Universidad de Talca Facultad de Ciencias Agrarias Departamento de Produccin Agrcola

APUNTES DE EDAFOLOGA

Dra. Roxana Lpez Emparn 2010

Concepto de edafologa La palabra edafologa proviene del griego Edaphos que significa suelo. El suelo puede ser definido como Material no consolidado, que cubre la superficie de la tierra, resultante de las acciones combinadas en el tiempo del clima (agua y temperatura) de macro y microorganismos y de topografa sobre el material parental. Esta definicin se relaciona con los factores y procesos de formacin del suelo. Por otro lado, otra definicin indica que el suelo es un cuerpo natural compuesto de slidos, lquidos y gases, que se encuentra sobre la superficie terrestre, ocupa espacio y se caracteriza por presentar horizontes o capas que son distinguibles desde los materiales parentales (Soil Survey Staff, 1969, 1970, 1990). En trminos generales la definicin edafolgica de suelo indica que es un medio para el crecimiento de las plantas dando nfasis a la fertilidad de suelo y las propiedades fsicas y qumicas de suelo (Bockheim et al., 2005). Regolito y suelo El regolito es el trmino para definir la capa de materiales no consolidados, alterados, que incluyen fragmentos de roca, granos minerales y todos los otros depsitos superficiales, que descansa sobre roca slida inalterada. Su lmite inferior es el frente de meteorizacin. El suelo es el regolito que contiene frecuentemente materia orgnica y es capaz de sujetar las races de las plantas.

Suelo Regolito

Figura 1. Posicin del regolito y suelo en un perfil.

Componentes del suelo El suelo est compuesto de una fase slida (50%) y un espacio poroso. La fase slida est comprendida por los minerales (45%) y la materia orgnica (5%). Fase slida a) Componentes minerales: Es muy variable y puede corresponder tanto a materiales primarios (cuarzos, feldespatos ettc.) hasta la fraccin coloidal (arcillas). La proporcin de estas partculas va a determinar las propiedades fsicas del suelo. Por otro lado, la fraccin arcillosa determina las propiedades fsico-qumicas (CIC, Ph, conductividad elctrica, retencin de aniones, etc.). Debido a esto los componentes minerales, en especial las arcillas, influyen en la dinmica de los nutrientes en el suelo (movilidad, fijacin, disponibilidad). b) Materia orgnica: Est formada por materiales orgnicos en distintos grados de descomposicin. La materia orgnica incluye los organismos y microorganismos del suelo, vivos y muertos, material vegetal y otros materiales orgnicos de otras fuentes. La fraccin orgnica afecta las propiedades fsicas del suelo mejorando la aireacin del suelo y la retencin de agua. Adems, a travs del proceso de mineralizacin la materia orgnica es fuente de algunos nutrientes. Espacio Poroso a) Aire: Corresponde a la atmsfera del suelo. Al igual que la atmsfera exterior es una mezcla de O2, N2, CO2 y gases menores. Posee un mayor contenido de CO2 y menor de N2 y O2 que el aire exterior. La humedad relativa de esta atmsfera puede llegar a 100% ya que parte del aire se encuentra disuelto en el agua del suelo. Proporciona el oxgeno necesario para la vida de muchos organismos del suelo y las plantas el que participa en todos los procesos oxidativos que afectan al suelo y la planta. b) Agua: En el suelo el agua se encuentra como una solucin acuosa conocida como solucin del suelo. Contiene sales disueltas en pequeas cantidades en forma de iones, debido a esto participa en la nutricin vegetal, siendo el vehculo para la absorcin de los iones. Necesaria para el proceso de evapotranspiracin del cultivo y crecimiento (elongacin celular). Debido al su calor especfico el agua afecta algunas propiedades fsicas del suelo como la temperatura.

Aire (20 - 30%) Espacio poroso (50%) Agua (20 - 30%)

Minerales (45%)

Slidos Del suelo (50%)

Materia Orgnica (5%)

Figura 2. Componentes del suelo. Funciones del suelo El suelo como tal cumple una serie de funciones que pueden ser agrupadas en 5 roles ecolgicos: a) b) c) d) e) Medio para el crecimiento de las plantas Sistema de reciclaje para nutrientes y residuos orgnicos Sistema para el abastecimiento y purificacin del agua Medio proyeccin estructural (edificacin) Hbitat para macro y micro organismos

