EVALUACIÓN DE MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO EN DIFERENTES SUELOS DEL PERÚ
Eroncio Mendoza Nieto1
Manuel Arca Bielick2 Resumen
El presente trabajo se realizó en el Laboratorio de Suelos del Programa de Investigación de Aguas y Suelos de la Estación Experimental Agrícola La Molina del INIA con el propósito de seleccionar dos métodos de análisis de capacidad de intercambio catiónico – CIC de los suelos peruanos, de procedimiento simple y de resultados similares a los métodos del NH4OAc 1N pH 7 y de CIC-Efectiva con KCl 1N - NH4OAc 1N pH 7. Para ello, se analizó la
CIC de 30 muestras de suelos con diferentes características físicas y químicas procedentes de la Costa, Sierra y Selva del Perú, mediante los métodos del NH4OAc 1N pH 7 (M1),
CIC-Efectiva con KCl 1N - NH4OAc 1N pH 7 (M2), NaOAc 1N pH 8.2 (M3), de saturación y
desplazamiento con K – Na (M4), K – Ca (M5) y CIC-Efectiva con BaCl2 0.5N (M6). Con los
resultados obtenidos se realizaron las correlaciones lineales relacionando los métodos M1 y M2 con los valores de los otros métodos. Mediante los resultados promedios de 30 muestras de 15.32, 12.04, 13.37, 13.53, 12.19 y 12.39 meq/100 g de suelo de CIC para los métodos de M1, M2, M3, M4, M5 y M6 respectivamente, se concluye, que los métodos de K – Ca y CIC – Efectiva con BCl2 0.5N son de procedimientos simples y de resultados comparables al tener
coeficientes de correlación altamente significativas de r = 0.99 para M5 y r = 0.98 para M6 y a la vez son de menor costo de análisis en 24 y 50 % respecto al método M2.
Palabras clave: Métodos de análisis de CIC, determinación de CIC, CIC de suelos, cationes cambiables.
EVALUATION OF METHODS FOR THE DETERMINATION OF THE CATION EXCHANGE CAPACITY IN DIFFERENT SOILS OF PERU
Abstract
The present work was carried out at the Soils Laboratory of the Soils and Waters Research Program of the Agricultural Experimental Station La Molina of INIA, with the purpose of selecting two methods of analysis of the cation exchange capacity - CEC of peruvian soils by a simple procedure and similar results to those obtained with the methods of 1N NH4OAc pH 7
and of CEC-Effective with 1N KCl – 1N NH4OAc pH 7. For that purpose, 30 samples of soils of
different physical and chemical characteristics collected from the Coast, Highlands and Jungle of Peru were analyzed with the methods of 1N NH4OAc pH 7 (M1), CEC-Effective with 1N KCl
– 1N NH4OAc pH 7 (M2), 1N NaOAc pH 8.2 (M3), saturation and displacement with K - Na
(M4), K - Ca (M5) and CEC-Effective with 0.5N BaCl2 (M6). The resulting values were used to
establish the lineal correlations relating the methods M1 and M2 with the values obtained with the other methods. On the basis of the average values for the 30 samples of 15.32, 12.04, 13.37, 13.53, 12.19 and 12.39 meq/100 g of soil of CEC for the methods of M1, M2, M3, M4, M5 and M6, respectively, it is possible to conclude that the methods of K Ca and CEC -Effective with 0.5N BaCl2 are performed with simple procedures and showed comparable
results with highly significant correlation coefficients of r = 0.99 for M5 and r = 0.98 for M6 with respect to those obtained with the method M2. At the same time, the methods M5 and M6 are 24 and 50 %, respectively, less expensive than the method M2.
Key words: Analytical methods of CEC, determination of CEC, CEC of soils, exchangeable cations.
INTRODUCCION
La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es la propiedad más importante del suelo y permite conocer la cantidad de los cationes que pueden ser retenidos y liberados de la superficie del coloide del suelo hacia el medio circundante, de donde la planta aprovecha dichos elementos para su nutrición (Fassbender, 1978; Bohn et al., 1993 y Dorronsoro, 2000). Asimismo, es primordial para inferir otras propiedades físicas, químicas y biológicas, tales como la clase textural, densidad aparente, cantidad y calidad de cationes cambiables, contenido de materia orgánica y retentividad de la humedad del suelo y a su vez, los valores de la CIC y de los cationes cambiables (CC) son de mucha utilidad para determinar la fertilidad potencial y la clasificación taxonómica de los suelos.
Los valores de la CIC de los suelos, defieren dependiendo de los métodos y procedimientos usados en el proceso de análisis. Por tal motivo, en otros países se realizan trabajos de investigación sobre la estandarización, determinación de nuevos extractantes y variaciones de los procedimientos de análisis. Sin embargo, en el Perú no se encuentra información referida al tema, a pesar que existen muchos laboratorios de suelos que brindan el servicio de análisis de suelos a los agricultores y/o investigadores.
Para la determinación de la CIC del suelo existen muchos métodos, siendo los más conocidos, los siguientes: 1) Método del acetato de amonio (NH4OAc 1N pH 7),
2) Método del acetato de sodio (NaOAc 1N pH 8.2), y 3) Método de la suma de cationes cambiables (CIC-Efectiva) obtenidos con los extractantes de KCI 1N y NH4OAc 1N pH 7. Por las deficiencias que presentan estas técnicas cuando los
suelos varían en el tipo, origen y propiedades químicas, en las últimas décadas se han establecido otros técnicas para estimar la CIC efectiva mediante la suma de
cationes cambiables extractando con una solución de KCl, BaCl2y combinación de
BaCl2 – NH4Cl y/o SrCl2 que son de procedimientos simples y eficientes en sus
resultados frente a los métodos clásicos que demandan mayor costo, tiempo de operación, mayor instalación de infraestructura, equipos, materiales y reactivos.
