Quimica de Suelos

QUÍMICA DEL SUELO

La química de suelos se define como aquella parte de la ciencia del suelo que estudia la composición, las propiedades y las reacciones químicas de los suelos.  Los esfuerzos mayores de aplicación de ésta parte de la ciencia del suelo han estado dirigidos a tratar de explicar y/o resolver problemas relacionados con la dinmica de los nutrientes vegetales y con la fertilidad del suelo.

LOS COLOIDES DEL SUELO !na !na partíc partícula ula coloidal coloidal es aquell aquella a que posee posee un tama" tama"o o menor menor de #,##$ #,##$ mm de dimetro %$### nm&, dimensiones responsables de la alta superficie superficie específica específica que las caracteriza' poseen adems carga eléctrica que les confiere una alta reactividad química. (n el suelo los colides estn representados por las partículas de tama"o arcilla y los compuestos h)micos, siendo los responsables responsables de la actividad química que se desarrolla en aquel, así como de buena parte de su comportamiento comportamiento físico. Los colides colides del suelo pueden pueden adquirir adquirir dos tipos de carga* carga* Permanente o variable, mediante la acción de diferentes mecanismos. La cara permanente es aquella que est presente siempre en el coloide sin importar las condiciones del medio en el cual se encuentre, debido a que dicha carga la adquiere durante su proceso de formación. +redomina en los silicatos laminares *$ y *$*$ %vermiculita, montmorillonita, illita, atapulgita&

La cara variable  corresponde a aquella que se desarrolla en el coloide cuando cambian las condiciones ambientales del medio en el cual se encuentra. La propiedad que ms afecta los colides del suelo, con respecto a su carga, es el p- por lo cual a esta carga variable también se le conoce como carga dependiente del p-, pues son los los camb cambio ios s en el los los que que la gene genera ran n en mayo mayorr prop propor orci ción ón.. La carg carga a vari variab able le predo predomin mina a en los los minera minerale les s silica silicatad tados os del del tipo tipo $*$ %caoli %caolinit nita, a, haloys haloysita ita,, dicit dicita, a, nacrita&, en sesquióxidos de hierro y aluminio y en los colides orgnicos.,

EL I!"E#CAM$IO I%!ICO (s un proceso reversible, estequiométrico y rpido mediante el cual la fase sólida del suelo retira y retiene algunos iones de la solución del suelo y libera a ellas cantidades equivalentes de otros, para establecer un nuevo equilibrio entre las dos fases. Los procesos de intercambio mencionados se dan tanto con cationes como con aniones y la retención se lleva a cabo debido a la presencia de cargas electrostticas en los coloides del suelo y en los iones presentes en la solución del mismo, los cuales se atraen hacia los sitios de carga contraria para neutralizarse.

&' (actores (actores )ue )ue control controlan an el inte intercam rcambio bio i*ni i*nico' co' Los procesos de intercambio iónico dependen de*

Las propie+a+es +el cambia+or' (l cambiador en el suelo corresponde a las partículas sólidas del mismo que tienen la posibilidad de intervenir en los procesos de intercambio, es decir, a los coloides minerales y orgnicos de aquel, es decir a las arcillas y materia orgnica.

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,' CAPACIDAD DE I!"E#CAM$IO CA"IO!ICO -CIC.' (s la medida de la capacidad que posee un suelo de adsorber %retener superficialmente iones, obedeciendo a diferencias en la carga electrosttica que presentan& cationes intercambiables y es equivalente a la carga negativa del suelo. (sta propiedad en los suelos est asociada directamente con la textura, el tipo de arcilla y el contenido de materia orgnica en ellos. (sta propiedad es la que define la cantidad de sitios disponibles para almacenar  los cationes en el suelo y la fuerza para retenerlos en contra de los procesos que tratan de evacuarlos de aquel, como la lixiviación, evitando así que se pierdan nutrientes para las plantas. Los cationes intercambiables ms importantes en los procesos de intercambio catiónico son a 0, 1g0, 20 y 3a0, los cuales se conocen como las bases del suelo' en suelos cidos, a partir de ciertos valores de p-, el 4l 50 6uega un papel muy importante en el comple6o de intercambio del suelo constituyendo 6unto con el -0, la acidez intercambiable del mismo. La 7 del suelo se expresa en miliequivalentes meq/$##gr de suelo y depende de la cantidad y tipo de coloides que tiene. (l valor que toma la 7 de un suelo est fuertemente afectado por el valor del pal cual se hace la determinación, aumentando el valor de aquella al aumentar el p-. (s deseable que todo el suelo presente una 7 alta, asociada con elevada saturación de bases, ya que esta situación indica una gran capacidad potencial para suministrar a, 1g y 2 a las plantas. (n términos generales, un estimativo conceptual de la 7 en los suelos es el siguiente* • • •

