Propiedades químicas del suelo

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(1)I CAPITULOII PROPIEDADES DELSUELO QUIMICAS José Orlando Blanco Sandoval 1. EL pH O REACCIONDEL SUELO Es una indicacióndel grado de ac¡dez o alcalinidadde un suelo se mide en unidadesde pH. ElpH seexpresamatemáticamente comoel logaritmonegativode la concentración (H. de iones h¡drógeno en la solución del sueloo el reciprocode la concentración ) Qde ¡oneshidrógeno. pH = -Log fH.J = LoS. t. t H- 1. La escalaenterade pH variade 0 a 14, perobajocondicionesde campoel pH var¡a entre3 y 10. En el rangode 7 a 0, los suelosson incrementantemente más ácidos y vaforesde 7 a 14 coresponden a suelos cada vez más alcal¡noso básicos. A pH 7.0 la concentraciónde iones H. y OH- son ¡guales. En la med¡daen que Ia concentraciónde ionesl-t+es mayorel sueloes más ácído y el valordel pH es menor.En las soluc¡onesalcal¡naso básicasla concentrac¡óndel OH' es mayorque la del H 1 vez que el pH se incrementao disminuyeen una unidad,la concentración ,_ Cada*disminuye lJel iónH o se ¡ncrementa1Oveces.Asi un sueloconun pH de 5,0 contiene 100 veces más H *que otro suelo con un pH de 7.0. Engeneral,la granmayoríade las plantascreceny se desarrollan mejorenel rango de pH comprendidoentre5.5 y 6.5 . Las p¡incipalescaracterísticasde los suelos ác,dos son:. a)Suelos fuertemente lixiviados. b)Bajosen cationeso basesintercambiables (Ca,Mg,K) c)Preclominancia de arcillascaolin¡ticas y sexquioxidos de Fe y Al *. d)Bajaactividadmicrobial. Ing. Agrónomo, Ph. D Director C-I- El Zulia CORPOICAA.A. Na t 14t Cúorte.

(2) e)Concentracionestóxic€sde alum¡nio(Al) y manganeso(Mn).. ü. f)Alta fUac¡ónde fósforo. En contrasteen los suelosalcalinos(pH entre 7 5 y I 5): el calcio(Ca)y el magnesio(Mg)sobreel potasio(K)y el sod¡o(Na) a)Predominan b)Las sales solublesy/o los carbonatospuedenacumularse clavesobreotras debidoa que proveeinformación El pH del suelo es importante e influencia de los minerales lasolubilidad prop¡edades delsuelo,afectagrandemente el desarrollo de las plantas por el efecto que causa sobre la actrvidadde los'| benéficosdel suelo microorganismos que ¡nteryienen en el procesode fijaciónde nitfÓgeno La mayoriade las bacter¡as pof las leguminosasdisminuyensu actividaden suelosfuertementeácidos. Asi de la materiaorgánicadel suelo mismo.las bacteriasque activanla descomposic¡ón comoel fósforoy el azufre,que luegoson ut¡lizados libefandoN y otrosnutrimentos en suelosácidos afectadas por las plantas,son también en suelos parentales básicospuedenconvertlrse suelosformadosde materiales o la lixiviaclÓn de precipitaciones, consecuencia como ác¡dosen zonas con altas p e r f i l d e l a t r a v é s d e l e sa ' ' ' l v l g I- K ' y N a * ) l a v a d od e l a s b a s e s¡ n t e r c a m b ¡ a b(l C por el ión H*formadoaldisolverse sueloyel reemplazode los sittosde intercamb¡o la solución + uiá"iio carbónico(H , CO3 ) en pfesentanaltos en regionesde baja lluviosidad, localizados suelos no l¡xiviados, presencia de sodlo 5 La pH a 8 cercanos contenidosde calcio y valoresde con suelos 10 En pH a valorestan altoscomo puedeincrementarel intercambiable lasplantasse reduceconsiderablemente fadicularde pH alrededorde1o eldesarrollo de sales de y muefen. Algunashalofitasson capaces tolefaraltasconcentraciones y valores altos de PH.. (Fe, de los micronutrimentos En suelosalcalinoso básicosse reducela solub¡lidad Zn,CuyMn),exceptoelClyelMo.ladisponrb¡lidaddelfósforo.paralasplan port' también se reducedebido a que puede ser Plecipitadoen la solucióndel suelo el Ca o el CaCO3sólido(1,2,3,6). 18.