El propósito de este trabajo fue seleccionar dos métodos de análisis de la CIC de los suelos que sean de procedimiento simple, rápido y de respuesta similar a los resultados obtenidos con los métodos del NH4OAc 1N pH 7 y de CIC-Efectiva con
KCl 1N - NH4OAc 1 N pH 7. Para ello, se analizaron 30 muestras de suelos de
diferentes características con cada una de las siguientes técnicas: 1) Método del NH4OAc 1 N pH 7 (M1 ), 2 ) Mé todo de CICEfectiva con KCl 1N
-NH4OAc 1N p H 7 (M2 ), 3) Mé todo del NaOAc 1N p H 8.2 (M3 ), 4)
Método de saturación y despla zamien to con K – Na (M4), 5) Método de K – Ca (M5) y 6) Método de CIC-Efectiva con BaCl2 0.5N (M6),
respectivamente.
REVISION DE LITERATURA
Generalidades
Uno de los componentes esenciales del suelo, es la fase sólida constituida por las fracciones inorgánica y orgánica que forman el coloide. La fracción coloidal es la parte más activa del suelo y en ella ocurre una serie de cambios llevados por la interacción con el medio líquido, gaseoso y la fase biológica del suelo. Uno de los efectos de dicho dinamismo, es la Capacidad de Intercambio Catiónico - CIC propiedad de mayor importancia práctica, ya que la capacidad de adsorción,
retención, almacenamiento y liberación de nutrientes para las plantas, dependen de la magnitud y características de la CIC del suelo.
La capacidad de adsorción de cationes por los suelos está dado principalmente por los minerales de arcillosos y la materia orgánica en estado húmico (Drake y Motto, 1982; Quevedo, 1981 y Otero et al., 1998). Asimismo, la CIC es afectada por la presencia de óxidos e hidróxidos de Si, Fe y Al (Bear, 1963 y Estrada, 1989). La determinación de la CIC consiste en medir la cantidad total de cargas negativas que posee el complejo arcillo–húmico por unidad de peso del suelo expresado en meq/100 g de suelo o cmol (+)/kg de suelo, dependiendo el valor de la CIC según la metodología empleada y a la vez la naturaleza del catión saturante, concentración de la solución saturante y el pH del equilibrio entre la solución saturante y el suelo.
En la superficie del coloide generalmente de carga negativa, los cationes cambiables se hallan adsorbidos con diferentes grados de energía y cuya fuerza de adsorción está en función al: a) tamaño del catión; b) concentración; c) valencia; d) grado de hidratación y e) la capacidad o la afinidad para ser retenido en un determinado mineral arcilloso (Estrada, 1989). Según Ramírez (1971) la fuerza de adsorción de los cationes por los suelos puede variar en base a las condiciones climáticas de donde proceden los suelos, por ello en regiones húmedas: Al+++> H+> Ca++ > Mg++ > K+ > Na+, en regiones áridas (suelos bien drenados): Ca++ > Mg++ > Na+> K+> H+y para regiones áridas (suelos salinos y sódicos): Na+> Ca++> Mg++> K+ y para la combinación de diferentes valencias Fuentes (1971) y Bohn, et al. (1993) presentan la siguiente fuerza de adsorción Li+ ≈ Na+< K+ ≈ NH4 < Rb
+
< Cs+ ≈ Mg2+
< Ca2+< Sr2+≈ Ba2+< La3+≈ “H” (Al3+) < Th4+.
La afinidad relativa de la superficie arcillo-húmico por diferentes cationes, dependen de dos propiedades: (i) del grupo funcional superficial y (ii) de los cationes
adsorbidos (Xu y Harsh, 1990). La preferencia del cambiador por un catión determinado, varía según la superficie externa e interna, expandibilidad de las arcillas, dimensión específica del espacio interlaminar y fijación de NH4 y K
+
(illita), distribución geométrica de las cargas (densidad) y presencia de los radicales externos en la materia orgánica (Quevedo, 1987).
Capacidad de intercambio catiónico (CIC)
La CIC como medida de la capacidad que tiene el suelo para adsorber cationes es equivalente a la carga negativa del suelo (Jaramillo, 2002) que poseen las fracciones de arcilla, limo y la materia orgánica coloidal (Quevedo, 1981 y Otero et al., 1998). La reacción de intercambio, entre las fases sólidas y solución del suelo implica un proceso reversible, equivalente y es expresado en meq/100 g de suelo o cmol(+) kg-1 de suelo. Los suelos por su naturaleza anfotérica adsorben tanto cationes y aniones según las cargas generadas en el intercambio iónico de: i) sustitución iónica isomórfica (carga negativa permanente), ii) ionización de los oxidrilos (OH) del Si de los planos rotos de los tetraedros o del Al de los octaedros, iii) de los ácidos minerales y sesquióxidos del suelo, y iv) de la materia orgánica. En estos tres últimos casos, la generación de cargas negativas y/o positivas es generalmente dependiente del pH (Estrada, 1989; Bear, 1963 y Fassbender, 1978).
Los factores que influyen sobre la determinación de la CIC de los suelos son el pH de la solución extractora, contenidos de la materia orgánica, cantidad y calidad de arcilla de los suelos (Estrada, 1971; Manrique, 1978; Fuentes, 1971; Quevedo, 1981; Drake y Motto, 1982 y Otero et al., 1998). Asimismo, afectan los factores genéticos del suelo inherentes de la estructura de la arcilla, procesos de edafización y a nivel de laboratorio se debe considerar a los factores analíticos en cada uno de
los pasos que se sigue durante el proceso de la determinación de la capacidad de intercambio catiónico (Rhoades, 1982).
