La acidificación del suelo es el proceso por el cual aumenta la concentración de iones H+, normalmente proveniente del Al intercambiable y de grupos orgánicos ácidos, alcohólicos y fenólicos. La acumulación de iones H+ se da tanto por adición de dichos iones o por pérdida de bases en la solución del suelo. La acidificación reduce la disponibilidad de nutrimentos del suelo (P, K, Ca y Mg), provoca la movilización de elementos tóxicos como el Al, incrementa la movilidad de metales pesados y provoca variaciones en la estructura de la microflora y microfauna.
Acidez del suelo: Se entiende por acidez del suelo la condición del mismo en la cual
existe una acumulación de elementos tóxicos (Al, Fe y Mn), a menudo asociada a una fertilidad natural baja (deficiencia de P, cationes y elementos menores). De manera orientadora, la acidez del suelo puede determinarse midiendo su pH y en términos más precisos a través de la acidez intercambiable o del porcentaje de saturación de acidez. La acidez intercambiable se clasifica de la siguiente forma:
1. Acidez activa: constituye el H+ en la solución del suelo y proveniente de diferentes fuentes
2. Acidez intercambiable: H+ y Al3+ intercambiables retenidos en las cargas negativas de las arcillas del suelo
3. Acidez no intercambiable: H+ en enlaces covalentes en la superficie de minerales arcillosos de carga variable
4. Acidez potencial: constituye la suma de la acidez intercambiable y la acidez no intercambiable
pH: Es el logaritmo negativo de la concentración de H+. Cuando el H2O se ioniza en H+ y OH- (solución neutra), ambos están en una concentración de 10-7 mol l-1, de acuerdo a la siguiente ecuación:
H2O ? H+ + OH- [H+] [OH-] / [H2O] = 1x10-14
[H+] = [OH-] = 1x10-7
Cuando el logaritmo negativo de la [H+] es 7, el pH del suelo es 7; cuando la [H+] es mayor, tal como 10-4 mol l-1, el pH es 4 y el suelo se considera ácido. En soluciones alcalinas la [OH-] excede la de [H+] y los suelos se consideran básicos. Bajo cualquier condición la sumatoria de [H+] y [OH-] debe ser igual a 1x10-14 mol l-1. En los suelos naturales el intervalo de pH puede variar entre 3 y 12, pero los valores más frecuentes oscilan entre 4.0 y 8.5. De acuerdo con Fassbender (1975), existen varios grados de acidez de suelo estimados a través del pH del suelo en agua o en KCl (Cuadro1) según sea el grado en que se afecten las propiedades químicas, biológicas y físicas.
En forma práctica, la expresión logarítmica del pH radica en el hecho de que cada unidad de cambio en el pH corresponde a un incremento de 10 veces en la cantidad de
acidez o basicidad del suelo (Espinosa y Molina 1999). Por ejemplo un pH de 6 indica que existe 10 veces más acidez que un pH de 7.
Cuadro 1. Valores de pH en suelos tropicales (tomado de Fassbender 1975).
pH H2O pH KCl
Muy ácido <5.5 Ácido extremo <4
Acidez media 5.5 - 5.9 Ácido fuerte 4.0 - 4.9 Acidez débil 6.0 - 6.4 Ácido mediano 5.0 - 5.9 Acidez muy débil 6.5 - 6.9 Ácido ligero 6.0 - 6.9 Alcalino muy débil 7.0 - 7.4 Alcalino ligero 7.0 - 8.0 Alcalino débil 7.5 - 7.9 Alcalino mediano 8.1 - 9.0 Alcalino medio 8.0 - 8.4 Alcalino fuerte 9.1 - 10.0 Muy alcalino >8.5 Alcalino extremo >10.1
Algunas de las propiedades químicas que se alteran con la acidez del suelo son: 1) la solubilización, disponibilidad y absorción de nutrimentos (Ca, Mg, K, P, menores); la máxima disponibilidad de P ocurre a pH entre 5 y 7 mientras que la de N ocurre a pH entre 5 y 8.5; 2) la saturación bases y la saturación acidez y 3) la generación de carga variable (CIC y CIA) y con ello la disponibilidad de cationes y aniones.