Todas estas funciones no solo afectan la produccin y el rendimiento de los cultivos sino que adems estaran regulando la calidad ambiental. Como medio para el crecimiento de las plantas el suelo cumple varias funciones entre las cuales se destacan; I) proveer un soporte fsico para las plantas; II) facilitar proceso de respiracin de las races (escape de CO2 y entrada de O2 fresco); III) absorber el agua de lluvia (moderador de los cambios de humedad); IV) moderar los cambios de temperatura (fro y calor); V) proteger a las plantas de sustancias fitotxicas y; VI) proveer a las plantas de nutrientes minerales inorgnicos en la forma de iones disueltos. El suelo en el contexto productivo Productividad: Capacidad de un suelo de producir una planta especfica o sucesin de plantas bajo un determinado sistema de manejo. La productividad puede ser medida en trminos de unidades de rendimiento. Sin embargo, Ningn suelo puede producir todos los cultivos con igual xito, ni puede, un solo sistema de manejo, provocar los mismos efectos sobre los suelos. De hecho, un suelo productivo es aquel en el cual las condiciones qumicas, fsicas y biolgicas son favorables para la produccin econmica de los cultivos relacionados a un rea en particular.

Sin embargo, para conservar el suelo y su productividad se debe considerar mantener o mejorar la calidad de suelo. El mantener la calidad de suelo debera permitir Promover la productividad del sistema sin perder sus propiedades fsicas, qumicas y biolgicas; atenuar contaminantes ambientales y patgenos; y favorecer la salud de plantas, animales y humanos (Doran y Parkin, 1994; Karlen et al., 1997)

PROCESOS FUNDAMENTALES EN LA GNESIS Y FORMACIN DE LOS SUELOS Y SU RELACIN CON LA PRDUCCIN AGRCOLA El suelo tiene como material de origen la roca que se encuentra formando la corteza terrestre. La corteza terrestre est constituida por tres tipos de roca: gnea, sedimentaria y metamrfica, las que se distinguen por su origen o modo de formacin. Roca gnea: se forma del magma (material fundido) a alta temperatura que solidifica formando distintos minerales al enfriarse (andesita, granito, porfirtica, basalto, toba, diorita, gabro). Roca sedimentaria: roca formada por material depositado desde una suspensin o precipitado desde la solucin y generalmente est ms o menos consolidado (cuarzo calcedonio, pirita). Roca metamrfica: roca derivada de rocas preexistentes que han sido alteradas fsica, qumica y/o mineralgicamente como resultado de procesos geolgicos naturales, principalmente calor y temperatura que se originan dentro de la tierra. Las rocas preexistentes pueden haber sido gneas, sedimentarias, u otra forma de roca metamrfica (mrmol y calcita). La abundancia de silicio y oxgeno explica el predominio de los minerales silicatados que son muy estables. Esto se debe a que los minerales petrogenticos que forman las rocas de la corteza terrestre son silicatados en una proporcin del orden de un 90% (tabla 1). Tabla 1. Elementos presentes en las rocas.Elemento Oxgeno Silicio Aluminio Hierro Calcio Sodio Potasio Magnesio Hidrgeno Carga O2Si4+ Al3+ 2+ Fe , Fe3+ Ca2+ Na+ K+ Mg2+ H+ % de todos los iones y tomos 60 20 6 2 2 3 1 2 3 % en peso 46.6 27.7 8.1 5.0 3.6 2.8 2.6 2.1 1.5

Procesos de meteorizacin de las rocas Meteorizacin fsica Corresponde al rompimiento de las rocas a travs de la accin de distintos factores fsicos. Las fuerzas fsicas tienden a predominar en regiones ya sean fras o secas, actan en el lugar a medida que el material segmentado es transportado por el agua viento o hielos glaciales. Uno de los factores fsicos ms importantes es la temperatura. Durante el da las rocas aumentan de temperatura mientras que en la noche las rocas se enfran a una temperatura inferior a la del aire. Estas diferencias de temperatura lateral y la expansin y contraccin de de minerales debido a cambios de temperatura produce grietas, quiebres y destruccin de las rocas (Figura 3a, b). Por otro lado el viento y la lluvia cargada con sedimentos

presentan una tremenda energa de corte. Este efecto se observa claramente el los desfiladeros, barrancos y valles a travs del mundo. Los granos de arena en la playa as como las piedras redondeadas presentes en los cauces de los ros son evidencia de la abrasin que acompaa el movimiento de agua (Figura 3c).