Determinación de la CIC y CC
En el procedimiento de la determinación de la CIC de los suelos se siguen los siguientes pasos: a) saturación del complejo coloidal del suelo, mediante el lavaje sucesivo con soluciones salinas; b) eliminación del exceso de sales mediante el lavado con diversos solventes, siendo los principales el agua, el etanol y la combinación de ambos en diferentes proporciones; c) remoción del catión adsorbido en la primera fase del proceso y su cuantificación por métodos tradicionales. Sánchez (1981) y otros autores (Gillman, 1983; Hendershot, 1986; y Matsue y Wada, 1985), indican que la medición de mayor precisión es aquella que se realiza a condiciones del valor verdadero de pH del suelo que consiste en una lixiviación de cationes cambiables con una sal neutra sin tamponar de KCl, CaCl2, BaCl2y SrCl2, y
a la suma de cationes extraídos con estas soluciones se denomina la CIC – Efectiva. Para suelos de zonas áridas que contienen carbonatos, yeso y zeolitas, Papanicolau (1976) y Polemio (1977) han desarrollado métodos con pocos errores y fueron descritos secuencialmente por Rhoades (1982). Sin embargo, el método más empleado en suelos salinos y calcáreos es el de NaOAc 1N pH 8.2 por su menor efecto en la solubilización de carbonatos de Ca y Mg (Cano et al., 1984; Chapman, 1973; Estrada et al., 1976 y Richards, 1980). Para los cationes cambiables, en suelos calcáreos se recomienda obtener Ca y Mg del extracto desplazado con KCl 1N y el K y Na desplazando con el NH4OAc 1N
pH 7 (Chapman, 1973 y Cano et al, 1982). Esta técnica tiene mayor conveniencia de uso tanto en suelos neutros y ácidos, además permite estimar
la acidez cambiable (Al + H) en el mismo extracto del KCl 1N y a la suma de cationes intercambiables así obtenidas, se le denomina la CIC – Efectiva.
El método del NaOAc 1N pH 8.2 para determinar la CIC de suelos calcáreos, desarrollado por Bower et al. (1952) consiste en tres pasos básicos: 1) saturación del intercambiador con Na; 2) remoción del exceso de solución saturante mediante tres lavados consecutivos con etanol al 95 %; y 3) reemplazamiento del Na adsorbido por tres extracciones con el NH4OAc 1N pH 7 para posteriormente
determinar la CIC en base a la cuantificación del Na desplazado. En cada uno de los pasos referidos existen fuentes de errores según explican Polemio y Rhoades (1977) y Rhoades (1982).
En los suelos ácidos con alto contenido de caolinita, óxidos, óxidos hidratados de Fe y Al y alófono con predominancia de carga variable dependiente del pH, los métodos tamponados de NH4OAc y NaOAc sobrestiman el valor de la CIC
(Rhoades, 1982) aumentando la capacidad de cambio (Sánchez, 1981). Para contrarrestar esta dificultad, se han desarrollado métodos para determinar la CIC a pH del suelo empleando métodos de la suma de cationes mediante el uso de sales neutras como extractantes. Acerca del uso de BaCl2, Hendershot y Duquette (1986),
sostienen que el Ba es favorecido por su fuerte poder de reemplazamiento sin ser preferencialmente adsorbido ni fijado, por lo que no causa el colapso de los filosilicatos expandibles como el K+o NH4. Por otro lado, según muchos estudios los cationes divalentes, tales como al Sr o Ba dan resultados similares a los procedimientos de NH4 y KCl tanto para las bases y aluminio cambiable ya que la solución de BaCl2 0.1M tiene mayor capacidad de desplazamiento de los cationes
Amacher et al. (1990), determinando los cationes intercambiables y la CIC en suelos de 9 órdenes taxonómicos con los extractantes del NH4OAc 1M pH 7, KCl
1M, BaCl2 0.1M y NH4Cl 0.1M–BaCl2 0.1M señalan: a) los cationes Ca, Mg y Na
extraídos con BaCl2 y NH4Cl–BaCl2, son equivalentes a los valores encontrados con
el NH4OAc; mientras que el K cambiable fue mayor con el acetato de amonio que
con BaCl2, razón por la cual se mezcló el NH4Cl–BaCl2, para obtener potasio
cambiable similar al NH4OAc, b) en suelos de carga dependiente del pH, con su alto
contenido de MO y presencia de óxidos, el ión divalente (Ba2+) es más eficiente en el desplazamiento de Ca2+ que un ión monovalente (NH4), c) en suelos con alto
contenido de carbonatos y yeso, el Ca cambiable extraído con NH4OAc fue más alto
que con una solución extractora no tamponada y d) el KCl, BaCl2 y NH4Cl–BaCl2
extraen cantidades comparables del Al cambiable. Aunque en algunos suelos, con el KCl se encontró menor cantidad de Al que con BaCl2y la mezcla de NH4Cl–BaCl2, e)
la suma de cationes intercambiables obtenidos con BaCl2 es equivalente al valor de
la CIC encontrada con el método de NH4OAc, al mostrar una significación estadística
de r = 0.94, y f) el uso de las sales no tamponadas, son preferidos sobre el NH4OAc
para determinar CC, especialmente el Ca en suelos con carbonatos y yeso.
Los trabajos sobre comparación de costos de los métodos de análisis de la CIC y de los CC no existen. Sin embargo, muchos autores sostienen en base a la facilidad que ofrece cada metodología en función de la rapidez, simplicidad, uso de menor concentración de solución saturante y aplicabilidad en diferentes suelos, que la CIC estimada mediante la suma de cationes cambiables obtenidos con el extractante de BaCl2 es de un solo paso en su procedimiento, es fácil, rápido y con
resultados equivalentes a los métodos tradicionales al medir la CIC a condiciones del pH del suelo. Por lo que, Gillman (1983), Matsue y Wada (1985) y Hendershot y
Duquette (1986) recomiendan su empleo para suelos meteorizados y ricos en sesquióxidos.
