Evaluación de Métodos para la Determinacion de la CIC de Suelos

EVALUACIÓN DE MÉTODOS PARA LA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO EN DIFERENTES SUELOS DEL PERÚ Eroncio Mendoza Nieto 1

Manuel Arca Bielick 2 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 NH 4 OAc 1N pH 7 y de CIC-Efectiva con KCl 1N - NH 4 OAc 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 NH 4 OAc 1N pH 7 (M1), CICEfectiva con KCl 1N - NH 4 OAc 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 BaCl 2 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 BCl 2 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 NH 4 OAc pH 7 and of CEC-Effective with 1N KCl – 1N NH 4 OAc 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 NH 4 OAc pH 7 (M1), CEC-Effective with 1N KCl – 1N NH 4 OAc 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 BaCl 2 (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 BaCl 2 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:

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Analytical methods of CEC, determination of CEC, CEC of soils, exchangeable cations.

Alumno de la Especialidad de Suelos de la UNA – La Molina Profesor Principal del Departamento de Suelos de la UNA – La Molina

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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 2

cationes cambiables extractando con una solución de KCl, BaCl2 y 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 NH 4 OAc 1N pH 7 y de CIC-Efectiva con KCl 1N - NH 4 OAc 1N pH 7. Para ello, se analizaron 30 muestras de suelos de diferentes características con cada una de las siguientes técnicas: 1) Método del NH 4 OAc 1N pH 7 (M1), 2) Método de CIC-Efectiva con KCl 1N NH 4 OAc 1N pH 7 (M2), 3) Método del NaOAc 1N pH 8.2 (M3), 4) Método de saturación y desplazamiento con K – Na (M4), 5) Método de K – Ca (M5) y 6) Método de CIC-Efectiva con BaCl 2 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,

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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+ ≈ NH 4 < 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

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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 NH 4 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

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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, BaCl2 y 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

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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 NH 4 . Por otro lado, según muchos estudios los cationes divalentes, tales como al Sr o Ba dan resultados similares a los procedimientos de NH 4 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 adsorbidos en el complejo de cambio del suelo (Ahumada et al., 1984).

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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 (NH 4 ), 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 BaCl2 y 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

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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 CaCO 3. En cuanto al contenido de arcilla variaron de 10 a 68 % presentando una amplia gama de clases texturales comprendidas desde arenosos hasta suelos arcillosos

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3.

Descripción de los métodos usados en la determinación de la CIC

M1 - Método del acetato de amonio - NH 4 O Ac 1N pH 7 Las muestras de suelos se saturaron por acción de masas con el NH 4 mediante la adición sucesiva de la solución saturante del NH 4 OAc 1N pH 7, después de eliminar el exceso de solución saturante lavando con el etanol de 95°, se desplazó el catión índice por destilación en Macrokjeldalh recibiendo el amonio en forma de NH 4 OH sobre el HCl 0.1N de volumen conocido para después titular con NaOH 0.1N y en base al volumen de titulación se calcularon los valores de la CIC del suelo.

M2 - Método de CIC-Efectiva con KCl 1N-NH 4 O Ac 1N pH 7 Los cationes cambiables del suelo, se extrajeron con soluciones de KCl 1N y NH 4 OAc 1N pH 7 por separado. En el extracto de KCI 1N se determinaron el Ca y Mg cambiable usando el equipo de Absorción Atómica (AA). En el mismo extracto, se analizaron la acidez cambiable (Al+H), Al e H intercambiable por el método de titulación (Yuang). Mientras, el K y Na se determinaron en el extracto del NH 4 OAc 1N pH 7 usando el equipo de AA y con las lecturas se estimaron los valores de cationes cambiables del suelo.

M3 - Método del acetato de sodio - NaO Ac 1N pH 8.2 La muestra de suelo se saturó con el sodio por acción de masas usando el NaOAc 1N pH 8.2, después del lavado de exceso de catión saturante con el alcohol, se desplazó el catión índice mediante la

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adición sucesiva del NH 4 OAc 1N pH 7 y en base a la cantidad de lectura de sodio en AA se estimaron los valores de la CIC del suelo.

