%, aunque el porcentaje puede aumentar
considerablemente cuando las condiciones de incubación son óptimas.
17
a. Fijación Biológica de Nitrógeno.
Según Subba Rao (1992) y Brock y Madigan (1991), algunas bacterias
producen nitrogenasa que es una enzima que reduce el N2 de la atmósfera a
NH3; esta capacidad se conoce como fijación biológica de nitrógeno o
diazotrofismo y puede ser llevada a cabo, según Rodríguez et al (1985) y
Orozco (1999), mediante tres sistemas: en forma libre, por asociación con
una planta o en simbiosis, también con alguna planta.
i. Fijación del Nitrógeno en Forma Libre.
Las bacterias que fijan el nitrógeno mediante este sistema, son
frecuentes en todo tipo de suelo y se encuentran, principalmente, en la
rizosfera de las plantas superiores. Pueden ser heterótrofas, cuando
utilizan como fuente de energía (carbono orgánico) restos vegetales o,
autótrofos, cuando son capaces de obtener el carbono del CO2
atmosférico, mediante la fotosíntesis. También se presentan organismos
aeróbicos y anaeróbicos en este grupo de fijadores (Orozco, 1999).
Según Rodríguez et al (1985), entre las bacterias fijadoras libres, las más
numerosas y eficaces son las aeróbicas.
Según información presentada por Valero (2000) las bacterias
diazótrofas de vida libre suelen establecerse en ambientes donde hay un
buen suministro de carbono disponible como en la rizosfera o en la
superficie de los tejidos externos de la planta (raíces, hojas, tallos, etc.),
pero también se presentan frecuentemente en el interior de dichos
tejidos (bacterias endófitas), sobretodo en los elementos vasculares y en
los espacios intercelulares dejados por células muertas en las raíces.
Valero (2000) aisló, en plantas de caña panelera de cultivos
tradicionales del occidente de Cundinamarca que nunca habían sido
fertilizados, 11 cepas de microorganismos diazótrofos de vida libre
endófitos y 7 cepas rizosféricas. Los endófitos fueron aislados de las
partes basal, media y apical del tallo y de las raíces y pertenecieron a los
géneros Acetobacter, Azospirillum y Herbaspirillum. Los rizosféricos
correspondieron a los géneros Azotobacter, Azospirillum y
Beijerinckia.
Brock y Madigan (1991) presentan una extensa discusión acerca de las
bacterias de este grupo de fijadoras de nitrógeno y destacan algunos de
los géneros que se dan en la Fig.II.F.1.a.i, como los que más
frecuentemente se presentan en el suelo.
ii. Fijación de Nitrógeno por Asociación.
Se produce por bacterias que se encuentran en la rizosfera de las
plantas, principalmente gramíneas, con cuyas raíces forma asociaciones
no simbióticas, pues no se llega a la formación de estructuras
18
especializadas por parte de los organismos asociados (Rodríguez et al,
1985).
La principal fuente de energía para las bacterias que trabajan con este
sistema de fijación la componen los exudados radiculares de la planta.
Según Orozco (1999), este sistema de fijación de nitrógeno es
especialmente importante, en el trópico, en cultivos de caña de azúcar,
arroz, maíz, sorgo, trigo, cebada y pastos.
De los anteriores microorganismos, el Azospirillum se produce
comercialmente; el inóculo de esta bacteria, preparado en materiales
como turba, carbón, lignito, compost, residuos de establo o suelo, puede
ser viable hasta los 180 días de almacenamiento, dependiendo del
portador. La máxima población de microorganismos se tiene a los 30
días de almacenamiento a temperaturas entre 30 y 35oC, con todos los
portadores (Subba Rao, 1992).
El P (Fósforo): El P (Fósforo) es, así como en Nitrógeno, importante
elemento nutriente de las plantas, pues forma parte estructural de compuestos
fundamentales para su fisiología y además desempeña una función única y
exclusiva en el metabolismo energético de la planta. Sin su intervención no
sería posible la fotosíntesis, porque la fijación de energía luminosa en energía
química se realiza mediante compuestos que llevan fósforo.