MATERIALES Y METODOS
1. Lugar de ejecución
La mayor parte del trabajo se realizó en el Laboratorio de Salinidad de Suelos del Programa de Investigación de Aguas y Suelos de la Estación Experimental Agrícola La Molina del INIA y sólo las determinaciones de CIC por el método NH4OAc 1N pH 7 se llevó a cabo en el Laboratorio de Análisis
de Suelos y Fertilizantes de la Facultad de Agronomía de la UNA – La Molina.
2 Descripción de los suelos
Se emplearon 30 muestras de suelos de 0 a 30 cm de profundidad, procedentes de diferentes departamentos de las tres regiones naturales del Perú, de las cuales 8 muestras son de la costa, 17 de la sierra y 5 de la selva. Las muestras varían en características físicas y químicas, con valores de pH de 3.9 a 7.8, salinidad de 0.15 a 6.88 dS/m de conductividad eléctrica en el extracto de saturación, materia orgánica de 0.78 a 5.34 %. En relación al contenido de calcáreo total, 24 muestras carecen de carbonatos y 6 de los suelos variaron de 0.40 a 6.00 % de CaCO3. En cuanto al contenido de arcilla
variaron de 10 a 68 % presentando una amplia gama de clases texturales comprendidas desde arenosos hasta suelos arcillosos
3. Descripción de los métodos usados en la determinación de la CIC
M1 - Mé todo del a cetato de amonio - NH4O Ac 1 N pH 7
Las muestras de suelos se sa tura ron por acción de masas con el NH4 mediante la adición sucesiva de la solución satu rante del NH4OA c
1N pH 7, después de elimina r e l e xce so de solu ción saturante la vando con el etanol de 95°, se despla zó el catión índice po r destila ción e n Macrokje ldalh re cibiendo el amonio en forma de NH4OH sob re el HCl
0.1N de vo lumen conocido para después titula r con NaOH 0.1N y e n base al vo lumen de titulación se calcularon los valo res de la CIC del suelo.
M2 - Mé todo de CIC-E fectiva con KCl 1N-NH4O Ac 1N pH 7
Los catione s cambiables del sue lo, se e xtra jeron con so luciones d e KCl 1 N y NH4OAc 1N pH 7 po r sepa rado. En el e xtracto de KCI 1N se
determinaron el Ca y Mg cambiab le usando el equipo de Absorción Atómica (AA ). En e l mismo e xtracto, se analiza ron la acidez cambiable (Al+H), A l e H in tercambiab le por el método de titulación (Yuan g). Mientras, el K y Na se determinaron e n el extracto del NH4OAc 1 N pH 7
usando el equipo d e AA y con las lecturas se estima ron los valo res de cationes cambiable s del sue lo.
M3 - Mé todo del a cetato de s odio - NaO Ac 1 N pH 8.2
La muestra de sue lo se sa turó con e l sod io por a cción de masas usando el NaOAc 1N pH 8.2, despué s del la vado de e xceso de catió n saturante con el alcohol, se desp la zó el catión índ ice mediante la
adición sucesiva del NH4OAc 1 N p H 7 y en base a la cantidad de
lectu ra de sodio en AA se estimaron los valo res de la CIC del suelo.
M4 - Mé todo de K-Na
Este método de saturación y despla zamiento con potasio y sod io, consistió en satu ra r la muestra de su elo con la solució n saturante de KCl 1 N, eliminación del e xceso de solución satu rante con la vado sucesivo de a lcoho l, lue go el pota sio adsorbido se desp lazó con sod io usando el Na Cl 1 N por se r de menor costo en comp aración a otra s sales y en e l e xtra cto se realizó la le ctura de K en AA para estimar la CIC.
M5 - Mé todo de K-Ca
Este método de saturación y despla zamiento con potasio y calcio, consistió en satu ra r la muestra de su elo con la solució n saturante de KCl 1 N, despué s d e elimina ción de l exceso de so lució n saturante con la vado suce sivo de alcohol, e l potasio adsorbido se de sp la zó con ca lcio empleando el Ca Cl2 1N y finalmente e n el e xtracto se re alizó la lectu ra
de K en AA para estimar la CIC de la muestra del suelo.
M6 - Mé todo de CIC-E fectiva con Ba Cl2 0.5 N
Los cationes camb iables del suelo fueron despla zados por acción de masas de Ba con la adición suce siva de BaCl2 0.5 N, en el e xtra cto
se determinaron la s bases cambiable s de Ca, Mg, K y Na usando el equipo de AA. En el mismo extra cto de BaCl2 0.5 N se determinaron e l
se determinó por suma de cationes cambiables de Ca, Mg, K, Na, A l e H e xp resados en m eq/100 g de sue lo.
4. Procedimiento de análisis seguido en la determina ción de la
CIC.
a. De la muestra de suelo seco y ta mizado con tamiz de 2 mm de abertura, se colo co 2.5 g en el pape l filtro (W atman N° 1, de 9 cm de diámetro) pre viame nte doblado y puesto sobre e l embudo.
b. Ensegu ida se e liminó las sales so lubles añadiendo po r p artes los 50 ml de agua de sion izada.
c. Terminado el dren aje del agua de la vado, se a gre gó por partes 50 mI de la solución saturante o despla zante del NH4OA c 1N pH 7, KCl
1N, NaOA c 1N pH 8.2 y el Ba Cl2 , 0.5 N.
d. El f iltrado o el e xt racto de suelos con el NH4OA c 1N pH 7, KCl 1N y
BaCl2 0.5N se con serva ron para e l a nálisis de ca tiones cambiables
para determina r e l va lor de la CIC-Efectiva.