Dentro de las propiedades biológicas que se alteran con la acidez del suelo se tienen: 1) el tipo de organismos presentes; 2) el desarrollo vegetal, el cual disminuye a pH menor a 5.5 cuando la concentración de iones H+ afecta negativamente el desarrollo de la raíz y 3) la fijación de N y la mineralización de la materia orgánica aumentan con el pH y la saturación de bases del suelo.
Como consecuencia de la acidez del suelo, la propiedad física que más se altera es su estructura, ya que generalmentea menor pH, menor es la concentración de Ca, elemento coagulante que mejora la estructura y estabilidad de los agregados y que favorece la producción de exudados radicales que causan el mismo efecto.
Causas y fuentes de la acidez del suelo: El suelo puede acidificarse tanto por causas
naturales o pedogenéticas (lixiviación, procesos redox, acumulación de sustancias orgánicas, efecto de algunas especies vegetales, actividad volcánica), como antrópicas (extracción de nutrimentos por laboreo intensivo, lluvias ácidas, utilización de fertilizantes, adición de enmiendas orgánicas residuales) (Figura 1).
Clima caliente y húmedo Cultivo intensivo Lluvias ácidas Emanaciones volcánicas Fuentes permanentes: Exudados radicales mineralización Fertilizantes N-NH4 + Fuentes progresivas: Ionización de OH- Liberación de Al3+ PÉRDIDA DE BASES PRODUCCIÓN DE IONES ÁCIDOS
Acidez natural o pedogenética: La acidez del suelo es relativamente más importante en
ambientes en los cuales la temperatura y la humedad son altas (como ocurre en regiones tropicales lluviosas) y en zonas donde se acumulan sustancias orgánicas (suelos mal drenados en ambientes fríos), que en otro tipo de ambientes. Es por esto que el problema se identifica más con suelos muy meteorizados y lavados, así como aquellos suelos orgánicos ácidos de varias regiones del mundo. La actividad volcánica puede neutralizar o acidificar el medio, según sea que se depositen cenizas volcánicas o por el contrario, que se presenten emanaciones periódicas de gases por tiempo prolongado. En Centro América, ambos tipos de actividad son comunes (Mora 1995); la emanación de gases ácidos produce que el agua de lluvia en las laderas de los volcanes sea ácida (pH 3.8) debido a su elevada concentración de cloruros y sulfatos (Rodríguez et al. 1995; Red Sismológica Nacional 1995). Bajo estas condiciones, no sólo se afecta el sistema suelo, sino que también se reduce significativamente el follaje de las plantaciones, algunas de las cuales llegan a morir (p.e., las plantaciones de Cupressus lusitanica en los alrededores del la Cordillera Volcánica Central, Costa Rica).
Las principales fuentes naturales de acidificación del suelo son: 1. Iones de H+: La cantidad de este tipo de iones se ve afectada por:
? La producción de exudados radicales
? La ionización de OH- terminales en arcillas
? Ionización de OH- terminales en grupos ácidos (R-COOH), fenólicos y alcohólicos (R-OH) y metoxílicos (R-OCH3) de la materia orgánica ? Procesos redox tales como la oxidación rápida de piritas (FeS2) para
producir H2SO4 en ambientes costeros y en explotaciones de minería de carbón.
2. Iones Al+3: La disociación del Al+3 en suelos ácidos disminuye exponencialmente conforme el pH del suelo se acerca a un valor de 5.5. A partir de ese valor, el Al tiende a formar poli-hidróxidos insolubles, por lo que su disponibilidad disminuye exponencialmente, de acuerdo a la ecuación:
Reacción de disociación pH del suelo Solubilidad
Al+3 + H2O ? Al(OH)+2 + H+ 4.0-4.5 Alta Al(OH)+2 + H2O ? Al(OH)2+ + H+ 4.5-5.5
Al(OH)2+ + H2O ? Al(OH)3 + H+ 5.5-7.5 Baja Al+3 + 3H2O ? Al(OH)3 + 3H+
Como resultado de las reacciones mencionadas al aumentar el pH del suelo disminuye la cantidad de Al intercambiable (Figura 2a) y por ende disminuye el porcentaje de saturación de Al del suelo (Figura 2b), tal como se ha encontrado para Oxisoles y Andisoles (Méndez y Kamprath 1978) y Ultisoles y Oxisoles (Abruña et al 1974).