En el suelo, el fósforo puede aparecer en forma orgánica (como elemento
constituyente de diversos materiales orgánicos: restos de vegetales o animales,
humus, etc.) o inorgánica. Las formas inorgánicas incluyen a su vez dos
fracciones:
a. El P (Fósforo) que es constituyente estructural de partículas minerales del
suelo y,
b. El fósforo que está en formas aniónicas (las que tienen carga eléctrica
negativa), que es el único importante para las plantas. Las formas aniónicas
del P se localizan en la solución del suelo (fósforo solubilizado) o en el
complejo adsorbente del suelo gracias a la intervención del Calcio (fósforo
adsorbido)
Como sabemos, el Fósforo asimilable es el que las plantas aprovechan en su
metabolismo. Se llama P asimilable al que se presenta en forma fácilmente
accesible para las plantas. La valoración de la cantidad de fósforo asimilable,
al igual que la valoración de otros nutrientes vegetales, sirve como índice de la
fertilidad del suelo y como orientación para la fertilización de los cultivos.
Existe una dependencia muy estrecha entre el pH del suelo y la presencia de
formas asimilables y de formas bloqueadas de fósforo para la nutrición
vegetal. En los suelos de pH ácido el fósforo asimilable suele presentarse en
forma de Fosfatos de Hierro y Aluminio; en los de pH neutro, en cambio,
procede de Fosfatos de Calcio solubles; pero con un pH superior a 7,5
19
aumentan las formas insolubles del fósforo, que no son asimilables por las
plantas. Por todo ello, es imprescindible conocer previamente el pH del suelo
y, en función a eso, elegir el procedimiento más adecuado. Todos los
procedimientos analíticos exigen, en primer lugar, obtener un extracto de
suelo, es decir, una solución representativa que contenga los elementos
nutrientes disueltos; a partir de ese extracto se realiza la determinación
química. El extracto se obtiene utilizando una determinada solución
extractante, cuya composición varía según los distintos procedimientos.
El K (Potasio): El potasio es uno de los macronutrientes esenciales para la
planta. En términos cuantitativos, el potasio es uno de los nutrientes que en
mayores cantidades requieren las plantas, que incluso pueden llegar a
consumirlos en exceso sin que se traduzca en mayor rendimiento: es lo que se
llama, respecto al potasio, consumo de lujo. Cualitativamente, tiene un gran
interés en muchas de las reacciones metabólicas vegetales, ya que, aunque no
realiza una intervención estructural, su presencia es indispensable para
procesos fundamentales como la respiración y el metabolismo de azúcares,
que prácticamente quedarían interrumpidos sin él. Por todo ello los fisiólogos
vegetales sitúan al potasio en un destacado lugar como nutriente vegetal. Se
consideran cultivos muy exigentes en potasio aquellos que acumulan hidratos
de carbono en órganos de reserva, como los de papa, remolacha, zanahoria y
caña de azúcar.
El K está en grandes cantidades en los suelos, ya que es un componente de
rocas y minerales; pero sólo una pequeña fracción de su total puede ser
aprovechado por las plantas. El potasio asimilable es el catión potasio (K+), es
decir, el potasio con la carga eléctrica positiva; éste puede encontrarse bien en
la solución del suelo (potasio solubilizado), bien en el complejo adsorbente
(potasio adsorbido). Estas dos situaciones están en equilibrio, de manera que a
medida que la planta absorbe potasio de la solución del suelo, va siendo
repuesto, utilizándose para ello el que se encuentra adsorbido en el complejo.