e. Una ve z te rminado el f iltrado de la s olución saturante, se elim inó el exceso de la so lu ción satu rante, añ adiendo por pa rte s 100 mI de etanol de 95°.
f. Conclu ido el la vad o con el alcoho l, s e agre gó po r parte s 50 mI de la solución despla za nte o reemplazan te para despla za r el catión adsorbido y en los e xtractos se hicieron las lectura s del ca tió n índ ice de K y Na en el equipo de AA para determina r el va lor de la CIC. En el ca so del método del acetato de amonio, el NH4 adsorbido
g. En los e xtractos del pa so d ) se analiza ron los catione s intercambiables. El Ca, Mg, K y Na se determinaron en los filtrados del NH4OAc 1N pH 7 y el BaCl2 0.5N, mientras en el extracto de KCl
1N se analiza ron sólo el Ca y Mg.
i. El Al e H cambiab le fueron analizad os en el extracto de KCl 1N y BaCl2 0.5 N, titulan do los 10 ml del filtrado con NaOH 0 .0lN usando
como indicador la f enolftaleina al 1 %. El ga sto de l Na OH comprende la acide z camb iable (A l + H), al m ismo extra cto de la titula ción anterio r se a gre gó unas gota s de HCl 0.0 lN ha sta de saparece r la colora ción ro sada, enseguida se añadió 1 mI de NaF al 4 %, teniendo un viraje similar a l estado in icia l, ense gu ida nu evamente se tituló con e l HCl 0.0lN, con este gasto se estimó el contenido del Al y fina lmente, el contenido del H se determinó po r diferencia de l primero.
j. Los resultado s, ta nto de la CIC y de los cationes ca mbiables se exp resan en me q/l00 g de suelo, cuya un idad numéricamente es igual a Cmol(+)/K g de suelo.
5. Diseño estadístico
Con el promedio de las 3 repeticiones de los análisis de la CIC realizados por muestra, expresado en meq/100 g de suelo, se realizó el análisis de correlación lineal simple considerando como variables:
X1 = Métodos del NH4OAc 1N pH 7.0 (M1)
(X2) Y1 = CIC-efectiva obtenidas con el KCl 1N y el NH4OAc 1N pH 7 (M2)
Y3 = Método del K-Na (M4) Y4 = Método del K–Ca (M5)
Y5 = CIC-efectiva obtenida con BaCl2 0.5N (M6)
Asimismo, se determinaron los costos para cada método de análisis de la CIC por conceptos de reactivos, equipos, materiales y personal laboratorista en base a los requerimientos usados por cada técnica durante el análisis de la CIC y cationes cambiables y los valores se expresan en nuevos soles por 1,000 muestras.
RESULTADOS Y DISCUSION
1. Comparación de resulta dos de CIC obtenidos con difere ntes
técnicas res pecto al método del NH4O Ac 1N pH 7
En las 30 muestras de suelos analiza dos, los re sultados promedio s de 15.32, 12.04, 13.37, 13.53, 12.19 y 12.39 meq/100 g de sue lo d e CIC para los métodos del NH4OAc 1 N pH 7 (M1 ), CIC-Efectiva con K Cl
1N - NH4OAc 1N p H 7 (M2 ), Na OAc 1N pH 8.2 (M3), K – Na (M4 ), K –
Ca (M5)y CIC-Efectiva con BaCl2 0.5N (M6) (Cuad ro 1), demuestran
que los va lore s de la CIC de los sue lo s va rían dependien do del método usado en el aná lisis. Las cantidad es de CIC dete rminados con el método del NH4OA c 1N pH 7 son mayo res a lo s valo re s encontrados
con otra s técn ica s, Sin emba rgo , los va lore s de los métodos del NaOAc y de K-Na son co mparables a l méto do M1 a l notarse menor diferencia de resu ltados, mie ntras, que con lo s métodos M2, M5 y M6 se tienen resultados más bajos que con el méto do M1.
CUADRO 1. VARIACION PORCENTUAL DE CIC DE DIFERENTES TECNICAS RESPECTO AL METODO DEL NH4OAc 1N pH 7.
CLAVE METODO CIC
meq/100 g S. Variación (%) Sobre estimación (%) M1 NH4OAc 1N pH 7 15.32 100 00
M2 CIC - Efectiva con KCl 1N- NH4OAc 1N pH 7 12.04 79 21
M3 NaOAc 1N pH 8.2 13.37 87 13
M4 K - Na 13.53 88 12
M5 K – Ca 12.19 80 20
M6 CIC – Efectiva con BaCl2 0.5N 12.39 81 19
PR O M ED I O 1 3 . 1 4 8 6 1 4
En los suelos ácid os la diferencia de los resu ltados del método del NH4OAc tamponad o con la s otras té cnicas es mucho mayo r debido al
efecto del pH de la solución saturante sobre la gene ració n e incremento de cargas ne gativas dependientes d el pH, po r la de sp rotoniza ción de los OH sea de la parte mineral y/o complejo orgán ico como señalan muchos autores (Ba zán, 1989; E strada, 1971; Manrique, 1978 ; Rhoades, 1982 y E ffron et al., 2000 ). Y a medida que e l pH del suelo se ele va, la d iferencia entre los valo res de CIC obten idos con el método del NH4OA c y o tras técnicas, son menores, ind icand o que pa ra los
suelos neutros y alcalinos las mejores métodos son aquellos d e reacción tamponada al e xistir relació n de los pH-s de l suelo y de la solución satu rante (Van-Ra y-Peech, 1 972 y Sán che z, 19 81).