a

b

c

Figura 3. Diferentes procesos de meteorizacin fsica de las rocas. Meteorizacin qumica La meteorizacin qumica predomina en regiones clidas y hmedas debido a la atraccin de las molculas de agua por los iones cargados en las estructuras minerales, cuyo resultado es que los iones pasan desde las superficies minerales a la solucin del suelo. Posteriormente algunos de los iones liberados precipitan como arcillas secundarias, mientras que otros pueden permanecer en la solucin del suelo y perderse por lixiviacin. A continuacin se presentan los principales procesos de meteorizacin qumica: a) Hidrlisis KALSi3O8 + H2O Felsdespato HAlSi3O8 + KOH Precursor de arcillas

El producto final depender de las condiciones climticas y litolgicas (tipos de roca). En regiones templadas se forma illita y en regiones clidas y hmedas caolinita. b) Carbonacin CO2 + H2O H2CO3 cido carbnico El CO2 es aportado por la actividad biolgica del suelo y la respiracin de las races. El H2CO3 es un cido dbil, inagotable, que ha tenido un impacto importante en la meteorizacin mineral al aumentar la solubilidad de muchos minerales. La carbonacin es la reaccin entre un compuesto y el cido carbnico, siempre presente en todos los ambientes acuosos. c) Oxidacin

Prdida de electrones por los iones. Muy importante en la meteorizacin de los minerales ferromagnesianos: i) Hidrlisis Fe2SiO4 + 2 H2O ii) Oxidacin 4 FeO + O2 2 Fe2O3 (xido de Hierro) (Fe+3) Hematita o goetita si est hidratado xidos de hierro muy poco solubles, es escaso el Fe meteorizado de los minerales que se pierde. CLASIFICACIN DEL MATERIAL PARENTAL Finalizado el proceso de meteorizacin de la roca se obtiene un material parental residual el cual puede ser clasificado dependiendo de si el material es sedimentario (permanece en el lugar de formacin) o bien es transportado desde un lugar y a otro a travs del viento, agua, hielo y gravedad (Figura 4). 2 FeO + H4SiO4 (Fe+2)

Depositado en lagos

Lacustre Aluvial (fluvial) Marino Coluvial

Depositado por corrientes

Rocas Y mineralesFormado en el lugaran Tr sp ta or

do

po

ra

a gu

Depositado en ocanos

ad ved Gra

Transportado por el viento

Transportado por hieloTr a po ns r e po l v rta ie do nt o

Depositado por hielo Depo sitad o por aguanto l vie por e rtado spo Tran Depositado por viento

Till, morena lacustre, Aluvial, Marino

Materia Parentl residual

Elico

Figura 4. Formacin, transporte y depositacin del material parental. FACTORES DE FORMACIN DE SUELO Despus que el material parental residual es sedimentado o depositado a travs de distintos sistemas de transporte, existen factores actan sobre estos materiales para iniciar el proceso de formacin de suelo. El clima es el factor de formacin de suelos ms importante debido a que la temperatura y la precipitacin afectan la tasa de otros factores ya sean estos fsicos, qumicos y biolgicos, los cuales son a su ves responsables de la formacin de los perfiles (horizonacin) del suelo. De hecho, Por cada

10 C de aumento en la temperatura, la tasa de actividad biolgica se duplica. Debido a esto la interaccin entre alta temperatura y precipitacin favorece la formacin del perfil de suelo. Un claro ejemplo de esto son los suelos presenten en zonas tropicales, en los cuales el alto grado de meteorizacin hace que actualmente estos suelos sean los ms evolucionados y con la fraccin mineral ms meteorizada. El segundo factor ms importante en la formacin de suelos es la biota. A este respecto las plantas son las primeras en ocupar un determinado sitio produciendo cambios en el sustrato o suelo en el cual se desarrollan. Las propiedades del suelo pueden variar en funcin de la distancia a una planta en particular o bien entre diferentes tipos de vegetacin. Por ejemplo, la vegetacin de las praderas y los bosques ejercen sus propias caractersticas al suelo. La vegetacin de praderas incorpora la materia orgnica al suelo mediante la descomposicin continua de las races. En cambio en los bosques, la materia orgnica es incorporada al suelo principalmente por la cada de hojas y ramas que luego se descomponen en la superficie del suelo (Figura 5). Adems del efecto de las plantas, la fauna del suelo afecta el desarrollo del suelo mediante la continua mezcla de los materiales del suelo en un proceso conocido como bioperturbacin. El laboreo efectuado por las lombrices es un claro ejemplo de este proceso al igual que el desarrollo de nidos por parte de artrpodos.