No son corrientes las deficiencias en potasio, sobre todo si el suelo es de
textura arcillosa, puesto que se adsorbe firmemente en las arcillas. En suelos
ligeros o arenosos la deficiencia es algo más probable, porque el K es muy
soluble y tiende a lavarse en el perfil. La deficiencia se manifiesta al principio
en una cierta clorosis moteada en las hojas adultas. En fases más avanzadas se
extiende también a hojas jóvenes y después se producen zonas necróticas en
los márgenes y los extremos de las hojas, que se enrollan característicamente.
También se alteran los hábitos de crecimiento (apariencia achatada); la planta
presenta menor resistencia física, se encama o tumba fácilmente por acción
del viento y es más susceptible a las enfermedades. En cambio, un abundante
suministro de K facilita el mayor crecimiento y vigor de las plantas y un buen
desarrollo de flores y frutos, y contribuye además sensiblemente a su
resistencia al frío y a las enfermedades.
20
La determinación del potasio asimilable se lleva a cabo para valorar la
riqueza del suelo en potasio como elemento nutriente y sirve como índice de
las dosis de fertilización potásica a emplear. En la práctica hay diversos
procedimientos analíticos para su estimación, que conducen a resultados muy
diferentes en cuanto al orden de cifras. Por ello, en los resultados se debe
especificar siempre cuál ha sido el método empleado y, mejor aún, cuál es la
interpretación de los resultados del análisis, clasificándolos en niveles bajo,
normal y alto.
Los resultados de los análisis se expresan bien en K (Potasio), bien en Potasa
(K2O), utilizándose unidades químicas, como miliequivalentes por cien
gramos de suelo (meq/100g.), o unidades de peso, como miligramos por
kilogramo de suelo (partes por millón _ppm_) Las equivalencias con:
1 meq de K/100g. de suelo = 390 ppm de K
1 ppm de K2O = 0,83 ppm de K.
2. Macronutrientes Secundarios.
a. El S (Azufre): En las plantas el azufre aparece en compuestos importantes,
como algunos aminoácidos que forman parte de proteínas y otros
compuestos de gran interés biológico. En los suelos está sobre todo en
forma de Ión Sulfato (SO42-
) y también de Azufre elemental o Sulfatos de
Hierro. Muy rara vez se presenta la deficiencia en azufre, dada su relativa
abundancia en el suelo; se manifiesta en el amarillamiento de hojas
jóvenes, que luego se traslada a las de mayor edad.
b. El Mg (Magnesio): El Magnesio forma parte de la molécula de clorofila y,
por lo tanto, es esencial para la función fotosintética de las plantas.
Además, desempeña importantes cometidos en muchas reacciones
metabólicas. Suele encontrarse en los suelos con mucha abundancia,
aunque pueden darse deficiencia en los suelos arenosos y algo ácidos; sus
síntomas son la clorosis entre los nervios foliares y los punteados de color
rojo, naranja, amarillo o púrpura en la hojas que tienen mayor edad.
c. El Ca (Calcio): El Calcio desempeña un doble papel en la nutrición de las
plantas: por una parte, tiene participación directa en la formación de
paredes y orgánulos celulares, y por otra, interviene indirectamente en el
complejo adsorbente del suelo, como intermediario en la adsorción del K.
No es corriente la deficiencia de Ca, pues suele ser abundante en los suelos;
se manifiesta en diversas alteraciones de las zonas en crecimiento de la
planta, como el encorvamiento de los extremos foliares, la clorosis del
margen delas hojas jóvenes y la formación de raíces atrofiadas.