El método del NH4OAc 1N p H 7 co mparado con otra s técnicas
analíticas sob restima los resu ltados de la CIC en una p roporción de 21, 20 y 19 % frente a los va lore s de los métodos de CIC-Efectiva con KCl 1N – NH4OAc 1 N pH 7, K-Ca y CIC-Efectiva con BaCl2 0.5N, mientra s
que re specto a lo s métodos del NaOAc y K-Na, el índ ice de va ria ción es de 13 y 12 % respe ctivamente, indicando que estas dos ú ltimas técnica s se aseme jan al método del NH4OAc. Esta tendencia guarda
relación con los va lores de los coeficientes de corre lació n encontrados para todas las com paracione s (Cuadro 2).
CUADRO 2. VALORES DE COEFICIENTES DE CORRELACIÓN LINEAL DE LOS RESULTADOS DE CIC DE DIFERENTES MÉTODOS DE ANÁLISIS RESPECTO AL METODO DEL NH4OAc 1N pH 7.
COMPARACIÓN DE MÉTODOS ECUACIÓN LINEAL r NH4OAc 1N pH 7 vs CIC – Efect
*
(KCl - NH4OAc) Y = -1.85 + 0.91 X 0.92**
vs NaOAc 1N pH 8.2 Y = -0.91 + 0.93 X 0.97** vs K – Na Y = -1.95 + 1.01 X 0.96** vs K – Ca Y = -2.95 + 0.99 X 0.95** vs CIC – Efect. (BaCl20.5 N) Y = -1.46 + 0.90 X 0.91** * Ca, Mg, Al e H cambiable fueron extraídos con KCl 1N, y K y Na con NH4OAc 1N pH 7
** Significación al nivel de α = 0.01
El método del NH4OAc en suelo s ácidos sobre stima lo s va lo res de
CIC (Sánche z, 198 1), por su efecto d el pH de la so lució n saturante que incrementa las cargas ne gativas del suelo a l pro voca r la desprotonización y/o ionización de los grupo s OH de las estructu ras d e las arcillas princip almente en el tipo 1:1, de los radica les carbo xílicos (-COOH), alcohó licos (-OH), fenólico s (-OH), metoo xílicos (-CHOH) y
de los óxidos e hidró xido s de Fe y Al (Ba zán, 1989; Fassbender, 1978 y Gro ve et a l., 1982 ).
2. Comparación de la CIC obtenida con difere ntes técnicas
respecto al mé todo de CIC-E fectiva con K C l 1 N – N H4O A c 1 N p H 7
Los va lore s de la CIC-Efectiva del M2 estimados por la suma de cationes de Ca, Mg, Al e H obtenidos con KCl 1N y los cationes de K y Na cambiab le con el NH4OA c 1N pH 7, son inferio res a los resu ltado s
de los métodos de NaOAc 1N p H 8.2 , K-Na, K -Ca y CIC-Efectiva con BaCl2 0.5 N al tene r resultados de 12.04, 13.37, 13.53, 12.19 y 12.39
meq/100 g de sue lo de CIC con los métodos M2, M3, M4, M5 y M6 respectivamente (Cuadro 3).
La mayor d iferencia se aprecia con la s técnicas de NaOAc y K-Na , ya que estas técn icas sobrestiman lo s va lore s de CIC respecto a los va lore s del método M2 en 11 y 12 %, debido a que e l a cetato de sodio al tene r p H 8.2 a umenta las cargas negativa s de los suelo s de p H menores de 7 y en el método de K – Na, e l sodio por su efecto dispersivo aumenta el desp la zamien to del catión índ ice de potasio (Guerre ro y Bo rne misza, 1975 ). Po r otro lado, los re sultados de K-Ca y CIC-Efectiva con BaCl2 en po rcentaje respecto al método M2 son
similare s al tener una va riación de 1 y 3 % guardando alta re lación a l tener los coeficien tes de correla cion es de r = 0.99 para CIC-Efect. vs K-Ca y r = 0.98 p ara CIC-Efectiva vs CIC-Efectiva con BaCl2 (Cuadro
CUADRO 3. VARIACION PORCENTUAL DE CIC DE DIFERENTES TECNICAS RESPECTO AL CIC-EFECTIVA CON KCl 1N - NH4OAc 1N pH 7.
CLAVE METODO CIC
meq/100 g S. Variación (%) Sobre estimación (%)
M2 CIC - Efectiva con KCl 1N- NH4OAc 1N pH 7 12.04 100 00
M3 NaOAc 1N pH 8.2 13.37 111 11
M4 K - Na 13.53 112 12
M5 K – Ca 12.19 101 01
M6 CIC – Efectiva con BaCl20.5N 12.39 103 03
PROMEDIO 12.70 105 05
CUADRO 4. VALORES DE COEFICIENTES DE CORRELACIÓN LINEAL PARA LAS COMPARACIONES DE LOS RESULTADOS DE CIC DE DIFERENTES MÉTODOS DE ANÁLISIS FRENTE AL METODO DEL CIC-EFECTIVA CON KCl 1N - NH4OAc 1N pH 7.
COMPARACIÓN DE MÉTODOS ECUACIÓN LINEAL r
CIC – Efectiva * vs NaOAc 1N pH 8.2 Y = 2.34 + 0.92 X 0.94** vs K – Na Y = 1.03 + 1.04 X 0.97** vs K – Ca Y = -0.49 + 1.05 X 0.99** vs CIC – Efect. (BaCl2 0.5 N) Y = 0.43 + 0.99 X 0.98** * Ca, Mg, Al e H cambiable fueron extraídos con KCl 1N, y K y Na con NH4OAc 1N pH 7
** Significación al nivel de α = 0.01
Comparando lo s re sultados de CIC ob tenidos con los M2 y M6, lo s va lore s encontrado s con el Ba CI2 0.5 N son ma yo res, de bido a que con
la so lución de Ba Cl2 0.5 N e xtrae m ayo r cantidad de cationes de Ca y
Mg y meno r cantid ad de monova lentes (K y Na). El B a por su mayo r tamaño iónico despla za en menor proporción al K de los espacio s interbasa les de las arcillas, este fenómeno está exp lica do por la se rie
liotrópica (Fassbender, 1978; Men gel, 1978; W iklander, 1963 y Bohn e t al., 1993) y con las evidencias encontradas por Amacher et al. (1990).