Figura 5. Efecto de las plantas sobre el proceso de formacin de suelo. El relieve, o tambin llamada topografa, afecta el balance hdrico y la infiltracin de agua, el microclima (radiacin solar y temperatura), los procesos de erosin y depositacin, la vegetacin actual y los procesos bsicos de formacin de suelo. Debido a esto, el perfil de suelo en diferentes puntos de una pendiente presenta una clara diferencia entre nmero y tipo de horizontes, observndose al final de la pendiente suelos ms profundos y con un mayos nmero de horizontes (Figura 6).

Roca

Figura 6. Horizonacin del perfil de suelo en distintas zonas de una pendiente. Adems, Los suelos desarrollados en exposicin sur presentan mayor desarrollo y profundidad que los suelos desarrollados en la exposicin norte. Las laderas de exposicin sur reciben menor radiacin y tienen, por lo tanto, mayor almacenamiento de agua y desarrollo de vegetacin. La longitud del tiempo en que los materiales han sido sujetos al desgaste por la accin atmosfrica influencia la formacin del suelo. Los suelos se desarrollan tan lentamente que generalmente no es posible medir los cambios producidos en la formacin al suelo relacionados con el tiempo. Un ejemplo de esto son los suelos localizados sobre materiales aluviales generalmente no han tenido mucho tiempo para desarrollarse debido a que estn rodeados de suelos ms altos. PROCESOS DE FORMACIN DE SUELOS Junto con los factores de formacin de suelos los procesos de formacin de suelo permiten la diferenciacin de los horizontes del suelo (Figura 7). a) Adiciones: Ganancia de materiales en el suelo. Las adiciones pueden provenir de los iones y partculas slidas presentes en las precipitaciones, as como tambin los residuos orgnicos (residuos de cosecha, compost etc.). b) Prdidas o sustracciones: Materiales son removidos por el agua y desplazados verticalmente en profundidad hasta alcanzar el nivel fretico (napas de agua). Otro tipo de remociones son las prdidas de materiales superficiales por erosin. c) Translocaciones o transferencias: movimiento de materiales slidos o en solucin de una parte a otra dentro del suelo. En general la traslocacin involucra compuestos hmicos, arcillas, iones (Ca+2, Na+) etc. d) Transformaciones: Corresponde a la variacin en el tamao, forma y composicin de los materiales componentes del suelo. En este caso es la transformacin de los minerales primarios en arcillas y xidos de Fe y Al y de los residuos orgnicos en sustancias hmicas.

Adiciones X Y Transformaciones E A

Prdidas

B Traslocaciones Adiciones

C

Prdidas

Figura 7. Diagrama de los procesos de formacin del suelo HORIZONTES GENTICOS DEL SUELO Y PERFIL DE SUELO La presencia de horizontes es el resultado de la evolucin o gnesis a partir de un material originario, de ah que se denominen horizontes genticos. La formacin de horizontes, a veces denomina horizonacin, se debe a los diversos procesos que pueden tener lugar dentro de un suelo (procesos de formacin de suelos). Tambin pueden ser distintos unos suelos de otros debido a que lo son o lo han sido las condiciones del medio en un emplazamiento u otro (factores de formacin de suelos). Dokuchaev introdujo la utilizacin de las primeras letras del alfabeto latino para designar los sucesivos horizontes de un suelo. Este uso se ha generalizado a nivel mundial, ya que resulta una ayuda extremadamente til para transferir informacin en morfologa de suelo (Figura 8). Las reglas de nomenclatura cuya utilizacin se recomienda son las siguientes: a) Los horizontes principales se designan por letra mayscula (O, A, B, C). b) El proceso principal responsable de la formacin del horizonte se indica por letras minsculas que se aaden al horizonte principal como subndice o como segundo carcter. Por ejemplo, Bt representa la acumulacin de arcilla (del alemn ton=arcilla) por movimiento dentro del suelo (traslocacin). Ver Anexo 1. c) Los ndices numricos slo sirven para designar una secuencia en la posicin del horizonte dentro del suelo. Por ejemplo Bt1, Bt2. d) Los horizontes de transicin se designan por la combinacin de las letras de los horizontes afectados, sin ndices. Si las propiedades del horizonte son intermedias, con un cierto predominio de las caractersticas de un horizonte sobre las de otro. Por ejemplo, AB (predominan las del A) frente a BA (predominan las del B).