1enor de $# meq/$## g de suelo* 8a6a $# 9 # meq/$## g de suelo * 1edia 1ayor de # meq/$## g de suelo* 4lta

LA #EACCI%! DEL SUELO' (s aquella propiedad, que establece el grado de acidez o de alcalinidad que el presenta y tiene una gran influencia en muchas de sus propiedades físicas, químicas y biológicas, razón por la cual es una de las propiedades ms importantes. !na sustancia se considera como un cido, cuando al disociarse en agua libera protones a ella para formar hidronio %- 5:0&' se considera una base cuando al disociarse recibe protones' las siguientes reacciones ilustran lo anterior* -L 0 -: ; -5:0 0 L< 3-5 0 -: ;3-=0 0 :-< (n las reacciones anteriores, el -L es un cido y el 3- 5 es una base' obsérvese que el agua tiene la capacidad de actuar como una base, en la primera reacción, o como un cido en la segunda' el cido y la base que se producen después de la reacción con el agua se llaman con6ugados' así el - 5:0 es el cido con6ugado del - : y el L< es la base con6ugada del -L, en la primera reacción' en la segunda reacción, el 3- =0 es el cido con6ugado del 3- 5 y el :-e inhibe el crecimiento de la mayoría de los cultivos. (s necesario tratar el suelo con enmiendas.

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IMPO#"A!CIA DEL p/ E! EL SUELO

+rcticamente la disponibilidad de todos los nutrientes de la planta est controlada por  el p- del suelo como se aprecia en la figura, en la cual se representa la solubilidad de los nutrientes en el suelo en relación con el p- del mismo' en esta figura el mayor  espesor de la barra correspondiente a un elemento indicando la mayor disponibilidad de él en la solución del suelo, y el rango de p- en el cual se presenta, ese mayor  espesor es el rango óptimo de suministro de dicho elemento' a medida que el espesor  de la barra se va haciendo menor, va disminuyendo la disponibilidad del nutriente. +or  e6emplo, el aluminio y el manganeso son ms solubles en el agua edfica a un p- ba6o y al ser absorbidos por las raíces son tóxicos a ciertas concentraciones. @eterminadas sales minerales que son esenciales para el crecimiento vegetal, como el fosfato de calcio, son menos solubles a un p- alto, lo que hace que esté menos disponible para las plantas. Aambién el p- del suelo afecta al proceso de lixiviación de las sustancias nutritivas para las plantas. !n suelo cido tiene una capacidad menor de retención catiónica porque los iones hidrógeno desplazan a los cationes como el de potasio y el de magnesio. (n un suelo con p- cido, los iones - 0 reemplazan a los de a 0, 1g0 y 2 0, los cuales son posteriormente lavados del suelo, disminuyendo la riqueza de nutrientes disponibles

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(n un suelo de p- neutro o bsico los iones de a, 3a y 2 reemplazan a los de (l p- de la mayor parte de los suelos varía entre = y B, pero algunos se salen de este rango. (l p- de algunos bosques varía entre .B y 5.C, es decir, es muy cido, pero en suelos salinos el p- es mayor de B.D. (l rango óptimo del p- del suelo para el crecimiento de la mayor parte de los vegetales es de E.# a F.# porque la mayor parte de las sustancias nutritivas de las plantas estn disponibles en este intervalo. (l p- del suelo influye en el desarrollo de las plantas y a su vez el p- del suelo es afectado por los vegetales y otros organismos. +or e6emplo, el intercambio catiónico realizado por las raíces de las plantas reduce el valor del p- del suelo, la descomposición del humus y la respiración celular de los organismos edficos. La lluvia cida %un tipo de contaminación del aire, del agua y del suelo producida por  los cidos sulf)rico y nítrico generados por actividades del hombre& altera la