3. Comparación de costos de los análisis de CIC por los métodos
utilizados
En el Cuad ro 5, se presentan los co stos estimados po r concepto de reactivos, equ ipos, materia les y d e mano de obra del personal laborato rista para los 6 métodos de a nálisis de la CIC comparados en este ensa yo. Se aprecia, que en p romedio, el 79 % del co sto del análisis de CIC co rre sponde al uso d e reactivos, se guid o por equ ipos con 9 %, materiale s con 7 %; y la qu e menos contribu ye en el pre cio fue la mano de obra que oscila en 5 % del va lor tota l. El costo po r métodos de análisis de CIC de mayo r a menor valo r que dan ordenados en: CIC efectiva con KCl-NH4OA c (M2 ), NaOA c (M3 ), K-Ca (M5),
NH4OAc (M1 ), K-Na (4) y CIC-Efectiva con BaCl2 (M6 ), dicha secuencia
guarda re lación co n el tipo y costo de reactivos, e quip os, número d e procedim ientos y materiale s utilizado s durante el análisis correspondiente.
Los métodos de CIC-Efectiva con Ba Cl2 0.5N, K -Na y K -Ca son los
que demandan menor costo en la de terminación de CIC en re lación a los métodos empleados trad iciona lmente del NH4OA c 1N pH 7,
CIC-Efectiva con K Cl 1 N - NH4OAc 1N p H 7 y NaOA c 1N p H 8.2. A la ve z,
las técnicas de CIC-Efectiva con BaCl2 0.5N, K-Na y K-Ca tienen menor
costo en una propo rción de 51, 39 y 2 4 % respecto al co sto del método de CIC-Efectiva co n KCl 1 N - NH4OA c 1N pH 7.
CUADRO 5. COMPARACIÓN DE COSTOS DE ANÁLISIS DE LA CIC DETERMINADOS POR VARIOS MÉTODOS (S/. por 1,000 muestras)
COSTO DE ANALISIS DE CIC POR METODO (S/./1000 muestras) CONCEPTO NH4OAc 1 N pH 7 CIC-Efect. (**) NaOAc 1N pH 8.2 K - Na K - Ca CIC-Efect. (BaCl20.5N) PROM. Variac. (%) Reactivos 2,244 3,993 4,149 2,520 3,320 1,565 2,965 79 Equipos 582 547* 137 137 137 547* 348 9 Materiales 239 382 234 234 234 234 259 7 P. laboratorista 189 211 215 215 215 164 202 5 TOTAL (S/.) 3,254 5,133 4,735 3,106 3,906 2,510 3,774 100 Variación (%) 100 158 146 95 120 77 - -- 100 92 61 76 49 - -- - 100 66 82 53 -
-* Comprende las cuatro determinaciones (Ca, Mg, K, Na) ** Con KCl 1N – NH4OAc 1N pH 7.
Cambio (enero, 2005) 1 $ USA = S/. 3.50
CONCLUSIONES
Los resultados promedios de 15.32, 12.04, 13.37, 13.53, 12.19 y 12.39 meq/100 g de suelo de CIC con los métodos del NH4OAc 1N pH 7 (M1),
CIC-Efectiva con KCl 1N - NH4OAc 1N pH 7 (M2), NaOAc 1N pH 8.2 (M3), K-Na
(M4), K-Ca (M5) y CIC-Efectiva con BaCl2 0.5N (M6), demuestran que los
valores de la CIC de los suelos varían dependiendo del método usado en el análisis.
Comparando los resultados del método M1 con los valores de los otros métodos, se encontró variaciones de 79, 87, 88, 80 y 81 % para los métodos
M2, M3, M4, M5 y M6, mostrando que el método del acetato de amonio sobrestima los valores de CIC por la influencia del pH de la solución saturante al incrementar las cargas negativas del suelo, a pesar que existen correlaciones altamente significativas al tener resultados de: r = 0.92 para M1 vs M2, r = 0.97 para M1 vs M3, r = 0.96 para M1 vs M4, r = 0.95 para M1 vs M5 y r = 0.91 para M1 vs M6.
Para la comparación de los resultados del método M2 con otros métodos se encontró variaciones de 111, 112, 101 y 103 % de incremento de CIC para los métodos de M3, M4, M5 y M6, demostrando que los métodos de K-Ca y CIC-Efectiva con BaCl2 0.5N son similares al método M2 al existir mínima diferencia y coeficientes de correlación altamente significativas de r = 0.99 para M2 vs M5 y r = 0.98 para M2 vs M6 y a la vez, tienen menor costo de análisis en 24 y 50 % respecto al método M2.
BIBLIOGRAFIA
Ahumada I. A.; E. B. Schalscha; P. F. Pratt, and S. V. Mattigod. 1984. Extraction by Barium Salts of Heavy Metals from Two Chilean Soil. Soil Sci. Soc. Am. J. 48(6): 1240 – 1243.
Amacher M. C.; R. E. Henderson; M. D. Breithaupt; C. L. Seale; and J. M. Labauve. 1990. Unbuffered and Buffered Sal Methods for Exchangeable Cations and Effective Cation-Exchange Capacity. Soil Sci. Soc. Am. J. 54(4): 1036 -1042. Bazán Tapia R. 1989. Mineralogía. Copia Mimeografiada. Dpto. de Suelos y
Bear F. E. 1963. Química del Suelo. Eds. Interciencia.