M4 - Método de K-Na Este método de saturación y desplazamiento con potasio y sodio, consistió en saturar la muestra de suelo con la solución saturante de KCl 1N, eliminación del exceso de solución saturante con lavado sucesivo de alcohol, luego el potasio adsorbido se desplazó con sodio usando el NaCl 1N por ser de menor costo en comparación a otras sales y en el extracto se realizó la lectura de K en AA para estimar la CIC.

M5 - Método de K-Ca Este método de saturación y desplazamiento con potasio y calcio, consistió en saturar la muestra de suelo con la solución saturante de KCl 1N, después de eliminación del exceso de solución saturante con lavado sucesivo de alcohol, el potasio adsorbido se desplazó con calcio empleando el CaCl 2 1N y finalmente en el extracto se realizó la lectura de K en AA para estimar la CIC de la muestra del suelo.

M6 - Método de CIC-Efectiva con BaCl 2 0.5N Los cationes cambiables del suelo fueron desplazados por acción de masas de Ba con la adición sucesiva de BaCl 2 0.5N, en el extracto se determinaron las bases cambiables de Ca, Mg, K y Na usando el equipo de AA. En el mismo extracto de BaCl 2 0.5N se determinaron el Al, H y la acidez cambiable con el método de Yuang y el valor de la CIC 11

se determinó por suma de cationes cambiables de Ca, Mg, K, Na, Al e H expresados en meq/100 g de suelo.

4.

Procedimiento de análisis seguido en la determinación de la CIC.

a. De la muestra de suelo seco y tamizado con tamiz de 2 mm de abertura, se coloco 2.5 g en el papel filtro (W atman N° 1, de 9 cm de diámetro) previamente doblado y puesto sobre el embudo. b. Enseguida se eliminó las sales solubles añadiendo por partes los 50 ml de agua desionizada. c. Terminado el drenaje del agua de lavado, se agregó por partes 50 mI de la solución saturante o desplazante del NH 4 OAc 1N pH 7, KCl 1N, NaOAc 1N pH 8.2 y el BaCl 2 , 0.5N. d. El filtrado o el extracto de suelos con el NH 4 OAc 1N pH 7, KCl 1N y BaCl 2 0.5N se conservaron para el análisis de cationes cambiables para determinar el valor de la CIC-Efectiva. e. Una vez terminado el filtrado de la solución saturante, se eliminó el exceso de la solución saturante, añadiendo por partes 100 mI de etanol de 95°. f. Concluido el lavado con el alcohol, se agregó por partes 50 mI de la solución

desplazante

o

reemplazante

para

desplazar el catión

adsorbido y en los extractos se hicieron las lecturas del catión índice de K y Na en el equipo de AA para determinar el valor de la CIC. En el caso del método del acetato de amonio, el NH 4 adsorbido se destiló en el equipo de Macrokjeldalh.

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g. En

los

extractos

del

paso

d)

se

analizaron

los

cationes

intercambiables. El Ca, Mg, K y Na se determinaron en los filtrados del NH 4 OAc 1N pH 7 y el BaCl 2 0.5N, mientras en el extracto de KCl 1N se analizaron sólo el Ca y Mg. i. El Al e H cambiable fueron analizados en el extracto de KCl 1N y BaCl 2 0.5N, titulando los 10 ml del filtrado con NaOH 0.0lN usando como indicador la f enolftaleina al 1 %. El gasto del NaOH comprende la acidez cambiable (Al + H), al mismo extracto de la titulación anterior se agregó unas gotas de HCl 0.0lN hasta desaparecer la coloración rosada, enseguida se añadió 1 mI de NaF al 4 %, teniendo un viraje similar al estado inicial, enseguida nuevamente se tituló con el HCl 0.0lN, con este gasto se estimó el contenido del Al y finalmente, el contenido del H se determinó por diferencia de l primero. j. Los resultados, tanto de la CIC y de los cationes cambiables se expresan en meq/l00 g de suelo, cuya unidad numéricamente es igual a Cmol(+)/Kg 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 (X2)

= Métodos del NH4 OAc 1N pH 7.0 (M1) Y1 = CIC-efectiva obtenidas con el KCl 1N y el NH 4OAc 1N pH 7 (M2) Y2 = Método del NaOAc 1N pH 8.2 (M3)