Figura 8. Principales horizontes genticos en un perfil de suelo (horizonacin) A: Horizonte mineral oscurecido por aportes de materia orgnica. Formado en la parte superior del suelo, o debajo del horizonte O. Tambin se designa como A cualquier horizonte en superficie afectado por laboreo o pastoreo. E: Eluvial. Horizonte mineral empobrecido por eluviacin mxima. Su color claro se debe a que ha perdido uno o ms de los siguientes componentes: Materia orgnica, hierrro, aluminio o arcilla. Presenta un enriquecimiento relativo de limo y arena. Se halla debajo de un horizonte O o un A y encima de un horizonte B. Se encuentra en algunos suelos cidos. B: Horizonte mineral formado en el interior del suelo. Ha sufrido una destruccin de toda o parte de la estructura originaria de la roca. C: Horizonte mineral, comparativamente poco afectado por procesos edafognicos, excepto meteorizacin o hidromorfismo. Se trata de material con caractersticas similares al material de origen. Si se trata de un material consolidado, al ponerlo en agua 24 se deshace; en el campo si est hmedo puede ser cavado. R: Roca consolidada subyacente, demasiado dura para romperla com la mano. Si presenta grietas deben estar separadas ms de 10 cm. Impide el paso de las races. Sumergido en agua no se deshace. ORDENES DE SUELO Los rdenes de suelo corresponden a la categora ms alta y por ende ms general dentro de la clasificacin de suelos. En el sistema de clasificacin de la Soil taxonomy, los suelos del mundo se agrupan en 12 rdenes los cuales

han sido definidos en funcin de sus propiedades que reflejan el curso evolutivo o de desarrollo de los suelos. Se considera a este nivel que los rdenes pueden ser definidos principalmente en funcin de la presencia o ausencia de los horizontes diagnstico anteriormente definidos. Entisol: Suelos de desarrollo muy limitado, que provienen de depsitos aluviales recientes, o son suelos muy delgados sobre roca, o suelos delgados en pendientes fuertes, o dunas estabilizadas con escasa acumulacin de materia orgnica. Inceptisol: Suelos con mayor grado de desarrollo que los Entisoles, ya que presentan un horizonte B bien definido; incluso pueden tener un horizonte superficial negro con alto contenido de materia orgnica. Aridisol: Son los suelos de regiones desrticas, ridas y semiridas cuya caracterstica esencial es tener un dficit de agua permanente o casi permanente. Debido a esta escasez de agua, algunos suelos que pertenecen a esta clase, tienen exceso de sales y/o de sodio que puede limitar seriamente el crecimiento de los cultivos. Gelisol: Son suelos que presentan materiales glicos y con un permafrost subyacente, generada por congelamiento y descongelamiento estacional. El permafrost influencia la pedognesis al actuar como una barrerra al movimiento descendente de la solucin suelo. Es el Orden de definicin ms reciente. Alfisol: Se caracteriza por presentar un horizonte subsuperficial de enriquecimiento secundario de arcillas y asociado con un horizonte superficial claro, generalmente pobre en materia orgnica o de poco espesor. Los suelos que pertenecen al Orden presentan una alta saturacin con bases en todo el perfil. Vertisol: Corresponde a un grupo de suelos muy homogneo con alto contenido de arcilla, ms de 30%, de la cual la mayor parte debe ser del tipo expandible. Por esta razn, los suelos cuando se secan muestran anchas y profundas grietas que se cierran cuando el suelo se humedece adecuadamente. Mollisol: Son suelos profundos, con un horizonte superficial negro, rico en materia orgnica, que se han formado en condiciones de estepa o de pradera. Son suelos frtiles que, con adecuado manejo, pueden producir rendimientos muy elevados. Andisol: Son los suelos derivados de cenizas volcnicas; en Chile corresponden a los trumaos y los adis. Son suelos de excelentes condiciones fsicas y morfolgicas. Sin embargo debido al alofn (arcilla predominante) el fsforo se encuentra fuertemente retenido en el suelo en forma no disponible para las plantas. Histosol: Son los suelos orgnicos en los cuales los residuos vegetales se encuentran en diferentes grados de descomposicin. Con un buen sistema