21
3. Micronutrientes (Oligoelementos)
a. El Fe (Hierro): El Hierro es el oligoelemento que las plantas absorben en
mayor cantidad. Entre las múltiples funciones que desempeña hay que
destacar su importantísimo papel en la fotosíntesis y en la formación de la
clorofila. Los síntomas de deficiencia de Fe suelen darse más
frecuentemente el suelos calizos o alcalinos, en los que, aunque se halle
presente, lo está en forma insoluble. Los síntomas se manifiestan sobre
todo en la clorosis de las hojas más jóvenes.
b. El B (Boro): El Boro es un oligoelemento esencial, relacionado con la
fisiología del crecimiento vegetal. En los suelos acostumbra a encontrarse
en cantidad suficiente para la nutrición de la planta, pero su disponibilidad
para las mismas depende del pH y de la proporción de calcio. En los suelos
de pH alto, calizos, el boro está bloqueado y la deficiencia resulta muy
probable. Los síntomas más conocidos son: engrosamiento y
oscurecimiento de hojas, muerte de raíces y ápices de los tallos, aborto de
flores y alteraciones de los frutos (corazón corchoso de las manzanas) y los
órganos de reserva de las plantas (mal de corazón de la remolacha)
c. El Cu (Cobre): El Cobre desempeña funciones de activador de diversas
reacciones metabólicas de las plantas. En la mayoría de los suelos hay Cu
suficiente como para garantizar sus necesidades y por ello no se producen
problemas de deficiencia. Puede ocurrir que se insolubilice en algunas
ocasiones, como, por ejemplo, a consecuencia de una exagerada
fertilización fosfatada, y entonces es posible que aparezcan síntomas de
deficiencia: necrosis de hojas y frutos de forma irregular y con moteados
pardorrojizos.
d. El Mn (Manganeso): El Manganeso, como el cobre, es activador de
diversas reacciones metabólicas de las plantas y cumple un destacado papel
en la fotosíntesis y la respiración. En suelos básicos o alcalinos puede
llegar a insolubilizarse y, por tanto, a no ser disponible para la planta. Los
síntomas de su deficiencia se manifiestan en la aparición de manchas
necróticas en las hojas y amarilleamiento rojizo entre sus nervios. En
algunos cultivos, estos síntomas reciben nombres específicos: por ejemplo,
“mancha gris” de la avena o “amarilleamiento moteado” de la remolacha
azucarera.
e. El Mo (Molibdeno): Como sucede con los otros oligoelementos, aunque
las plantas requieren molibdeno en cantidades minúsculas, les resulta
indispensable para el metabolismo. Es muy importante su intervención en
los procesos de fijación de nitrógeno que se producen por la asociación
Rhizobium-leguminosa. El síntoma de su deficiencia es la marchitez
moteada y marginal en las hojas de mayor edad. En algunos cultivos este
22
síntoma recibe también nombre determinados: “mancha amarilla” del fruto
de los cítricos, “cola de látigo” de coles, etc.
f. El Zn (Zinc o Cinc): El zinc interviene en los distintos procesos
biológicos de las plantas, como la síntesis de proteínas y de algunas
hormonas vegetales. El riesgo de que su insolubilización haga imposible el
suministro de zinc asimilable por las plantas crece a medida que aumenta el
pH del suelo. Los síntomas se manifiestan fundamentalmente en
alteraciones del crecimiento, como atrofiamiento y reducción de la talla de
las hojas, y aspecto arrosetado de la planta.
G. Minerales de Arcilla del Suelo (Fig.II.G.3)
La fracción más activa del suelo está constituida por los componentes
coloidales del suelo: la arcilla y el humus. Los coloides del suelo1 pueden ser:
orgánicos e inorgánicos.
El término arcilla es empleado con tres diferentes significados: para expresar el
agregado del suelo obtenido por procesos mecánicos en el análisis
granulométrico y definido como partículas de dimensiones inferiores a 2 micras;
para designar la clase textural arcillosa; para designar la fracción del suelo
constituida de:
a. Silicatos hidratados de Aluminio, denominados minerales de arcilla cuando
son cristalinos y alófanas, cuando son amorfos.
b. Óxidos e Hidróxidos de Hierro, Aluminio y Titanio. Conviene destacar que
estos compuestos se pueden encontrar en otros agregados del suelo que no sea
exclusivamente la fracción arcilla; el agregado arcilla, que se obtiene del
análisis granulométrico del suelo, cuyos constituyentes poseen dimensiones
inferiores a 0,002 milímetros, presenta en su composición,
predominantemente, minerales de arcilla. Todavía pueden contener minerales
primarios, o de afloramiento rocoso o de sedimento que originó el suelo, tales
como: Cuarzo, Óxido de Hierro, de Aluminio, de Titanio, Pirita, Micas, y así
también materia orgánica.
