DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO Y DE LAS BASES DE CAMBIO
Daza Catherine; Fernández Ingrid
INTRODUCCION
La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es la capacidad que tiene un suelo para retener y liberar iones positivos.
La materia orgánica y las arcillas tienen la capacidad de absorber e intercambiar con la solución acuosa los nutrientes y minerales presentes que se encuentran en forma iónica. [1]
Esta capacidad de intercambio catiónico es consecuencia de la carga eléctrica existente en muchas de las partículas del suelo (Fig1), como es el caso de las arcillas y el humus, las cuales presentan cargas negativas en su superficie, que atraen a los iones de cargas positivas presentes en la solución del suelo. Muchos de los cationes son atraídos hacia la superficie del humus y la arcilla por atracciones electrostáticas débiles, por lo que pueden pasar fácilmente a la solución acuosa una vez la planta los necesite, por esta razón se les denomina cationes intercambiables, mientras que las arcillas y el humus presentes en el suelo se les denomina complejo de cambio [2].
El complejo de cambio tiene una importante función pues este evita que muchos de los nutrientes sean perdidos por lixiviación, por lo que se le considera como reserva de
Fig. 1. Atracción de la materia orgánica y la arcilla hacia algunos iones positivos
Nutrientes, pues evita que muchos de estos nutrientes sean llevados a capas más profundas y la planta pierda la disponibilidad de estos para sus debidos procesos metabólicos [3].
El valor de la CIC representa una medida de la carga negativa del suelo, que depende a su vez del contenido de humus y el tipo de arcilla presente.
Los cationes que frecuentemente ocupan las posiciones de cambio en los suelos son: Ca2+,
Mg2+, K+, Na+ (bases de cambio) y H+, Al+3,
Fe2+, NH
4+, Mn2+, Cu2+ y Zn2+.
En ésta práctica se determinó la capacidad de intercambio catiónico y las bases de cambio (Mg2+, Ca2+, K+, Na+) por el método de
extracción con acetato de amonio y por espectrometría de absorción atómica de llama.
OBJETIVOS:
• Determinar el contenido de bases de cambio (Ca2+; Mg2+, Na+, K+), en una
muestra de suelo.
• Analizar el contenido de bases de cambio, respecto al tipo de cultivo, topografía y clima.
CALCULOS Y RESULTADOS
• Calculo de la CIC:
C.I.C.=Vm-Vb*N*(100+Pw)g de muestra
Vb es el volumen de hidróxido de sodio gastado en
la titulación del blanco (1.35 mL).
Vm es el volumen de hidróxido de sodio gastado
en la titulación de la muestra (8.1 mL).
N es la normalidad del hidróxido de sodio
previamente estandarizado (0.196N).
Pw es el porcentaje de humedad (14%).
C.I.C.=8.1-1.35mL*0.196N*(100+14)5.0001g C.I.C.=30.163
Tabla 1. Absorbancia de cada base de cambio en el extracto de acetato de amonio
Base Absorbancia
Ca 0.200
Mg 0.358
Na 0.180
K 0.871
• Ecuación de la curva de calibración del calcio:
y=0.3815x+0.077
x=0.200-0.0770.3815=0.32 ppm Ca V1C1=V2C2
Teniendo en cuenta que 5 mL del extracto se diluyeron a 50mL:
0.32ppm*50mL=C2*5mL C2=3.2 ppm
Teniendo en cuenta que para la muestra de calcio se diluyeron 5 mL en 50mL
V1C1=V2C2
3.2ppm*50mL=C2*5mL C2=32 ppm=32mg Ca/ml
Cameq100g=32mg Caml*100ml5 gsuelo*1mg Ca1000mg Ca*1 meq Ca20 mg Ca*100+14=3.648
• Ecuación de la curva de calibración del potasio:
y=0.3808x+0.0057
x=0.871-0.00570.3808=2.30 ppm K V1C1=V2C2
Teniendo en cuenta que para la muestra de calcio se diluyeron 5 mL en 50mL V1C1=V2C2 2.30ppm*50mL=C2*5mL C2=10.46 ppm=10.46mg K/ml Kmeq100g=10.46mg Kml*100ml5.0001 gsuelo*1mg K1000mg K*1 meq K39.09 mg K*100+14=0.60
• Ecuación de la curva de calibración del Sodio: y=0.5338x-0.0369 x=0.108+0.03690.5338=0.27 ppm K=0.27 meq/ml Nameq100g=0.27mg Naml*100ml5.0001 gsuelo*1mg
Na1000mg K*1 meq K23 mg K*100+14=0.026
• Ecuación de la curva de calibración del Magnesio: y=0.9048x+0.0021 x=0358-0.00210.9048=0.39 ppmMg=0.27 Mg meq/ml Mgmeq100g=0.39mg Mgml*100ml5.0001 gsuelo*1mg Mg1000mg Mg*1 meq Mg12.156 mg Mg *100+14=0.073
Debido a que la cantidad de magnesio en el suelo es muy baja teniendo en cuenta que su rango óptimo se encuentra entre (1- 1.5 meq/g suelo), la recomendación que se hace es la siguiente:
La cantidad que necesita el suelo para alcanzar a llegar a 1 meq /g suelo es:
1meq- 0.073 meq= 0.927 meq
El suelo requiere de 0.927 meq para alcanzar la cantidad mínima de magnesio en el suelo, por esta razón la sugerencia que se hace es la de adicionar carbonato de magnesio, la cantidad estimada por hectárea es:
0.927meq100g*12.156mg Mg1meq*1Kg Mg1*106mg
Mg*1.92*109g sueloHec*84.3 Kg Mg CO324.312 Kg Mg =750.20 Kg Mg CO3Hec
Tabla 2. relación de los valores encontrados respecto a los óptimos
Bases valor optimo (meq/100g suelo) valores encontrados (meq/100g suelo) Ca 3-6 3.6 Mg 1-1.5 0.073 Na <0.1 0.026 K 0.2-0.25 0.60 ANALISIS
Características del terreno del que se tomó la muestra de suelo Cultivo yuca Topografía Región media de la montaña – terreno inclinado
Ubicación de la muestra de suelo
Finca Canaán Vereda Clarete Departamento Cauca Ciudad Popayán Clima Medio Altura 1800 msnm Ubicación topográfica
de la muestra Región media
Propiedades Físicas y químicas de la muestra de suelo
Textura Franco - Arenoso
%MO 14.110
pH Acido – 5.6
Se determinó la capacidad de intercambio catiónico por el método de extracción de acetato de amonio, el cual consiste en la saturación de la superficie de intercambio con un catión índice, el ion amonio; lavado del exceso de saturante con etanol; desplazamiento del catión índice con sodio y determinación indirecta del amonio mediante titulación con hidróxido de sodio después de adicionar formaldehido al extracto, las reacciones generadas durante este proceso son las siguientes:
Durante este proceso El amonio se emplea como catión índice debido a su fácil determinación, poca presencia en los suelos y porque no precipita al entrar en contacto con el suelo. La concentración que normalmente se usa de acetato de amonio, asegura una completa saturación de la superficie de intercambio, y como está amortiguada a pH 7.0, se logra mantener un cierto valor de pH. El lavado con alcohol pretende desplazar el exceso de saturante y minimizar la pérdida del amonio adsorbido.
Las bases de cambio (Na, Ca, Mg, K) se determinaron por espectrometría de absorción atómica de llama, por el método de curva de calibración, en la solución de acetatos, empleando soluciones patrón de cada elemento.
Respecto a los valores encontrados , puede observarse fácilmente en la tabla 2 que el valor más bajo se sitúa principalmente para el magnesio , lo cual se debe en gran parte a que este es implementado por la planta para procesos tales como regulación enzimática, formando parte constitutiva de la enzima o actuando como coenzima, o en procesos de óxido-reducción.
Los niveles de calcio y sodio se encuentran en su rango óptimo, lo cual proporciona en nuestro caso unas condiciones favorables para el buen desarrollo de las raíces y el crecimiento del cultivo.
Respecto al alto nivel de potasio podemos considerar que se debe principalmente al alto contenido de materia orgánica y la textura franco arcillosa del suelo por lo que la retención de este catión se ve favorecida en cuanto a su tamaño en las superficies de la arcilla o en las cadenas de materia orgánica. Aunque la cantidad de potasio es alta, la presencia de este en estas proporciones no representa un inconveniente toxico o dañino para la planta, por el contrario un incremento en la concentración de potasio hace que las plantas requieran menos agua para producir un rendimiento dado, en otras palabras, se puede obtener más rendimiento con solamente un pequeño incremento en el suplemento de agua.
La procedencia de muchos de estos nutrientes, como es el caso del potasio, se deben en parte a que mucha de la materia es proveniente del mismo cultivo de yuca, en donde gracias a los procesos de mineralización, se ha fijado al suelo, para incorporarse nuevamente a la planta o ser retenida por las porciones de arcillosas o materia orgánica.
La retención de muchos de estos cationes se ve favorecida por el pH del suelo (5.6) y la gran cantidad de materia orgánica pues a pHs de 5.6 se garantiza que algunas de las cadenas
de materia orgánica se encuentren con carga negativa, lo que les permite retener muchos de los nutrientes que necesita la planta.