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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 resultados de CIC obtenidos con diferentes técnicas respecto al método del NH 4 O Ac 1N pH 7 En las 30 muestras de suelos analizados, los resultados promedios

de 15.32, 12.04, 13.37, 13.53, 12.19 y 12.39 meq/100 g de suelo de CIC para los métodos del NH 4 OAc 1N pH 7 (M1), CIC-Efectiva con KCl 1N - NH 4 OAc 1N pH 7 (M2), NaOAc 1N pH 8.2 (M3), K – Na (M4), K – Ca (M5)y CIC-Efectiva con BaCl 2 0.5N (M6) (Cuadro 1), demuestran que los valores de la CIC de los suelos varían dependiendo del método usado en el análisis. Las cantidades de CIC determinados con el método del NH 4 OAc 1N pH 7 son mayores a los valores encontrados con otras técnicas, Sin embargo, los valores de los métodos del NaOAc y de K-Na son comparables al método M1 al notarse menor diferencia de resultados, mientras, que con los métodos M2, M5 y M6 se tienen resultados más bajos que con el método M1.

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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

NH 4 OAc 1N pH 7

15.32

100

00

M2

CIC - Efectiva con KCl 1N- NH 4 OAc 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 BaCl 2 0.5N

12.39

81

19

13 . 14

86

14

PR O M EDIO

En los suelos ácidos la diferencia de los resultados del método del NH 4 OAc tamponado con las otras técnicas es mucho mayor debido al efecto del pH de la solución saturante sobre la generación e incremento de cargas negativas dependientes del pH, por la desprotonización de los OH sea de la parte mineral y/o complejo orgánico como señalan muchos

autores

(Bazán,

1989;

Estrada,

1971;

Manrique,

1978;

Rhoades, 1982 y Effron et al., 2000). Y a medida que el pH del suelo se eleva, la diferencia entre los valores de CIC obtenidos con el método del NH 4 OAc y otras técnicas, son menores, indicando que para los suelos neutros y alcalinos las mejores métodos son aquellos de reacción tamponada al existir relación de los pH-s del suelo y de la solución saturante (Van-Ray-Peech, 1972 y Sánchez, 1981).

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El método del NH 4 OAc 1N pH 7 comparado con otras técnicas analíticas sobrestima los resultados de la CIC en una proporción de 21, 20 y 19 % frente a los valores de los métodos de CIC-Efectiva con KCl 1N – NH 4 OAc 1N pH 7, K-Ca y CIC-Efectiva con BaCl 2 0.5N, mientras que respecto a los métodos del NaOAc y K-Na, el índice de variación es de 13 y 12 % respectivamente, indicando que estas dos últimas técnicas se asemejan al método del NH 4 OAc. Esta tendencia guarda relación con los valores de los coeficientes de correlación encontrados para todas las comparaciones (Cuadro 2).

CUADRO 2.

VALORES DE COEFICIENTES DE CORRELACIÓN LINEAL DE LOS RESULTADOS

DE

CIC

DE

DIFERENTES

MÉTODOS

DE

ANÁLISIS

RESPECTO AL METODO DEL NH 4 OAc 1N pH 7. COMPARACIÓN DE MÉTODOS NH 4 OAc 1N pH 7

* **

ECUACIÓN LINEAL

*

r

vs

CIC – Efect (KCl - NH 4 OAc)

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. (BaCl 2 0.5 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 NH 4 OAc 1N pH 7 Significación al nivel de α = 0.01

El método del NH 4 OAc en suelos ácidos sobrestima los valores de CIC (Sánchez, 1981), por su efecto del pH de la solución saturante que incrementa

las

cargas

negativas

del

suelo

al

provocar

la

desprotonización y/o ionización de los grupos OH de las estructuras de las arcillas principalmente en el tipo 1:1, de los radicales carboxílicos (-COOH), alcohólicos (-OH), fenólicos (-OH), metooxílicos (-CHOH) y

16

de los óxidos e hidróxidos de Fe y Al (Bazán, 1989; Fassbender, 1978 y Grove et al., 1982).

2.