Los minerales cristalinos de arcilla son los que presentan una constitución
regular y sistemática de sus átomos, moléculas o iones, en sus tres dimensiones;
se presentan predominantemente en formato de Micas, es decir, son constituidos
por camadas de láminas que se superponen o sobreponen en agrupamientos de
formato hexagonal o de placas irregulares; otros tienen forma de bastones, o de
hilos.
Una partícula de arcilla está formada por el empilado de un gran número de
unidades estructurales, de las cuales, así reunidas, se disponen en forma
estratificada dando al conjunto un aspecto de placa.
(1): Partículas coloidales del suelo son aquellas que presentan por lo menos una de sus dimensiones dentro del intervalo 1
nanómetro (= 10-9m) y 1 micrómetro (=10-6m)
23
El análisis químico de la fracción arcilla del suelo, muestra que sus principales
componentes son: SiO2, Al2O3, Fe2O3 y de H2O; presentan, además, variable
cantidad de TiO2, CaO, MgO, MnO, K2O, Na2O y P2O5, de acuerdo con el tipo
de arcilla.
La segunda unidad estructural básica de los minerales de arcilla son los
octaedros de aluminio y los octaedros de magnesio, los cuales se pueden
representar por 6 iones dispuestos en formato octaédrico, teniendo en el centro un
ion de aluminio o magnesio.
Un especial énfasis debemos colocar en los silicatos, que son los minerales más
importantes de los suelos pues, incluyendo el Cuarzo, constituyen el 95% de la
corteza terrestre. Por lo tanto, forman parte muy importante de los materiales
parentales de los suelos y su presencia afecta de una u otra manera a las
propiedades y características de los suelos.
1. Estructura de los Silicatos.
La unidad estructural básica de los silicatos es el tetraedro de Si (Silicio): un
átomo de Si rodeado de cuatro O. El Si tiene un radio (0,39 Å2) mucho menor
que el del O (1,4 Å), sin embargo se rodea de cuatro átomos de O, en una
organización espacial tetraédrica. Se dice que el Si tiene coordinación 4
(Fig.II.G.1.a).
Como ya dijimos, la segunda unidad básica es el octaedro, en el cual el
centro está ocupado por un átomo de Aluminio en coordinación 6, es decir,
rodeado por 6 átomos de O ó de grupos OH (Fig.II.G.1.b)
Tetraedros y octaedros constituyen unidades muy estables debido a que los
enlaces Si-O y Al-O son de tipo covalente, lo cual determina que los silicatos
sean minerales muy duros y, en general, resistentes a la meteorización. En
caso que el mineral presente un proceso de sustitución isomórfica, el Al+3
puede encontrarse reemplazando al Si+4
en coordinación 4 en el tetraedro. Por
la misma razón el Mg+2
, el Fe+2
y el Fe+3
, pueden ocupar el lugar del Al en el
octaedro.
2. Estabilidad de los Minerales tamaño Arcilla.
a. Yeso, Halita.
b. Calcita, Apatito.
c. Olivino, Piroxeno.
d. Biotita, Glauconita.
(2): 1 Å (Angstrom), unidad de medida, equivalente a 1 x 10-8cm.
24
e. Albita, Anortita, Vidrio Volcánico.
f. Cuarzo, Cristobalita.
g. Moscovita, Sericita, Illita.
h. Vermiculita.
i. Montmorillonita.
j. Caolinita, Halloysita, Alófana.
k. Gibsita, Boemita.
l. Hematita, Goetita.
m. Anatasa, Rutilo, Zircón.