de drenaje estos suelos pueden ser muy productivos, especialmente para el cultivo de hortalizas. Espodosol: Son suelos cidos, bastantes lixiviados que se han formado bajo vegetacin de bosques y en zonas relativamente fras. Se caracterizan por presentar un horizonte de acumulacin de Al y materia orgnica con o sin Fe, de color negro - rojizo, conocido como horizonte espdico. Ultisol: Al igual que los Alfisols, estos suelos tienen un horizonte B bien expresado a causa de un incremento de la arcilla en relacin con el horizonte A. Sin embargo, estos suelos estn desbasificados y por lo tanto tienen bajos niveles de elementos nutrientes, por lo cual requieren de altas dosis de fertilizantes para la obtencin de rendimientos razonables. Oxisol: Son los suelos con los niveles ms bajos de elementos nutrientes a causa de su excesiva lixiviacin. Se han desarrollado principalmente en paisajes antiguos de regiones tropicales, donde se pueden cultivar slo con programas intensivos de fertilizacin. Debido a su riqueza en xidos de hierro la mayora tienen colores rojizos. Ausentes en Chile.

Figura 9. 12 rdenes de suelo de acuerdo al sistema de clasificacin de la Soil taxonomy. Debido al material dominante, a los distintos tipos de residuos, factores de formacin de suelo y procesos de formacin de suelo se pueden observar diferentes rdenes de suelo al realizar un transecto entre la Cordillera de los Andes y la Cordillera de la Costa. El transecto se puede dividir en cuatro secciones; en la Cordillera de los Andes se pueden encontrar dos rdenes de suelo Gelisol e Inceptisol; en la precordillera de los Andes se encuentran los duelos del orden Andisol; en la depresin intermedia encontramos suelos de los rdenes Entisoles, Inceptisoles Alfisoles, Mollisoles y vertisoles; y finalmente en la Cordillera de la Costa predominanlos suelos

Alfisoles, inceptisoles y ultisoles. En la Regin del Maule se puede observar el predominio de 5 rdenes de suelos los cuales de mayor a menor presencia corresponden a Alfisol > Inceptisol > Molliso l> Andisol > Vertisol (Figura 10).

Figura 10. Ordenes de suelos presentes en un transecto entre la Cordillera de los Andes y la Cordillera de la Costa

MINERALES DEL SUELO Las partculas que componen los suelos varan en tamao desde pocos micrmetros (principalmente minerales de arcilla) hasta varios milmetros (granos de arena). Esta fraccin del suelo se denomina suelo fino y est formado por todas las partculas menores a 2mm (Figura 11). El suelo fino se puede dividir en tres fracciones las cuales corresponde a Arena (0.02-2.0 mm; 20-2000 micras), limo (0.02-0.002 mm; 2-20 micras) y arcilla (< 0.02 mm; Al--O- + H2O

A su vez, las partculas de humus pueden desarrollar cargas negativas por disociacin de los grupos funcionales hidroxilo (--OH), carboxilo (--COOH) y fenlico (--C6H4OH), segn: --C6H4---OH + OH-C6H4O- + H2O

Como indican las flechas, las reacciones son reversibles. Si el pH aumenta las reacciones tiende a ocurrir hacia la derecha, la carga negativa de las partculas aumenta as como tambin la capacidad de intercambio de cationes. Si el pH disminuye o se acidifica, se reduce la concentracin de iones OH- en la solucin del suelo, las reacciones tienden a ocurrir hacia la izquierda, la carga negativa de los coloides disminuye por lo que disminuye la capacidad de intercambio de cationes. ii) Carga positiva Pero la carga variable no solo es negativa. Algunas arcillas y xidos de Fe y Al, bajo condiciones de acidez moderada o extrema, pueden presentar una carga neta positiva, la cual tambin est asociada a los grupos OH-. En este caso cuando el suelo se acidifica ocurre una protonacin, esto es, la unin de iones H+ con los grupos OH- superficiales: >AlOH + H+ >AlOH2+

As, en algunos casos un mismo sitio en un coloide inorgnico puede tener carga negativa, no tener carga o tener carga positiva, es el pH de la solucin es alto, intermedio o muy bajo o cido, respectivamente. El pH al cual se igualan las cargas positivas y negativas del coloide se denominan punto de carga cero (PCC o ZPC por su sigla en ingls) o punto isoelctrico. En este punto la carga neta de las partculas es cero (Figura 15).