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composición química del suelo y reduce gravemente el p- del suelo. (ste fenómeno provoca la destrucción forestal debido a la alteración química del suelo y al deterioro gradual de los rboles de los bosques como ocurrió en (uropa y (stados !nidos de  4mérica.

LOS ELEME!"OS QUÍMICOS < EL C#ECIMIE!"O DE LAS PLA!"AS (n la Aierra se han encontrado C elementos químicos y alrededor de E# de ellos forman parte de las plantas, pero se ha demostrado que sólo $E de ellos son esenciales para el crecimiento y desarrollo normal de las plantas. 4 C de ellos se les conoce como macronutrientes porque se encuentran en cantidades mayores de #.#D G en peso seco y son* el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio, azufre, calcio y magnesio. 4 los F elementos químicos que se encuentran en cantidades menores al #.#DG en peso seco y que son necesarios para el crecimiento y el desarrollo normal de las plantas se les conoce como micronutrientes o elementos traza y son* el fierro, boro, manganeso, cobre, molibdeno, cloro y zinc. (l carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno provienen del aire y del agua, y los otros $ elementos químicos esenciales los obtienen del suelo plantas como iones disueltos en el agua %provienen de la roca madre de la que se formó el suelo&. (l carbono, el hidrógeno y el oxígeno forman parte de la estructura de las moléculas de importancia biológica como los lípidos, los carbohidratos, las proteínas y los cidos nucleicos. (l nitrógeno forma parte de la estructura de las proteínas, los cidos nucleicos y la clorofila. (l fósforo es un componente de los cidos nucleicos, los fosfolípidos %esenciales para la membrana celular& y de las moléculas de transferencia de energía como el 4A+ %adenosin trifosfato o trifosfato de adenosina&. (l calcio tiene una función estructural fundamental como componente de la lmina media %capa cementante entre las paredes celulares de las células vegetales adyacentes&. Aambién se considera que el calcio participa en otras actividades fisiológicas de las plantas como la modificación de la permeabilidad de las membranas. (l magnesio es parte fundamental de la estructura de la molécula de la clorofila y el azufre forma parte de la estructura de algunos aminocido y vitaminas. (l potasio lo utilizan las plantas en forma de ion %2 0& para el mantenimiento de la turgencia de las células mediante el fenómeno de la ósmosis. La presencia del ion potasio en el citoplasma hace que la célula tenga una mayor concentración de solutos que las células circundantes. Aambién el potasio participa en la apertura y cierre de los estomas. (l cloro en forma de ion %l $:=< $< 5

-8:

a

0

+rincipales funciones omponente de algunos aminocidos y vitaminas +articipa en el transporte a través de la membrana celular y en el aprovechamiento del calcio omponente cementante de las paredes celulares,' participa en la permeabilidad de la membrana' activador enzimtico

arbono

:

Heactivo de la fotosíntesis' componente de carbohidratos, lípidos, proteínas y cidos nucleicos

loro

l$<

+articipa en la fotosíntesis y en el balance iónico

obre

u$0, u0  4ctivador enzimtico de la fotosíntesis +articipa en reacciones enzimticas y en moléculas de transporte de electrones en los procesos de la fotosíntesis, respiración y fi6ación del nitrógeno

?ierro

?e0, ?e50

?ósforo

-+:=$u aplicación se recomienda solamente cuando se puede asegurar una mezcla en el terreno, pues existe el peligro de quemarM la semilla.

Cal apaa+a' (s la misma cal viva después de haberla tratado con agua' también recibe técnicamente el nombre de hidróxido de calcio %a%:-&  y de cal hidratada. (s menos fuerte que la cal viva y como el óxido de calcio, es un polvo blanco, de manipulación difícil y desagradable.