Comparación

de

la

CIC

obtenida

con

diferentes

técnicas

respecto al método de CIC-Efectiva con K Cl 1N – N H 4 O Ac 1N p H 7 Los valores 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 cambiable con el NH 4 OAc 1N pH 7, son inferiores a los resultados de los métodos de NaOAc 1N pH 8.2, K-Na, K-Ca y CIC-Efectiva con BaCl 2 0.5N al tener resultados de 12.04, 13.37, 13.53, 12.19 y 12.39 meq/100 g de suelo de CIC con los métodos M2, M3, M4, M5 y M6 respectivamente (Cuadro 3). La mayor diferencia se aprecia con las técnicas de NaOAc y K-Na, ya que estas técnicas sobrestiman los valores de CIC respecto a los valores del método M2 en 11 y 12 %, debido a que el acetato de sodio al tener pH 8.2 aumenta las cargas negativas de los suelos de p H menores de 7 y en el método de K – Na, el sodio por su efecto dispersivo aumenta el desplazamiento del catión índice de potasio (Guerrero y Bornemisza, 1975). Por otro lado, los resultados de K-Ca y CIC-Efectiva con BaCl 2 en porcentaje respecto al método M2 son similares al tener una variación de 1 y 3 % guardando alta relación al tener los coeficientes de correlaciones de r = 0.99 para CIC-Efect. vs K-Ca y r = 0.98 para CIC-Efectiva vs CIC-Efectiva con BaCl 2 (Cuadro 4).

17

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- NH 4 OAc 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 BaCl 2 0.5N

12.39

103

03

12.70

105

05

PROMEDIO

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 - NH 4 OAc 1N pH 7.

COMPARACIÓN DE MÉTODOS CIC – Efectiva *

* **

ECUACIÓN LINEAL

r

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. (BaCl 2 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 NH 4 OAc 1N pH 7 Significación al nivel de α = 0.01

Comparando los resultados de CIC obtenidos con los M2 y M6, los valores encontrados con el BaCI 2 0.5N son mayores, debido a que con la solución de BaCl 2 0.5N extrae mayor cantidad de cationes de Ca y Mg y menor cantidad de monovalentes (K y Na). El Ba por su mayor tamaño iónico desplaza en menor proporción al K de los espacios interbasales de las arcillas, este fenómeno está explicado por la serie

18

liotrópica (Fassbender, 1978; Mengel, 1978; W iklander, 1963 y Bohn et 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 Cuadro 5, se presentan los costos estimados por concepto de

reactivos,

equipos,

materiales

y

de

mano

de

obra

del

personal

laboratorista para los 6 métodos de análisis de la CIC comparados en este ensayo. Se aprecia, que en promedio, el 79 % del costo del análisis de CIC corresponde al uso de reactivos, seguido por equipos con 9 %, materiales con 7 %; y la que menos contribuye en el precio fue la mano de obra que oscila en 5 % del valor total. El costo por métodos de análisis de CIC de mayor a menor valor quedan ordenados en: CIC efectiva con KCl-NH 4 OAc (M2), NaOAc (M3), K-Ca (M5), NH 4 OAc (M1), K-Na (4) y CIC-Efectiva con BaCl 2 (M6), dicha secuencia guarda relación con el tipo y costo de reactivos, equipos, número de procedimientos

y

materiales

utilizados

durante

el

análisis

correspondiente. Los métodos de CIC-Efectiva con BaCl 2 0.5N, K-Na y K-Ca son los que demandan menor costo en la determinación de CIC en relación a los métodos empleados tradicionalmente del NH 4 OAc 1N pH 7, CICEfectiva con KCl 1N - NH 4 OAc 1N pH 7 y NaOAc 1N pH 8.2. A la vez, las técnicas de CIC-Efectiva con BaCl 2 0.5N, K-Na y K-Ca tienen menor costo en una proporción de 51, 39 y 24 % respecto al costo del método de CIC-Efectiva con KCl 1N - NH 4 OAc 1N pH 7.

19

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

Reactivos

PROM. NH 4 OAc

CIC-Efect.

NaOAc

1 N pH 7

(**)

1N pH 8.2

2,244

3,993

K - Na

K - Ca

4,149

2,520

3,320

CIC-Efect.

Variac. (%)

(BaCl 2 0.5N)

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

100

158

146

95

120

77

-

-

100

92

61

76

49

-

-

100

66

82

53

-

-

Variación (%)

-

-

* Comprende las cuatro determinaciones (Ca, Mg, K, Na) ** Con KCl 1N – NH 4 OAc 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 NH 4OAc 1N pH 7 (M1), CICEfectiva con KCl 1N - NH4 OAc 1N pH 7 (M2), NaOAc 1N pH 8.2 (M3), K-Na (M4), K-Ca (M5) y CIC-Efectiva con BaCl 2 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

20

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.

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