TEMA :QUIMICA DEL SUELOING. BENIGNO GOMEZ ESCRIBA E- mail:gbenignopaulo@yahoo.esEDAFOLOGIA Octubre, 2013FACULTAD DE INGENIERIA GEOGRAFICA, AMBIENTAL Y ECOTURISMO

PROPIEDADES QUIMICAS DEL SUELO

ELEMENTOS QUIMICOS DEL SUELOCAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICOREACCION O pH DEL SUELOSALINIDAD DEL SUELOMATERIA ORGANICA DEL SUELO

ELEMENTOS QUIMICOS DEL SUELO

1. SITUACIN DE LOS ELEMENTOS QUMICOS EN EL SUELO.

Los elementos qumicos del suelo pueden estar contenidos en:

LA FASE SLIDA. Formando parte de la estructura de los minerales o incluidos en compuestos orgnicos.

LA FASE LQUIDA. Contenidos en el agua del suelo. Por lo general, las molculas estn total o parcialmente disociadas en iones: los de carga positiva se llaman cationes y los de carga negativa se llaman aniones. (ejm: Nitrato sdico). anin nitrato y catin sodio.

El agua del suelo, junto con los nutrientes disueltos, recibe el nombre de solucin del suelo.

2. COMPONENTES INORGNICOS DEL SUELO.

Los elementos ms abundantes de la corteza terrestre son el oxgeno (O) y el silicio (Si), que representan el 75 % del total. A continuacin le siguen el aluminio (Al), el hierro (Fe), el calcio (Ca), el sodio (Na), el potasio (K), y elmagnesio (Mg).

Los compuestos inorgnicos ms abundantes son:Las arcillas. Son silicatos de aluminio hidratados, con estructura laminar. Existen diferentes tipos de arcillas: caolinita, mica, montmorillonita, vermiculita, clorita, etc.xidos e hidrxidos. Compuestos de oxgeno y del grupo OH con otros elementos. Van normalmente asociados a las arcillas.Carbonato clcico. sal derivada del cido carbnico, de frmula CaCO3. Se encuentra en la naturaleza principalmente en forma de calcita y aragonito. No se disuelve en agua pura, pero s en agua que contenga CO2, como es el caso del agua del suelo.Yeso. mineral comn consistente en sulfato de calcio hidratado (CaSO42H2O)

Los elementos del suelo ms importantes para la nutricin de las plantas incluyen macro elementos: (N,P,K Ca, Mg, S) y los que provienen del aire y agua(C, H y O) y micro elementos ( B, Cl, Cu, Fe, Va, I, Co, ).

Investigaciones recientes han mostrado que las plantas para crecer tambin necesitan cantidades pequeas pero fundamentales de elementos como manganeso y cinc..

NUTRIENTES ESENCIALES PARA LAS PLANTAS

FERTILIZANTES FUENTES DE NITROGENOSulfato de amonio (NH4)2SO4 21% NNitrato de amonio NH3 34% NUrea CO(NH2)2 46% NNitrato de calcio Ca(NO3)2 15.5% NNitrato de sodio NaNO3 16% N Nitrato de potasio K NO3 13% NFosfato diamonico (NH4)2HPO4 18% NFERTILIZANTES FUENTES DE FOSFOROSuperfosfato normal o simple (SFS) 20% de P2O5 y 12% S.Superfosfato concentrado (SFC) o Superfosfato triple 46% de P2O5Ortofosfatos de amonio 10 a 12% N y 50 a 55% de P2O5 Polifosfatos de amonioFosfatos ntricosSuperfosfatos amoniadosFERTILIZANTES FUENTES DE POTASIOCloruro de potasio KCl 60 A 62% de K2O mas usado en el mundo.Sulfato de potasio K2SO4 50% de K2O y 18% S.Sulfato de potasio y magnesio K2SO4.2MgSO4 22% K2O, 11%Mg y 22% SNitrato de potasio KNO3 44% K2O, 13% N.

ELEMENTOS IMPORTANTES EN LA QUIMICADEL SUELO(FORMAS IONICAS PRINCIPALES)

ELEMENTO SIMBOLO CATIONES ANIONES

Aluminio Al Al+++Azufre S SO4Molibdeno Mo MoO4Calcio Ca Ca++Hidrogeno H H+Carbono C HCO3 CO3Fierro Fe Fe++ Fe+++Nitrgeno N NH4+ NO2 NO3Fsforo P H2PO4 HPO4 PO4 Potasio K K+Sodio Na Na++Zinc Zn Zn++Los cationes se encuentran como simples elementos, mientras que los aniones seencuentran formando radicales, excepto el Cl.