Cal Dolomítica' (s una mezcla de carbonato de calcio y magnesio. Jeneralmente contiene =#G de carbonato de calcio %a: 5& y B a $#G de carbonato de magnesio %1g:5& (sta cal tiene mucha importancia en suelos cidos deficientes en magnesio.

Escorias "@omas' >on un subproducto de la industria del acero. (n olombia son producidas por acerías +az del Hío. +oseen un contenido relativamente alto en fósforo %+:D&, aproximadamente $#G y mediano de a: 5. >e aplica a los suelos, ms por  su contenido de fósforo que como material de encalamiento, pero por su poder de neutralización son adecuadas para suelos cidos deficientes en fósforo como los de los Llanos orientales. Las (scorias Ahomas son también fuente de 1agnesio %1g&.

SUELOS $SICOS' >e incluyen en este grupo aquellos suelos que presentan valores de p- N F.5

(ormaci*n +e suelos b=sicos •

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•

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ondiciones climticas en las cuales la evapotranspiración potencial sea mayor  que la precipitación generan déficit de agua en el suelo y por lo tanto no hay lavado de bases y/o sales sino que estas se acumulan en aquel' esto hace que los suelos bsicos sean ms comunes en regiones ridas y semiridas. >edimentos acumulados ba6o reas marinas o ba6o cuerpos de agua salada como lagos y lagunas, son enriquecidos en sales por efecto de la evaporación de las aguas' cuando estos depósitos quedan expuestos en la superficie del terreno, dan origen a suelos bsicos. Ionas con nivel fretico alto y contaminado con sales provenientes de aguas subterrneas salobres, pueden alcalinizar el suelo por ascenso capilar de sales a partir de aquel. omo en el caso de los suelos cidos, el mal mane6o de los suelos puede generar condiciones de alcalinidad en él' las actividades que con mayor  frecuencia producen estos problemas en el suelo son las malas prcticas del riego como en el caso de hacer malos dise"os, drena6e insuficiente o usar  aguas de mala calidad' también el uso continuo de fertilizantes con efecto residual alcalino, como el fosfato diamónico

0rupos ; propie+a+es +e los suelos b=sicos Suelos salinos3 >on suelos que presentan un porcenta6e de sodio intercambiable +>7 K $DG y generalmente su p- es menor a B.D' estos suelos

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con frecuencia presentan costras salinas blancas en la superficie por lo que son llamados lcali blanco. omo estos suelos generalmente se desarrollan en condiciones de climas secos, su contenido de materia orgnica es ba6o y por tanto hay deficiencia de nitrógeno' en las condiciones de p- que predominan en estos suelos también son comunes las deficiencias de fósforo y en elementos menores, exceptuando el molibdeno %1o&' los contenidos de base son generalmente altos, pero son frecuentes los desbalances entre ellas pudiendo ocasionar deficiencias en las plantas por antagonismo' normalmente tienen buenas propiedades físicas.

Suelos s*+icos3 +oseen un +>7 N $DG' generalmente presentan p- mayor de C.#' se les da el nombre com)n de lcali negro porque normalmente presentan acumulación de materia orgnica dispersa en la superficie por lo cual adquieren un color oscuro. (n estos suelos, el alto contenido de sodio intercambiable genera problemas importantes de porosidad y permeabilidad originados por la dispersión de los coloides, aparte de que este elemento también puede producir toxicidad en plantas susceptibles. on relación a sus propiedades nutricionales, estos suelos presentan las mismas limitaciones que los salinos, aunque un poco mayor por los mayores valores de p-.

Suelos salino B s*+icos3 >on suelos que presentan +>7 N $DG y generalmente su p- es menor a B.D debido a la presencia de exceso de sales' esta misma condición de alta salinidad no de6a que la estructura del suelo se colapse al impedir la dispersión de los coloides, por lo cual estos suelos no presentan los problemas físicos de los suelos sódicos. La eliminación de las sales antes que el sodio %3a 0& en estos suelos los transforma en sódicos' los limitantes de fertilidad que presentan se encuentran en una situación intermedia entre los dos grupos anteriores de suelos bsicos.