Fe

Fe

Fe

O

OH

O

OH

O

OH

Fe

Fe

Fe

O

O

H+ H

H+

O

OH

H+

O

O-

H2O

Fe

Fe

Fe

O

OH

O

OH

O

OH

Fe Red de carga Positiva Adsorbe aniones

Fe Punto cero de carga

Fe Red de carga Negativa Adsorbe cationes

pH cido

Incrementa en pH

pH bsico

Figura 15. Relacin entre el pH y las cargas positivas y negativas de los coloides del suelo. Adsorcin de cationes y aniones La adsorcin es la asociacin de la materia, ya sean tomos, molculas o iones, con las superficies de los slidos. Ocurre entre la interfase slidolquido y hace que las concentraciones de las sustancias disueltas en las proximidades de las partculas sean diferentes a las de la fase lquida. Las cargas negativas y positivas superficiales de los coloides atraen y retienen un conjunto de cationes y aniones con una fuerza suficiente como para evitar que se pierdan fcilmente con el agua que se mueve a travs del suelo. Esta accin es muy importante para la vida vegetal debido a que mantiene a muchos nutrientes en la zona radical de los cultivos. Un mismo coloide generalmente atrae tanto cationes como aniones. Sin embargo, los suelos de regiones templadas adsorben muchos ms cationes que aniones por que sus coloides tienen predominio de cargas negativas. Por el contrario en suelos tropicales o derivados de cenizas volcnicas (andisoles) la carga negativa no es tan alta y la carga positiva es ms abundante. Por lo tanto la adsorcin es mayor en estos suelos. La adsorcin de los iones sobre las superficies ocurre de dos formas diferentes: i) Adsorcin no especfica o por formacin de complejos de esfera externa Cuando la adsorcin sobre la superficie de una partcula ocurre con un in hidratado o solvatado (rodeado de molculas de agua), se forman los denominados complejos de esfera externa y en este caso la adsorcin es no especfica (Figura 16). ii) Adsorcin especfica o por formacin de complejos de esfera interna.

Cuando la adsorcin sobre la superficie de una partcula ocurre con un in no solvatado, es decir cuando no participa el agua en el proceso de, se produce lo que se denomina complejo de superficie de esfera interna y la adsorcin es de tipo especfico. Un ejemplo de la estabilidad de esta adsorcin es el enlace covalente del k+ con los tomos de oxgeno negativamente cargados de los tetraedros de silicio en un cristal de mica o de una vermiculita. Otro ejemplo corresponde a la adsorcin del in fosfato, H2PO4-, el cual se une directamente compartiendo los electrones con el aluminio en la capa octadrica del coloide.

Al

Al

Al

Al

Al

Al

OH

O

O

OH

O

O

OH

OH

OH2

OH

H H H H

H

P OH

O O Ca+2 OH H

OH

OH OH HAgua de solvatacin sobre el in

OH H H H H H

O O OH H

O

ClH H H H

HAgua de solvatacin sobre el in

O

O

O Complejo de esfera externa

Complejo de esfera externa

Complejo de esfera interna

Figura 16. Esquema de la adsorcin de iones sobre un coloide por formacin de complejos de esfera externa e interna. Doble capa difusa La atraccin de cationes y aniones hacia un coloide con cargas negativas y positivas forma una doble capa de cargas, en la cual, la capa interna es el coloide cargado y la capa difusa externa est formada por los cationes y aniones de la solucin de suelo que son atrados hacia la superficie del coloide en proporcin a las capas disponibles. Los iones estn sometidos a dos fuerzas contrarias, una de atraccin por el campo elctrico creado en la superficie cargada y otra de difusin hacia la solucin al existir un gradiente de concentracin. Este modelo con una capa elctrica rgida en la superficie de la partcula y una capa difusa de iones en equilibrio dinmico con la solucin se conoce como modelo de la doble capa difusa (DCD), doble capa inica o doble capa de Gouy-Chapman (Figura 17).

Figura 17. Representacin de la superficie de un coloide orgnico o inorgnico cargado negativamente y los iones que lo rodean

MINERALES DE ARCILLA Filosilicatos Las arcillas filosilicatadas se clasifican estructuralmente dependiendo de si la capa octadrica est unida a una o a dos lminas tetradricas. Se habla de arcillas 1:1 (T-O) o 2:1 (T-O-T). Un tercer caso son las arcillas 2:1:1 (T-O-T-O) del grupo de las cloritas. Arcillas 1:1 Tienen una lmina de tetraedros abajo, y una lmina de octaedros arriba.