Llama la atención que el cuarzo disminuye su resistencia a la meteorización
cuando se encuentra en el tamaño arcilla. Esto se debe al aumento de su
solubilidad, al incrementarse su superficie específica.
Los minerales con alto contenido de bases hidrolizables se encuentran más
arriba en la secuencia, es decir se meteorizan más fácilmente, en cambio los
silicatos formados por láminas de tetraedros y octaedros son más resistentes
debido al efecto estabilizador de las estructuras en cadena.
Las Kanditas son más resistentes que las Smectitas, debido a que las
primeras no poseen bases hidrolizables. Los óxidos son más estables aún
debido a su muy baja solubilidad y a los fuertes enlaces metal-hidróxido o
metal-oxígeno.
Se puede deducir que en los suelos más recientes habrá mayor abundancia de
minerales hasta el estado 6. En los de evolución intermedia entre 7 y 9 y en
los suelos maduros a seniles entre los estados 10 y 13. Debe tenerse
precaución al aplicar estos conceptos pues, la distribución modal de los
minerales en un suelo podría corresponder a superposición de climas dando
origen a suelos poligenéticos y también a paleosuelos.
3. Minerales de Arcilla.
Son minerales en láminas (filosilicatos), cuya constitución básica está
formada por láminas de tetraedros y octaedros. En la mayoría de los suelos
son los minerales dominantes de la fracción arcilla (inferior a 0,002 mm).
a. Kanditas: su estructura está formada por una capa de tetraedros (SiO4) y
una capa de octaedros (AlOH6), de tal forma que los oxígenos libres de la
primera forman parte de la segunda, ocupando dos vértices de cada
octaedro y con grupos OH en los demás (Fig.II.G.1.a)
Las láminas no permiten la entrada de cationes con facilidad, ni
moléculas de agua, ya que están unidas por enlaces muy fuertes, como son
los puentes de hidrógeno, motivo por el cual la capacidad de intercambio
catiónico de las Kanditas es baja. En su estado natural estos minerales son
25
blancos y provienen de la alteración del aluminio-silicato, especialmente
los feldespatos.
A las arcillas del grupo de las Kanditas se les denomina como arcillas 1:1
y los principales representantes son: Caolinita, Halloysita, Dickita, Nacrita,
Dombasita y Antigorita.
Caolinita: Es un mineral de arcilla, formado estructuralmente por 2
láminas, uno de silicio y otro de aluminio, siendo denominado mineral
bilaminado o de gradiente 1:1. Los cristales de Caolinita solo son vistos
en microscopio electrónico.
Halloysita: En cuanto a su composición, se presenta de 2 formas: una
deshidratada, que es meta-halloysita y la otra, que contiene moléculas de
agua, la endelita.
b. Smectitas: su estructura está formada por dos tetraedros (SiO4) y en medio
de ambos existe un lámina de octaedros, de manera que cada Al coordina
con dos O2 libres de cada capa y con dos grupos OH. Entre cada lámina se
pueden ubicar cationes y moléculas de agua, pudiendo separarse o
acercarse de manera reversible, al aumentar o disminuir tanto la cantidad
de cationes, como su tamaño, o bien la cantidad de agua absorbida. Por
estar constituidas por dos láminas de tetraedros y una de octaedros, estas
arcillas se denominan 2:1 y poseen una CIC más elevada que las Kanditas.
Al grupo de las Smectitas pertenecen: Montmorillonita, Vermiculita,
Pirofilita, Glauconita, Hectorita, Beidelita, Illita (no expandible)
(Fig.II.G.3.b)
Montmorillonita: Es un mineral de arcilla de gradiente 2:1, con
sustituciones isomorfas en sus dos láminas, tanto de octaedros como de
tetraedros. En sus láminas octaedral ocurren sustituciones isomorfas de
Al por Mg, y en la tetraedral, de Si por Al. La Montmorillonita es una
de las arcillas que más se subdivide, con cristales, se presenta en forma
de diminutos gránulos y, consecuentemente, con una superficie
específica muy elevada, lo que le otorga una gran capacidad de
adsorción de iones.