(3) I. z. crpecrDADDETNTERcAMBTo cATroNrco(c.r.c.) La C.l.C. es un procesoreversiblepor elcualun catióno aniónretenidoen la fase por otro catióno anión de la fase líouida. sólidaes ¡ntercambiado. {. Los cationesson iones cargados pos¡tivamente,Ej: Ca+', Mg** , K ,* Na: Lo_saniones son io¡es cargados negativamente. Ej: NO; SO4= lI; 1,^ CO; , HCO3 Ct pO;3 , MoO o=y BO " Loscolloidesdel suelotienenen sus superficiescargasnegativasque se originan de dos fuenles: sustituciónisomórficay cargasdependientesdel pH. Los cationes sonadsorbidoso reten¡dos en lassuperf¡c¡es cofloidalesnegativasdelsuelomediante simpleatracciónelectrostática.Los cationesasí adsorbidosresistenla remocióno l¡xrviac¡ón causadapor el agua,peropuedenser reemplazados o intercambiados por otroscat¡onespresenlesen la solucióndel suelopor efectode la acciónde masa,es dec¡r,la competenciapor los sitioscargadosnegativamente deb¡doa la presenciade un grannúmerode iones.. Cuandoel intercambioocurreentredos ionespositivosse denom¡naIntercamb¡o catiónico,cuandose real¡zaentredosan¡onesse conocecomo¡ntercamb¡o aniónico. El primeroes el más importantepuestoque la capacidadde retenc¡ónaniónica y molecular de los suelosagricolases muy pequeñay ocurresolamenteen algunos trposde suelos. Las fraccionesdel suelo donde ocurre ¡ntercambioión¡coson los componentes orgánicoy mineralcond¡ámetroefectivode partículamenorde 0.02 mm ó 2Omicras .. (um),que incluyeuna porciónde limoy toda la f racciónde arcilla(<2 micras),asícomo t tamb¡énla materiaorgánicacotlo¡dal Los cationesmás comunesy numerosossobre los sitiosde intercambioson el Ca*',,Mg+*,K*, Na+yAl N1 Lasproporciones de estoscationessobrelas superficies colloidalescambianconstantemente como consecuenciade la ad¡crónde iones,a travésde la disoluciónde los m¡nerales del sueloo por adic¡ónde enmiendasv fert¡l¡zantes químicos La absorciónde cationespor las plantasy los procesosdá l¡x¡viac¡ón reducensu concentración y, portanto,alteransusproporc¡ones en el suelo. La C.I C de la fracciónorgánicase originade la disociacióndel H +delos grupos funcionales,part¡cularmente los carbóxilos(-COOH),fenólicos(q6 H5 OH), alcohólicos (-OH)y metooxidosGOCH ) que se encuentranen la per¡feriade las moléculas de los ácidoshúmicos.Cuandoel pH es inferiora 7 se formauna carga negativaen el grupofuncional,como se muestraen la siguienteecuación: -COOH €COO'+. H*. (1,2,3,6,) 19.

(4) ) se estimaque entreet 85 y el 90% de la carganegativadel humusse debe a estos 4 grupos funcionalei. Otros grupos como el enol (COH =CH) y la ¡mida (=NH) tamb¡éncontribuyena la carga negativade la materiaorgánice Las cargasnegativasen la fraccióninorgánica(arcilla)se originade dos fuentes: a)Suslituciónisomórficaen los silicatosmineraleslam¡nares de los grupos b)Cargasdepend¡entesdel pH, causadas por la deprotonización hidroxilos(-oH)adher¡dosa|osátomosdesí|iceydeIosgfuposA|oHexp en los silicatoslam¡nares La carga resultantede la sustituciónisomórficase ortginacuandoun átomode porotroátomode similarradioiónico (S¡'¡) o aluminio(Al'3) es reemplazado srl¡cio al Al *3 o el y geometría,perode más bajacarga EJ: cuando el Mg+2reemplaza generauna carganegattvanetaque All3reemplazaal Si *1 Estetipode Sustitución es uniformementedistribuidasobre la superfictede la arcilla' de los La sustituciónisomórficaocurre principalmentedufante la cristal¡zación por los futuros poco afectada es muy y resultante m¡neralesaluminosal¡catosla carga camb¡osdel medío ambiente.La cargaprovenientede la sustituc¡ón¡somórficaes responsablepor la carga permanentede los suelos. r. La sustituciónisomórficaes la principalfuentede cafga negativaen los tipos de muscov¡tas, ¡||itas,Vermicu|itas, montmor|||onitas, arc|||a2.1 y 2:1.1 (esmectitas, del tipo 1:1 las arc¡llas en poca importancia biotitas y cioritas),pero es de muy y halloisita). (caol¡n¡tia en los minefalesde arcillatipo La cargadependientedel pH ocufrepfincipalmente y halloisita),en los cuales,al incrementarseel pH se forman cargas t:1 (caolii-rita neg;tivas en lós bordesde las particulasde las arcillas,med¡antela deprotonización * o iisociación del H de los grupos OH, tal como se muestra en las siguientes reacc¡ones: -S'OH + OH ( ---) S¡O + H,O. -A|OH+ OH<---+'. ¡¡a + HrO. 20.