Lmina octadrica Lmina tetradrica

Arcillas 2:1 Presentan dos lminas de tetraedros que rodean una lmina de octaedros. a) Grupo del Talco: pertenece a las arcillas 2:1, sin inters edafolgico. Debido a que estn unidas por fuerzas de Van Der Waals son muy dbiles, de ah sus caractersticas fsicas.

b) Grupo de las micas: pertenecen a las arcillas 2:1, los enlaces son muy estables y se caracterizan por que entre los grupos de lminas existen principalmente cationes de K y en menor proporcin de Na.

Arcillas 2:1:1 Cloritas: Las cloritas son minerales estructuralmente relacionados con las arcillas 2:1, de los que se diferencian por presentar paquetes T-O-T alternando regularmente con una capa de hidrxido interlaminar. Esta capa octadrica (MgAl)3(OH)6, puede ser dioctadrica (gibstica) o trioctadrica (bructica)

Minerales silicatados no cristalinos Alofn: se considera que ms de la mitad de los suelos agrcolas chilenos tienen origen o contaminacin volcnica. El alofn est formado por silicatos hidratados no cristalinos, constituido por alumina, silice y agua en proporciones variables. Tienen una alta capacidad de intercambio anionico y una alta fijacin de fosfato. Al descomponerse se forman Caolinita, gibsita y haloisita. Morfolgicamente el alofn corresponde a partculas esfricas, irregulares, huecas, tienen un dimetro interno de 4-5 nm y un grosor de pared de 1-0.7 nm (Figura 18).

Alofn

Imogolita

Figura 18. Minerales no cristalinos comunes en suelos del orden Andisol. Imogolita: Descubierta en 1962 es derivada del alofn, con morfologa fibrosa tubular y es derivada de cenizas volcnicas, adems es rica en hierro. La imogolita se ha encontrado comnmente asociada al alofn y es similar a esta en sus propiedades qumicas (Figura 18). Otros minerales a) Algunos corresponden a los xidos e hidrxidos de hierro y aluminio. Estos minerales tienen la capacidad de dar color al suelo. En particular los xidos e hidrxidos de Fe otorgan al suelo un color desde pardo a rojo intenso, mientras que lo xidos e hidrxidos de Mn confieren un color desde pardo a negro (Tabla 3) Tabla 3. Algunos xidos e hidrxidos ms comunes en el suelo.

c) Otros minerales corresponden a los carbonatos como la calcita (CaCO3), que es un carbonato de calcio; la dolomina que es un carbonato de calcio y magnesio (CaMg(CO3)2). d) Existen otros minerales ricos en azufre como la pirita y el yeso el cual es un sulfato de calcio (CaSO4 2H2O). De acuerdo a los procesos meteorizacin fsica y qumica los minerales secundarios y las arcillas derivan de los minerales primarios. Por supuesto que la abundancia de ciertos elementos qumicos como el K, Ca y Mg favorecer la evolucin de lo minerales primarios a ciertos minerales secundarios, los cuales derivarn distintos tipos de arcillas. Otro factor fundamental en la transformacin de lo minerales primarios y secundarios es el clima, climas calurosos y hmedos presentarn una meteorizacin ms acelerada lo que derivar en minerales muy evolucionados como la caolinita y los xidos de Fe y Al (Figura 19).

Figura 19. Meteorizacin de los minerales primarios hasta llegar a minerales secundarios y arcillas.

Dependiendo de si los suelos son jvenes presentarn distintos tipos de minerales: Suelos jvenes, poco meteorizados = micas de grano fino, clorita, vermiculita (Entisol, Inceptisol) Meteorizacin intermedia = vermiculita, esmectita, caolinita (Mollisol, Alfisol, Ultisol) Fuerte meteorizacin = caolinita, oxihidrxidos de Al-Fe (Ultisol--> Oxisol)

o

evolucionados

estos

La mineraloga de la arcilla refleja el ambiente y el tiempo de desarrollo que ha tomado la generacin del suelo. A este respecto podemos sealar que; Suelos jvenes, poco meteorizados presentan micas de grano fino, clorita, vermiculita (Entisol, Inceptisol); la arcilla predominante de suelos de meteorizacin intermedia corresponde a vermiculita, esmectita, caolinita (Mollisol, Alfisol, Ultisol); mientras que suelos con fuerte meteorizacin presentan minerales arcillosos como caolinita, oxihidrxidos de Al-Fe (Ultiso> Oxisol).