ELEMENTO FORMA DE ABSORCION % EN LA PLANTAC CO2 40 - 50O O2 y H2O 42 - 44H H2 y H2O 6 - 7N NO3- y NH4+ 1 - 3 P H2PO4- y HPO42- 0.5 - 412K K 0.3 - 3Ca Ca 0.5 3.5Mg Mg 0.3 0.8S SO4 0.1 0.5Fe Fe 100 1000 ppmMn Mn 50 300 ppmCu Cu 10 40 ppmB H2BO3 50 300 PPMZn Zn 10 - 20Mo MoO4 10 - 40Cl Cl Na Na

FUNCIONES DE ALGUNOS ELEMENTOS

El Nitrgeno es un elemento primario de las plantas, se puede encontrar en los aminocidos, por tanto forma parte de las protenas, en las amidas, la clorofila, hormonas (auxinas y citoquininas, nucletidos, vitaminas, alcaloides y cidos nucleicos.La deficiencia de N en plantas disminuye el crecimiento, las hojas son pequeas y tampoco se puede sintetizar clorofila, de este modo aparece clorosis (hojas de color amarillo). La clorosis empieza en las hojas de mayor edad o inferiores, estas pueden llegar a caerse y si la carencia es severa puede aparecer clorosis en las hojas ms jvenes, Tallos dbiles, hojas pequeas, se disminuye el tamao de lostubrculos y se desarrollan en forma desuniforme.

FosforoEl fsforo (P) es uno de los 17 nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas. Sus funciones no pueden ser ejecutadas por ningn otro nutriente y se requiere un adecuado suplemento de P para que la planta crezca y se reproduzca en forma ptima. El P se clasifica como un nutriente primario, razn por la cual es comnmente deficiente en la produccin agrcola y los cultivos lo requieren en cantidades relativamente grandes. La concentracin total de P en los cultivos vara de 0.1 a 0.5 %.Las deficiencias de fsforo producen retraso en crecimiento, races poco desarrolladas, plantas enanas, acumulacin de pigmentos antiociannicos en la base de hojas viejas con coloracin prpura, retraso en la maduracin.

PotasioEn el caso del potasio (K), su deficiencia puede reducir las ganancias del producto varias maneras:* Menores rendimientos* Tubrculos ms pequeos* Menor contenido de almidn y mayor contenido de azcaresMayor susceptibilidad a enfermedadesMayor susceptibilidad a dao por heladas

Las deficiencias de potasio se manifiestan por la clorosis o amarillamiento de bordes y puntas de hojas viejas, posteriormente hay quema o necrosis, defoliacin, reduccin del crecimiento, disminucin del peso de tubrculos.

CobreEl cobre es componente de diversos enzimas de las plantas e interviene tambin en la fotosntesis formando parte de las protenas que participan en el transporte de electrones. Aunque los sntomas de su deficiencia varan mucho de unas especies a otras, suele aparecer una necrosis del pice de las hojas jvenes que progresa a lo largo del margen de la hoja, pudiendo quedar los bordes enrollados.Las hojas pueden presentar clorosis, muriendo a menudo los brotes jvenes.Las deficiencias de cobre son tambin caractersticas de suelos calizos y de suelos arenosos muy lavados.Otros sntomas de deficiencia son: Quema o muerte de bordes y puntas de hojas nuevas, muerte del meristema, paralizacin de crecimiento de nuevas hojas.

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICOEs una propiedad qumica que designa los procesos de: a) Adsorcin de cationes por el Complejo arcillo-hmico desde la solucin suelo y b) Liberacin de cationes desde el Complejo de Cambio hacia la solucinsuelo.

Esta propiedad es atribuible a la arcilla (coloide mineral) y el humus (coloide orgnico). De manera que la CIC est definida por:- La cantidad y tipo de arcilla.- La cantidad de humus.- El pH o reaccin del suelo.

Normalmente estos dos elementos se hayan conformando un todo, llamado complejo arcillo hmico.

Este juega un papel preponderante en regular la fertilidad del suelo, de tal manera que generalmente se dice que cuanto mayor sea el complejo arcillo hmico del suelo, mayor ser su fertilidad potencial.

La simple determinacin de la CIC, no es tampoco por si sola un ndice absoluto de la fertilidad del suelo, sino que hay que tomar en cuenta la cantidad de cationes bsicos y de cationes cidos que se encuentran en este complejo.

