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.