Bohn, H. L., B. L. McNeal y G. O´Connor. 1993. Química del suelo. Ed. Limusa. 175. Bower, C. A.; R. F. Reitemeier; and M. Fireman. 1952. Exangeable Cation Analysis
of Saline an Alkali Soils. Soil Science. 73(4): 9-17.
Cano O.M.; C. Torres; M. Vargas de Calderon; H. Moreno; A. Cruzado, J. Huamaní, e I. Castilla. 1984. Análisis de Suelos, Tejido Vegetal, Aguas y Fertilizantes. Manual Téc. No. 3. Dpto. de Suelos – EEA-La Molina-INIPA. Lima-Perú. 47-53. Chapman H. y P. Pratt. 1973. Métodos de Análisis para Suelos, Plantas y Aguas. Ed.
Trillas – México. 27.
Dorronsoro, Carlos. 2000 (activo Enero 2002). Propiedades Fisiquímicas. Dpto. Edafología y Química Agrícola Univ. De Granada – España. http://edafología.ugr.es/index.html.
Drake E. H. and H. L. Motto. 1982. An Analysis of the Effect of Clay and Organic Matter Content on the Cation Exchange Capacity of New Jersey Soils. Soil Science. 133 (5): 281-288.
Effron, D.; M. P. Jimenez y A. M. de la Horra. 2000. Capacidad de Intercambio Catiónico al pH del Suelo, para Suelos Acidos: Método de Determinación. Agrochimica. XLIV (1-2): 61-67.
Estrada A. J. 1971. La Capacidad de Intercambio Catiónico en Suelos Tropicales Acidos y Factores que la Afectan. Dpto. de Suelos y Geología UNA-LM - Perú. Estrada A. J. 1989. Química de Suelos. Mimeografiado. Dpto. de Suelos y Geología.
UNA-La Molina. 144.
Fassbender W. H. 1978. Química de Suelos con Énfasis en Suelos de América Latina. IICA – San José – Costa Rica. 119-167.
Fuentes F. R. 1971. Comportamiento de la Capacidad de Intercambio Catiónico en Algunos Suelos Ácidos de Origen Volcánico. Tesis de Grado de Magíster Scientiae. IICA-OEA Turrialba-Costa Rica.
Gillman G. W. 1983. A Comparison of Methods Used for Determination of Cation Exchange Capacity Measurements. Commun. Soil Sci. Plant Anal. 13: 851-856. Guerrero J. I., y E. Bornemisza. 1975. Capacidad de Intercambio Catiónico en
Suelos de Cenizas Volcánicas Recientes. Turrialba. 25(4): 385-391.
Grove J. H; C. S. Fowler, and M. E. Sumner. 1982. Determination of the Charge Character of Selected Acid Soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 46: 32-38.
Hendershot W. H.; and M. Duquette. 1986. A simple Barium Cloride Method for Determing Cation Exchange Capacity and Exchangeable Cations. Soil Sci. Soc. Am. J. 50(3): 605-608.
Jaramillo D. 2002. (Activo, Set. 2005). El Intercambio Iónico. En Introducción a la Ciencia del Suelo. Fac. Ciencias – Medellín de la Universidad Nacional de Colombia. http://www.unalmed.edu.co/~esgeocien/Documentos.htm
Manrique L., y J. A. Estrada. 1978. La Capacidad de Intercambio Catiónico en Algunos Suelos de la Sierra Sur del Perú. Anales Científicos UNA-LM. XVI (1-4): 121-127.
Matsue N. and K. Wada. 1985. A. New Equilibration Method for-Exchange Capacity Measurement. Soil Sci. Soc. Am. J. 49(3): 574-578.
Mengel K., and E. A. Kirby. 1978. Principles of Plant Nutrition. International Potash Institute. Switzerland – England. 25-40.
Otero L.; F. Ortega y M. Morales. 1998. (Activo, Julio 2003). Participación de la Arcilla y la Materia Orgánica en la Capacidad de Intercambio Catiónico de
Vertisoles de la Provincia Granma. Habana-Cuba. http://www.chapingo.mx/terra/contenido/16/3/art189-194.pdf.
Papanicolaou E. P. 1976. Determination of Cation Exchange Capacity of Calcareous Soils and Their Percent Base Saturation. Soil Science. 121(2): 65-71.
Polemio M. and J. D. Rhoades. 1977. Determing Cation Exchange Capacity: A New Procedure for Calcareous and Gypsiferous Soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 42(3): 524. Quevedo I. F. 1981-1985. Contribución de la Arcilla y de la Materia Orgánica a la
Capacidad de Intercambio Catiónico de Suelos de la Región de la Sierra del Perú. Anales Científicos. UNA-LM. XXIV: 261-278.
Ramirez G. E. 1971. Capacidad de Cambio y Elementos Cambiables en Suelos de Clima: De Puna, Semiárido y Tropical Húmedo y Elementos Cambiables en Plantas Forrajeras Nativas e Introducidas en Clima de Puna y Semiárida del Departamento de Ayacucho. UNSCH de Huamanga – Perú.
Rhoades J. D. 1982. Cation Exchange Capacity. En A.L. Page et al. (ed.). Methods of Soil Analysis. Part 2. 2nded. Agr. ASA. and SSSA. Madison, WI-USA. 149-157. Sánchez P. A. 1981. Suelos del Trópico – Características y Manejo. IICA – San José
– Costa Rica. 153-156.
Van Raij B. and M. Peech. 1972. Electrochemical Properties of Some Oxisols and Alfisols of the Tropics. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 36(4): 587-593.
Wiklander L. 1963. Fenómenos de Cambio de Cationes y Anions. En Bear F. E., Química del Suelo. Eds. Interciencia. 128-177.
Xu S.; and J. B. Harsh. 1990. Monovalent Cation Selectivity Quantitativel y Modeled According to Hard/Soft Acid/Base Theory. Soil. Sci. Soc. Am. J. 54(2): 357-363.