Vermiculita: Su estructura consiste en camadas de talco o mica
trioctaédrico, separadas por películas de agua con 2 moléculas de
espesura. En los arcillo-minerales se pueden encontrar ejemplares de
Vermiculita dioctadédrico, derivada de la Pirofilita.
Hectorita: Es un mineral que no contiene Al en su composición y el Mg
de lámina octaédrica parcialmente sustituido por Litio.
Beidelita: Es una arcilla rica en Al, pues, buena parte del Si que
ocupaba la posición octaédrica, fue sustituida por aquel elemento; el Al
en posición octaédrico, también puede sufrir sustituciones, como sucede
en la Montmorillonita.
26
Illita: Es un mineral estructuralmente situado entre las micas de Al y de
las arcillas Montmorillonita. La unidad estructural básica de la Illita son
sus láminas de tetraedros de Si con una octaédrica intermediaria,
semejante a la de la Montmorillonita. En la Illita ocurren sustituciones
isomorfas en la lámina de Si, donde el Si es sustituido por el Al, y en la
lámina de Al, donde el Mg y el Fe pueden ocupar la posición del Al.
27
III. CONCLUSIÓN
El objetivo principal de esta investigación monográfica es la de poner en exposición
las características y propiedades químicas del suelo; como se pudo notar en el
desarrollo de monografía, el suelo es un sistema extremadamente complejo, y por lo
tanto, debe ser estudiado con minuciosidad y con destreza.
Primeramente para poder realizar un buen estudio de suelo, debemos tener en cuenta
una serie de factores, como por ejemplo, debemos saber la disposición física del
suelo, tener los conocimientos previos referentes a los distintos perfiles y horizontes,
cuál era el cultivo anterior, entre otros.
Aquí también se pone a exhibición, la importancia del pH del suelo, los factores que
afectan el pH del suelo; la CIC (Capacidad de Intercambio Catiónico) y la CIA
(Capacidad de Intercambio Aniónico), que por cierto es muy importante saber la
importancia de estos en el suelo, y como así también, los distintos tipos de minerales
de arcilla que existen en el suelo.
Elaboramos este material de apoyo, con la finalidad de poder brindar algunos
conceptos y conocimientos básicos con respecto a lo que Propiedades Químicas de
Suelo concierne, y así poder dar un pequeño aporte intelectual, que por cierto será de
gran ayuda, a los investigadores en formación.
28
ANEXO
29
PROPIEDADES QUÍMICAS DEL SUELO.
Composición del Suelo Ideal. (Fig.II.A.1) Fases del Suelo. (Fig.II.A.2.a)
Esquematización de la composición global del Suelo. (Fig.II.A.2.b)
Materia
Mineral
45%
Micropor
os
(agua)
33,5%
Macropor
os
(aire)
16,5%
Materia
orgánica
5%
Fase
Gaseosa
16,5%
Fase
Líquida
33,5%
Fase
Sólida
50%
30
EL pH DEL SUELO.
Correspondencia de Valores de pH del Suelo. (Fig.II.B.1.a)
El pH óptimo del Suelo. (Fig.II.B.1.b)
* En Andisoles y en Suelos LAC, entre 5,5 y 6,0.
Efecto del pH sobre la solubilidad de algunos elementos. (Fig.II.B.2)
31
El procedimiento, según el Soil Survey Laboratory (SSL, 1996). (Fig.II.B.4.a.1)
Un modelo de Potenciómetro. (Fig.II.B.4.a.2)
32
*La diferencia corresponde a: pH potenciométrico – pH colorimétrico.