(5) t Valoresaltos de pH favorecenla formaciónde esta carga negativaen los suelos caoliniticosy alofánicos.En estos suelostambiénse puedeformarcargaposit¡vaa bajo pH. Solamente alrededordel 5 al 1oo/o de la carga negativaque se desarrolla sobrelas arc¡llasdel tipo2:1 es depend¡entedel pH, mienlras que el 50% o más de la cargaque se originasobre las arcillasdel tipo 1:1 puede ser dependientedel pH. La carga negativa que se'produce en los colloidesorgánicosy m¡neraleses neutralizadapor cationesque se adsorbena su superficie.La cantidadde cationes, expresadaen meq/100gramos de suelo se denom¡naCapacidadde Intercamb¡o Catiónico(C.l.C.)y está estrechamenterelacionadacon el estadode fefilidad del suelo. I. En general,los cat¡onesd¡ y trivalentesson adsorb¡dosmás fuertementeque los monovalentes,sigurendola sigu¡enteserieliotrópica: H ' = A l ' 3 , C a ' 2= M g ' ". K' = NHj t rua'. La C I C de un suelodependede la naturalezay cantidaddel colloidem¡neraly orgánicopresente. Generalmente,sueloscon altos contenidosde arcilla(Ar) y mater¡aorgánica(M O ) tendránmayorcapacidadde intercambiode cationesque suelos arenosos,ba.iosen lvl.O.. t. Así mismosuelos dondepredominen arc¡llas del t¡po2.1 y 2:1:1tendránmás alta C I C que sueloscon predominancra de arc¡llas tipo 1:1. Es así comolos colloides y hallo¡s¡ta) minerales delt¡po1:1 (caol¡nitas presentan valofesde C.l.C entre1 y 15 meq/100gr, los minerales del tipo2:1 (montmor¡llon¡ta y verm¡cul¡ta) entre80 y 150 meq/100gr,las arcillasdeltipo2:1.1(clor¡tas) y las micasdelgrupo2:1entre20 y 40 meq/100y los collordes orgánicosentre100 y 300 meq/100gr. (1,2,3,6). En la Tabla 1 se relac¡onanlos valoresde la C l.C. parala mayor¡ade las arc¡llas y la materia orgánica.. *. 21.

(6) Tabla 1. Capacidad de lntercambio Cdiénico de algunos minerales* arcillosos, oxidos amorfos y materiaorgán¡ca. MINERAL. TIPODE ARCILLA. GR) c.r c (rvEQ/100. Caolin¡ta. 1:1. 3-15. Halloisita. 1:1. 5-10. Montmorillon¡ta. 21. 80-120 10 0 , 1s 0. Verm¡culrta Glauconita. 11. 5-40. lll¡ta. 21. 20-50. Clorita. 21.'l. 1 04 0. Alofana. Amorfo. .100. Opalo (cuarzo). Amorfo. 11-34. Ox¡dode Fe. Amorfo. 10-25 100-350. ena orgánrca. ANloNlco (c.l.A.) 3. CAPACIDADDE INTERCAMBIO. AIgunoscoIlo¡desdeIsueIospuedenformarcargaseXternaspoStt|Vasqueo pof ácidasy generalmente aniónrco Baio condiciones oro""ro. de intefcamb¡o y de los orgán¡ca la materia los gruposfuncionalesde debajode su punto ¡soléctrico, positivas. oxidóse hidroxidosde Fe y Al acumulanprotonesoriginandocargas E j : ( A l , F e ) O H+ H * € ( A t , F e ) O H j. R-NHr+H'+. R-NH; {. son neutralizadaspor aniones presentesen la Estas cargas electroposÉivas que puede aniónico.otra posibilidad solucióndel suelo,dandoorigenal intercambio ')).