De acuerdo a esto se va a establecer los trminos de fertilidad actual, dado por la cantidad de cationes bsicos que se encuentran saturando la CIC, el termino de fertilidad potencial dado por el valor total de este ultimo.

Ejm:CIC= 19.68Ca= 12.88, Mg= 1.99, K= 0.17, Na= 0.43, Al= 0.00 Suma de cationes= 15.47 Suma de bases = 15.47%SB= BC/CIC*100 = 78.6%

La CIC depende de la cantidad y tipo de arcilla y del contenido de materia orgnica presentes en el suelo. Un suelo que tiene alto contenido de arcillas puede retener ms cationes intercambiables que un suelo con bajo contenido de arcillas. La CIC se incrementa tambin a medida que la materia orgnica se incrementa.

La CIC de un suelo se expresa en trminos de mili equivalentes por 100 gramos de suelo y se escribe meq/ 100g.Ejemplo: Ca.El equivalente qumico del calcio ser 40/2 = 20 gr. 40 es el peso atmico y 2 es la valencia.

Se denomina miliequivalente al equivalente dividido por 1000.Miliequivalente gramo del calcio ser 40/2=20=20/1000 = 0.020gr. Ca/100gr.suelo o lo que es igual a (20x10)

CONVERSIN DE MILIEQUIVALENTE A KILOGRAMOS POR HECTREALa hectrea de suelo, capa arable pesa en promedio 2.000.000 de kilogramos. Supongamos que un anlisis de suelo dio 1 miliequivalente de Ca por 100 gramos de suelo. Esto equivale a decir 0.020gr Ca / 100 gramos de suelo. o sea .. kg por kilogramo de suelo, por lo tanto, en .. de k, es decir en 1 hectrea habr .. kg de Ca.

Los cationes de cambio se hallan adsorbidos con diferente energa, la fuerza de adsorcin se hala en funcin del tamao del catin, de su cantidad de valencia y de su grado de hidratacin, entre otros. Una probable secuencia de adsorcin es la siguiente:

Macro elementos Ca > Mg > NH4 > K > Na Micro elementos Zn > Mn > Fe > Cu

PORCENTAJE DE SATURACION DE BASESSe define como el porcentaje de la CIC que esta ocupado por los cationes principales y es expresada en %.Este parmetro se utilizo en el pasado para desarrollar programas de fertilizacin con la idea de que ciertas relaciones o balances son necesarios para asegurar la absorcin adecuada de nutrientes por los cultivos para obtener rendimientos ptimos. Sin embargo la investigacin cientfica ha demostrado que las relaciones entre cationes tienen poca utilidad en la gran mayora de los suelos agrcolas. %SB = S / CIC x 100

S = suma de cationes intercambiables expresado en me/ 100 gr. de suelo. Generalmente esta dado por Ca, Mg, K, y Na. CIC = Capacidad de intercambio catinico. Existe una relacin directa entre el pH y el %SB. A mayor pH mayor %SB.Ejemplo:Se un suelo tiene una CIC de 16me/100 gr de suelo y 4 me de cationes es Al, la diferencia estar ocupada por los cationes bsicos o sea 11.8 me. Por lo tanto el %SB es 73.7% y el 26.3% es cidos.%SB = 11.8/16 = 73.7%.

REACCION O pH del SUELOEs la relativa condicin de basicidad o cidez de una sustancia. La escala del pH cubre un rango de 0 a 14. Un valor de pH de 7.0 es neutro. Los valores por debajo de 7.0 son cidos. Aquellos que estn sobre 7.0 son bsicos.La mayora de los suelos productivos fluctan entre un pH de 4.0 a 9.0.

El pH o reaccin del suelo tiene una influencia indirecta en los procesos qumicos, disponibilidad de nutrientes, procesos biolgicos y la actividad microbiana.

Normalmente el rango de pH de los suelos vara entre 3.5 a 9, la razn por la que no alcanza valores extremos de 0 14 se debe a que la solucin suelo no es una solucin verdadera sino que constituye una solucin coloidal.A la mayora de los cultivos les favorece rangos de pH de 6.5 a 7.5. Sin embargo cada especie se acoge o desarrolla mejor dentro de un determinado rango

Los suelos fuertemente cidos son indeseables por los niveles txicos de Al y la disminucin de la actividad microbial.