Al inter. cmol (+)/100g pH en agua ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 4 6 5,0 5,5 6,0 0 pH de l suel o % de saturación de Al
??
?? ? ?
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?
? ? ? ?
5.40 5.10 4.80 4.22 0 10 20 30 40 50 60 70 4.50
Figura 2. Efecto del pH del suelo sobre el contenido de Al intercambiable y la saturación de Al en Andisoles, Ultisoles y Oxisoles (tomado de Méndez y Kamprath 1978 y Abruña et al 1974).
Acidez antrópica o inducida por manejo: Otra causa importante de la acidez del suelo
es el manejo intensivo de las plantaciones forestales. En el primer caso, se considera relevante la acidificación causada por la extracción de cationes como producto comercial (p.e. Ca en plantaciones de teca y eucalipto). La acidificación se inicia con la pérdida de estos cationes debido en parte a la acción de las raíces que absorben cationes y liberan iones H+ para mantener el equilibrio en su interior, reduciendo el pH del suelo (Espinosa y Molina 1999). La pérdida de cobertura vegetal y la preparación mecanizada del suelo antes de sembrar los árboles, puede incrementar la lixiviación de cationes hacia capas inferiores y aumenta el grado de acidez del suelo.
Dentro de otras fuentes antropogénicas, se encuentran:
1. Adición de fertilizantes nitrogenados amoniacales: El empleo de fertilizantes con efecto residual ácido y la extracción de bases, tanto en cultivos como en plantaciones forestales, puede inducir a corto plazo a la acidificación del suelo, en particular cuando estos son de baja fertilidad natural. Los fertilizantes nitrogenados amoniacales, como la urea y el sulfato de amonio, liberan NH4+ a la solución del suelo, el cual puede ser nitrificado por acción de las bacterias y convertido en NO3-. Durante este proceso se liberan iones H+ que contribuyen a la acidificación del suelo.
En el Cuadro 2, se presenta las reacciones de los principales fertilizantes nitrogenados en el suelo y la acidificación que pueden causar según Tisdale et al. (1993).
Cuadro 2. Acidez residual producida por fertilizantes nitrogenados (Tomado de Tisdale et al. 1993.)
Fuente N (%) Reacción de nitrificación Índice de Acidez (kg CaCO3 100 kg-1 fertilizante)
Urea 46 (NH2)CO + 4 O2 ? ? 2H+ + 2NO3- + CO2 + H2O - 84
Nitrato de amonio 33.5 NH4NO3 + 2O2 ? ? 2H+ + 2NO3- + H2O - 63
Sulfato de amonio 21 (NH4)2SO4 + 4O2 ? ? 4H+ + 2NO3- + SO4-2 + 2H2O - 112
Fosfato monoamónico 12 NH4H2PO4 + O2 ? ? 2H+ + NO3- + H2PO4- + H2O - 65
Fosfato diamónico 18 (NH4)2HPO4 + O2 ? ? 3H+ + 2NO3- + H2PO4- + H2O - 74
a
2. Efecto de las lluvias ácidas: La lluvia ácida (adición de sustancias ácidas, principalmente producto de combustibles fósiles) deposita cantidades importantes de SO2 y NOx, o el producto de sus reacciones, lo que causa pérdidas considerables en cultivos y reduce el pH del suelo y la disponibilidad de algunos nutrimentos (Pearson y Linzon 1985; Csillag et al. 1996; SEI 1996). Bajo condiciones europeas, las lluvias ácidas no ejercen un efecto significativo en cuanto a cambios de acidez del suelo, aunque si lo hacen con relación a la adición de metales pesados (Vanmechelen, Groenemans y van Ranst 1997), lo que afecta negativamente el crecimiento y mortalidad de bosques naturales.