(7) o,u, ü-'. ", ;;^. ; ;;; " "tÍJl,. nun. originarrntercambio aniónrcoes cuandolosgruposhidroxilos(OH)sonreemplazados porinonesdelmismotamañocomoelfluor(F-) yelcloro(Cl-) La adsorciónaniónica aumentaal incrementarsela acidezdel sr¡elo. Se ha encontradola siguientesecuenc¡ade adsorcrónanión¡ca. NO; = Cl- .SO¿=.MOO¿=.HPOq=.H¿ POq Lo cual signifrcaque los ionesfosfatopuedenser retenidosfirmementesobrelos srtrosde intercambio anrónico. 4. SATURACION DE BASES. I. más importantes de los sueloses el gradode saluración Unade las propiedades refle;ala extensión de bases,el cual generalmente de la lix¡v¡ac¡ón e intemperización de basesse definecomoel porcentaje del suelo La saturación totalde la C.l C. que e s o c u p a d ap o r l o s c a t i o n ebs á s i c o se,s d e c i r e, l C a ' . , M g + i K . y N a + que el anál¡sis Pararlustrar comose cálcula,supongamos de un sueloreportólos srgurentes datos: Calcio(Ca) Magnesio(l\/lg) Potasio(K) Sodio (Na). t. TOTAL. 4.5 meq/100gr de suelo 2 5 meq/'l00gr de suelo 0 5 meq/'100gr de suelo 0 2 meq/100gr de suelo 7.7 neqll0O gr de suelo. C I C. = 10 5 meq/100gr de suelo. 7osaturación de bases S X 100 _. 7 .7 x 1OO- ,^ 1oy^ 105. c'l'c'. S= suma total de las basesde cambio. cat¡ón¡careal del suelo. C.l C = caoacidadde intercamb¡o. ¡'. La saturaciónde basesde un sueloestá estrechamenterelac¡onadacon el oH y el nivelde fert¡lidaddel suelo Paraun suelode cualquiercomposiciónorgánrcao mineral,el pH y la fert¡lidadaumentancomo el grado de saturaciónde bases se ( 1,2,3,6). rncrementa. 23.

(8) *. 5. CAPACIDADBUFFER Es la habilidadde los suelos para resist¡rcambios drásticosen el pH cuando grandescantidadesde un materiafácidoo alcalinoson añad¡das.Tal es el casocuanáo un fertilizantedeja res¡duo ác¡doo básico La capacidadbufferes mayorcomo la c.l.c. se incrementa. El suelo hace uso de su capacidadbuffer removiendolos (oH- ) de las bases los hidfox¡los ¡onesH de los ácidosañadidoso neutralizando y neutralizac¡ón catiónico de Intercambio añadidas.Esto ocurre por reacciones Ej: colloide- H + NH¿OH <----->. colloide- NHo + H6¡. -colloide-2H+CaCO¡. colloide- Ca + H: CO¡ COu+ HO. u. ni el carbonatode c¿lclo anomiacal, ni el fertil¡zante En los dos casosanteriores, alteransignificativamenteel pH del sueloporquela base (NH'OH) y la cal son y se produceagua neutra a amon¡oy calciointercambtables neutral¡zadas Similarreacciónocurrecuandose añadeun ácido' collo¡de- Ca + 2HzCO:. €. colloide2H Ca(HrCO:). del sueloparaformarH ¡COc el cualse iontza El COr se disuelveen la soluc¡ón paraproducirHtlibre.E|H-|ibreVaa|ossitiosde¡ntercambioyseformab¡ca precipltará el bicarbonato de calcioque es ligeramentealcalino Eventualmente t comoCaCO3y deja agua neutra. y suelos con altoscontenidosde humusy afcillasdel tipo2:1 (montmorlllonitas vermiculitas)tendránuna alta capacidadbuffer' 6. BIBLIOGRAFIA JohnW¡ley& 1. Bohn L. H., MenealL. 8., O'ConnorA. G. 1979 Soil Chemistry' Sons. New York. 328 P. to soi|s c. J' 1983'Soi|san Introduction 2 DonahueL' R , Mi||erW R , Shick|uma P 667 New Jersey Cliffs' and PfantGrowthj.Prentice-hall,inc. Englewood 3 Tass Benderw. H 1975 Quimicade sueloscon énfasrsen suelosde Américá Latina InstitutoInteramericanode CienciasAgrícolasde la OEA Torrealba' Costa Rica 398 P 24.

(9) I 4 GaravrtoN F 1.979 Propiedadesquím¡casde los suelos. IGAC Segunda Ed¡tion Bogotá-321 P. 5 InstitutoColombianoAgropecuarroProgramaNacionalde suelos.1978. Los Tiba¡tatá.Bogotá suelosy su fert¡lidad. CompendioNo 23. CentroExper¡mental 330 P and FertilizersFourth 6 TisdaleL. S: NelsonL. W ;'BeatonD J ; 1985 So¡lFert¡l¡ty Publishrng CompanyNewYork 754 P. Ed¡tionMacmillan. Mcsfaw-H¡rrBo F 1e78soirsandsoirFert'r¡tv. t. t. ¡:"#::;",[*tv"]lTi.i. +. {+.

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