Los suelos fuertemente alcalinos originan una escasa disponibilidad de elementos menores; excepto el Molibdeno, Fe, Zn, Mn y P son muy dependientes del pH, por lo que a niveles extremos pueden presentarse en niveles deficientes.

MEDICION DEL pH Los dos mtodos comunes para medir el pH del suelo son:

a) Mtodo colorimetrico.-generalmente se usa el HELLIGE TRUOGEste mtodo requiere menos trabajo, los resultados nos proporcionan con rapidez y facilidad, pero son de menor precisin. Se basa en el uso de sustancias qumicas llamadas indicadores que son sales de cidos dbiles orgnicos que cambian de color de acuerdo con la concentracin de H del medio donde estn disueltos.

b) Mtodo electromtrico.- Potencimetro o peachimetro, con sus diferentes modelos.El potencimetro presenta dos electrodos: uno de vidrio y otro de calomel o referencia.La parte sensible del aparato a los cambios de pH es el electrodo de vidrio, que por medio de una pared de vidrio especial muy delgada desarrolla un potencial elctrico que depende de la actividad de los iones H de la solucin en que esta sumergida.

ESCALA DE pH DEL SUELO

ORIGEN DE LA ACIDEZ DEL SUELODentro de estas fuentes tenemos:Iones de H cambiables que provienen de la superficie del mineral arcilloso que son neutralizados a pH bajos < 4.0.Iones de Al cambiables que constituyen el segundo grupo de radicales cidos a neutralizarse entre pH 4.0 5.5.Iones que provienen de los grupos SiOH y AlOH estructurales de los minerales arcillosos.La fraccin coloidal tiene mayor importancia en la acidez del suelo, sobre todo en ella se encuentra los iones H, Al, Fe++, Fe+++ y Mn. Los cuales al estar en forma cambiable pueden pasar a la solucin suelo. Una vez en la solucin ellos reaccionan con el agua formando hidrxidos y liberan iones H, los que disminuirn el pH del suelo.Ejm. Al + H2O Al(OH) + HLa transformacin de la MO por los microorganismos producen una serie de cidos orgnicos de tipo carboxlico, fenlico, etc.Los cidos solubles provienen de aplicaciones intensivas de fertilizantes (sulfatos y nitratos de amonio) en suelos de poca capacidad tampn resultando acumulaciones de HNO3 y H2SO4.

PRINCIPIOS DE ENCALADOEl encalado es prctica agronmica que consiste en la aplicacin de enmiendas qumicas al suelo para corregir o neutralizar la acidez de los suelos, a la vez que sirve para reponer Ca que se pierde por lavado, por extraccin de las cosechas y erosin. Adems para aumentar el pH. Efecto sobre las propiedades fsicas:-Mejora la agregacin de partculas y estructura, aireacin y movimiento de agua.Efecto sobre las propiedades qumicas:-aumento de iones OH y disminucin de H.-disminucin de toxicidad de Al, Mn y Fe-regula disponibilidad de P y Mo.-Aumenta disponibilidad de Ca y Mg.-Aumenta el %SB.Efecto sobre las propiedades biolgicas: -mejora las condiciones de desarrollo de microorganismos, especialmente bacterias. -mejora fijacin simbitica de N por leguminosas. -estimula la actividad microbiana en el suelo.

MATERIALES DE ENCALADO

Calcita CaCO3 Dolomita CaMg(CO3)2Oxido de calcio CaO Hidroxido de calcio Ca(OH)2Gredas Escorias industrialesResiduos de la produccin de cemento

MATERIA ORGANICA EN EL SUELOLa materia orgnica del suelo constituye un sistema complejo y heterogneo, con una dinmica propia e integrado por diversos grupos de sustancias. La materia orgnica del suelo se compone de vegetales, animales y microorganismos vivos, sus restos, y las sustancias resultantes de su degradacin fsico-qumica. Normalmente representa del 1 al 5% en peso, aunque esta proporcin puede ser muy variable dependiendo del momento del ao, tanto en suelos agrcolas (por causa de la fenologa del cultivo o la poca de cosecha) como naturales (dependiendo en este caso de la presencia de especies caducifolias o perennes, por ejemplo). Es de gran importancia por su influencia en la estructura, en la capacidad de retencin de agua y nutrientes, y en los efectos bioqumicos que causa sobre los vegetales.

El concepto de materia orgnica del suelo se usa generalmente para referirse a los componentes de origen orgnico del suelo, incluyendo los tejidos animales y vegetales, los productos de su descomposicin parcial y la biomasa del suelo.