Aunque el pH juega un papel importante en este caso, es necesario el aclarar que este solo afecta a la materia orgánica, pues la fracción arcillosa no se ve influenciada en cuanto a la a la presencia de cargas negativas en su estructura como sucede con la materia orgánica.
Respecto a la capacidad de intercambio catiónico puede afirmarse que el alto valor de esta se debe en parte a su contenido arcilloso y a su gran cantidad de materia orgánica.
Aunque la topografía del suelo es inclinada, podría pensarse en que los procesos de lixiviación contribuyeran de alguna forma a la perdida de nutrientes, pero según los resultados obtenidos, puede establecerse con total seguridad que este proceso se encuentra impedido por la textura del suelo y el contenido de materia orgánica.
PREGUNTAS
1. Indique la diferencia existente entre la capacidad de intercambio catiónico y la capacidad de intercambio catiónico efectiva.
La diferencia entre la capacidad de intercambio catiónico efectiva y la CIC radica en que la primera se determina al pH del suelo con una solución no tamponada, mientras que la segunda se determina a un pH dado, generalmente 7.0. El valor de la primera corresponde a la suma de los mili equivalentes de Al, H, Na, K, Ca y Mg, mientras que el valor de la segunda comprende los cationes intercambiables, incluidas las bases de cambio (Na, K, Ca y Mg). Por tal razón, la CIC será mayor a la CIC efectiva.
2. ¿Qué influencia tiene el pH sobre la capacidad de intercambio catiónico?
El valor de la capacidad de intercambio catiónico de un suelo no sólo depende de las cantidades de arcilla y humus, sino también del pH y tipo de arcilla. La dependencia de la CIC con el pH se explica porque a medida que aumenta el pH del suelo se generan nuevas cargas eléctricas negativas en el complejo de cambio. Por tal razón, la CIC suele desdoblarse en sus dos componentes: permanente y variable o dependiente del pH, siendo esta última muy superior en el humus que en las arcillas. La carga eléctrica negativa de las arcillas es permanente, es decir, constante e independiente del pH del suelo. Pero algunos compuestos minerales y, sobre todo, los ácidos orgánicos pierden iones H+ al
elevar el pH, dando lugar a un aumento de la carga eléctrica negativa a medida que crece el pH, es decir, se produce una carga variable o dependiente del pH. Como consecuencia, la CIC de un suelo no es un valor único, sino que depende de la concentración de iones H+,
aumentando con el pH y, por tanto, con la dosis de cal aplicada para corregir la acidez. En suelos minerales con bajo contenido en materia orgánica la CIC apenas variará con el pH, mientras que en suelos orgánicos de turbera, la variación será máxima.
3. ¿Qué efectos pueden presentarse por exposición al etanol?
Por exposición prolongada al etanol se pueden presentar irritaciones en mucosas leves y riesgo de absorción cutánea (inhalación de vapores), irritaciones leves en los ojos (contacto ocular), náuseas y vómitos (ingestión), embriaguez, vértigo, narcosis y parálisis respiratoria (efectos sistémicos)
4. ¿Qué debe hacerse cuando el hidróxido de sodio entra en contacto con la piel?
Se debe retirar la ropa y calzado contaminados. Lavar la zona afectada con abundante agua y jabón, mínimo durante 15 minutos. Si la irritación persiste, se repite el lavado y se busca atención médica.
CONCLUSIÓN
El contenido de calcio, magnesio, sodio y potasio (bases de cambio) en el suelo analizado, expresado en meq/100g, es 3.6, 0.073, 0.026 y 0.60, los cuales se consideran, de acuerdo con el estimativo conceptual de las bases de cambio para un suelo, como valores bajo para el segundo, alto para el ultimo y óptimos debido a que se sitúan en el rango para el primero y el tercero. Por tal razón, es recomendable agregar Carbonato de magnesio en el caso del magnesio , pues de esta forma se suple la deficiencia de este mineral , respecto al incremento en el
contenido de potasio se debe en parte a la gran cantidad de materia orgánica y a la textura del suelo , lo que ocasionan una gran retención de este .
BIBLIOGRAFÍA
[1] Amézquita, E., et.al. Fundamentos para la interpretación de análisis de suelos, plantas y aguas para riego. Tercera edición. Bogotá, 2000. Pág. 178.
[2] INE. Manual de técnicas de análisis de suelos aplicadas a la remediación de suelos contaminados. 2006. Editor: Instituto Nacional de Ecología. Pág. 70-71.
[3] Wild, A.; Russell, A.J.. Condiciones del suelo y desarrollo de las plantas según Russell. Madrid, 1992. Editorial: Mundi-Prensa Libros. Pág. 275-274.