Mane?o +e los suelos b=sicos3 La recuperación de los suelos bsicos exige una serie de prcticas que se llevan a cabo, las cuales son supremamente comple6as adems de los altos costos en insumos y tiempo que requieren %ms de 5 o = a"os&, por lo cual en este texto se har un esbozo general de las principales actividades involucradas.

Mane?o +e los Suelos salinos3 La principal acción para recuperarlos consiste en eliminar las sales que se encuentran en exceso en él' lo cual se logra haciendo pasar a través del suelo una cantidad adecuada de agua, generalmente aplicada con alg)n sistema de riego' algunos autores sostienen que el método ms eficiente de hacer los lavados es fraccionando la dosis en varias aplicaciones en lugar de aplicarlas en un solo riego. +ara garantizar que las sales disueltas en el agua realmente sean eliminadas del suelo, debe proveerse un adecuado sistema de drena6e que las reciba y las exporte del lote que est en recuperación. Jeneralmente, después de que se han eliminado las sales per6udiciales del suelo con los lavados, es necesario hacer unos lavados de mantenimiento, los cuales pueden hacerse periódicamente e independientes del riego convencional para el cultivo o pueden hacerse en estos riegos, aplicando un exceso de agua en cada uno de ellos.

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Mane?o +e los Suelos s*+icos3 (stos suelos son ms difíciles de recuperar  debido al deterioro de sus propiedades físicas' en este caso se requiere remover del suelo el 3a 0 que est ocupando los sitios de intercambio. La remoción del sodio %3a& del comple6o de intercambio se hace adicionando al suelo enmiendas químicas que aporten a 0  o que activen el que hay en el suelo para que lo reemplace y aplicando riegos para lavar lo que remueva aquel' es precisamente aquí donde se presentan la mayoría de complicaciones para la recuperación, pues el suelo ha perdido su estructura y por tanto su espacio poroso y su permeabilidad, dificultando los lavados. Jran parte de las veces se hace necesario me6orar las propiedades físicas del suelo para me6orar la eficiencia de los lavados' lo cual se puede conseguir así* 1ecnicamente, mediante aradas profundas para romper  discontinuidades hidrulicas entre horizontes del suelo o con subsolado para romper horizontes y/o capas compactadas o cementadas  4dicionando arenas a suelos arcillosos para cambiar su textura y por  tanto sus propiedades hidrológicas.  4plicando materia orgnica para me6orar la estructura del suelo y las propiedades relacionadas con ella, los productos de la descomposición de este material pueden me6orar la solubilidad de ciertas sales de calcio en el suelo y favorecer la sustitución de 3a 0 por a0. •

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Luego de aplicar las enmiendas se hacen los lavados correspondientes por lo cual aquí como en el caso de los suelos salinos, es indispensable un buen sistema de drena6e para su recuperación.

Mane?os +e los Suelos salino B s*+icos3 (n este grupo de suelos, primero se debe resolver el problema del exceso de 3a 0  y luego el de las sales. @e acuerdo con lo anterior, inicialmente se deben aplicar enmiendas para desplazar 3a0, como en los suelos sódicos y luego hacer los lavados, tanto para eliminar el 3a 0 como las sales, teniendo en cuenta que el lavado de las sales es ms eficiente que el del 3a 0.  4parte de las prcticas analizadas anteriormente, en la mayor parte de los suelos bsicos se presentan problemas nutricionales que pueden ser resueltos mediante* •

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?ertilización edfica* seg)n los requerimientos del cultivo y los contenidos en el suelo se aplican fertilizantes que suministren 3, + y 2 ?ertilización foliar* -aciendo un seguimiento 6uicioso al desarrollo de los cultivos pueden detectarse deficiencias de elementos menores en la planta que pueden ser resueltas por medio de aplicaciones foliares de los fertilizantes que los posean. La adición de materia orgnica, aparte de ir me6orando el medio físico, puede aportar algunos nutrientes a las plantas, sobre todo si se aplican ciertos tipos de ella.

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