Diferencias de pH entre los métodos potenciométrico y colorimétrico. (Fig.II.B.4.b.1)
En método de Hellige-Truog que mide el pH del suelo entre 4 y 8,5. Fig.II.b.4.b.2
* Según Soil Survey Division Staff (SSDS, 1993) **Según Fassbender (1982)
Calificación del pH del suelo para dos métodos de determinación. (Fig.II.B.5)
33
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO DE IONES.
Algunas características químicas de los iones más frecuentes del Suelo. (Fig.II.D.1)
* Puede tomarse como promedia y en los coloides mencionados la carga es negativa.
Valores de cantidad de carga y superficie específica. (Fig.II.D.1.a)
34
Radio cristalográfico y radio hidratado de algunos iones comunes en el suelo.
(Fig.II.D.1.b)
Valores de CIC de diferentes coloides comunes en suelos. (Fig.II.D.2)
35
36
CARBONO ORGÁNICO
Efecto general de la materia orgánica sobre algunas propiedades del suelo. (Fig.II.E.1)
37
MACRO Y MICRONUTRIENTES.
* También pueden fijar Nitrógeno en condiciones anaeróbicas (Facultativos)
** También pueden fijar Nitrógeno en el Sistema de Asociación.
Algunos géneros de bacterias fijadoras de N en forma libre, comunes en el suelo.
(Fig.II.F.1.a.i)
38
MINERALES DE ARCILLA DEL SUELO
Minerales de Arcilla de los Suelos. (Fig.II.G.3)
Estructura de una Kandita (1:1). (Fig.II.G.1.a)
39
Estructura del Tetraedro y Octaedro, y su forma de unión. (Fig.II.G.1.b)
Estructura de las Smectitas (2:1). (Fig.II.G.3.b)
40
IV. BIBLIOGRAFÍA
Preparación de Suelos:
BELLO, M; PINO, M. Preparación de Suelos. 2000. Punta Arenas: CL. Centro
Regional de Investigación Kampenaike del Instituto de Investigaciones
Agropecuarias del Ministerio de Agricultura de Chile. 9p.
Procesos Químicos del Suelo:
CASTELLANOS, F. Procesos Químicos del Suelo. 2010. Ciudad de México: MX.
Colegio de Ciencias y Humanidades de la Universidad Nacional
Autónoma de México. 16–17, 21–24 pp.
Edafología II. Manual de Prácticas de Laboratorio:
MARTÍNEZ, C. Edafología: Manual de Prácticas de Laboratorio. 2009. San
Carlos: GU. Facultad de Agronomía de la Universidad de San Carlos de
Guatemala. 14, 16-19, 32-34, 37-39 pp.
Introducción a la Ciencia del Suelo:
JARAMILLO, D. Introducción a la Ciencia del Suelo. 2002. Medellín: CO.
Facultad de Ciencias de las Universidad Nacional de Colombia. 304, 319-
322, 332-333, 346-349, 352-354, 395-397, 417-419,
Manual de Edafología:
KIEHL, E. Manual de Edafología. 1979. Sao Paulo: BR. Editora Agronômica
“Ceres” Ltda. 15-18, 22-23, 51-66
Análisis Químico de Suelos:
JACKSON, M. Análisis Químico de Suelos. Barcelona: ES. Ediciones Omega. 17-
20, 67-73, 282-301.
Enciclopedia Práctica de la Agricultura y la Ganadería: El Suelo:
CURT, M. Enciclopedia Práctica de la Agricultura y la Ganadería: El Suelo. 2008.
Barcelona: ES. Editorial OCEANO del GRUPO OCEANO. 60-62, 65-79,
81-82.
Edafología. Guía de Clases Prácticas:
CASANOVA, P.; VERA, W.; LEIGHTON, W.; SALAZAR, O. Edafología: Guía
de Clases Prácticas. 2004. Santiago: CL. Facultad de Ciencias
Agronómicas. Departamento de Ingeniería y Suelos. 4-9 pp.