PROPIEDADES DE LA MATERIA ORGNICA DEL SUELOLa materia orgnica del suelo se caracteriza por una serie de propiedades fsicas, qumicas y biolgicas, que condicionan a su vez las propiedades del suelo.Propiedades fsicas:La materia orgnica humificada proporciona un color oscuro al suelo.El humus tiene mayor capacidad de retencin de agua que la arcilla.La materia orgnica influye en el ciclo de la energa en los ecosistemas.La materia orgnica favorece el desarrollo de la estructura del suelo.Propiedades qumicas:Como coloide floculado, la materia orgnica humificada acta como agente cementante de las partculas de arcilla floculada y de las partculas de tamao limo, constituyendo agregados y proporcionndoles estabilidad.La capacidad aproximada de intercambio catinico del humus es elevada.Es un agente activo de alteracin de los minerales, debido a su carcter ligeramente cido.Su mineralizacin proporciona elementos minerales solubles, asimilables por las plantas, ya sea en forma de aniones (CO3=, NO3-, PO43-, CO4=, HCO3-, etc.) o cationes (NH4+, K+, Ca2+, Mg2+, Fe2+, etc.).Propiedades biolgicas:La materia orgnica del suelo constituye una importante fuente de energa y nutrientes para los microorganismos del suelo.Favorece el desarrollo y formacin de las races principales y secundarias (accin rizgena).Favorece los procesos de intercambio de fluidos, al influir sobre la porosidad y la estructura del suelo.

SALINIDAD DE SUELOSUn suelo es salino cuando tiene un exceso de sales solubles, cuyos iones en la solucin del suelo impiden o dificultan el desarrollo normal de las plantas.Se consideran sales solubles las que estn compuestas por los siguientes iones:Cationes: calcio, magnesio, sodio, potasio.Aniones: cloruro, sulfato, bicarbonato, carbonato.

CONDUCTIVIDAD ELCTRICAEs la medida de la cantidad de corriente que pasa a travs de la solucin del suelo.La conductividad elctrica de una solucin es proporcional al contenido de sales disueltas e ionizadas contenidas en esa solucin.Por tanto, el contenido de salino de una solucin se conoce midiendo la conductividad elctrica de la solucin, mediante la frmula: ST = 0,64 CE

La conductividad electrica (CE) se expresa en:

deciSiemens / metro (dS/m)

milimhos / centmetro (mmho/cm) 1 dS/m = 1 mmho/cm

Contenido total de sales (ST) se expresa en:

gramos / litro de disolucin (g/l)

SUELOS SALINOSSuelos Normales: C. E. < 4 dS/m a 25C y PSI 4 dS/m a 25C. y PSI < 15%. pH < 8.5.

lcali blanco y a los solonchak . En estos suelos, un drenaje adecuado permite eliminar por lavado las sales solubles, volviendo nuevamente a ser suelos normales.

Suelos Salino Sdicos: C.E. > 4 dS/m a 25C. y PSI >15%. pH > 8.5.

Este tipo de suelos se forma como resultado de los procesos combinados de salinizacin y acumulacin de sodio. Siempre que contengan un exceso de sales, su apariencia y propiedades son similares a las de suelos salinos.

Suelos Sdicos No Salinos: C.E. < 4 dS/m a 25C. y PSI >15%. El pH vara entre 8.5 y 10.

Estos suelos corresponden a los llamados alcalinos negros por Hildgard y en ciertos casos, a los solonetz de los autores rusos.

Un suelo exhibe una FERTILIDAD Qumica ideal cuando:

*Posee pH ligeramente cido a neutro (6 - 7) *Posee una alta CIC, alto porcentaje de saturacin de bases, y adecuado balance catinico.* Posee P y K disponibles, lo suficientemente altos.* La CE es al menos menor a 2 mMhos/cm 2 dS/m.

FUNCIONES DEL HUMUS

Acta como reservorio que regula los ciclos biogeoqumicos.

Juega un papel importante en el establecimiento de la estructura del suelo y de su estabilidad.

Contribuye a determinar la capacidad de cambio del suelo, manteniendo los cationes bajo forma intercambiable y disponible para los vegetales.

Participa en el establecimiento del pH del suelo y del poder tampn.

Retiene agua.

Absorbe virus, sustancias txicas, enzimas, etc., pudiendo contrabalancear los efectos perjudiciales de distintos compuestos y/o ejerciendo un efecto estimulante sobre la fisiologa de los vegetales.

Breve descripcin de algunas arcillasLas montmorillonitas son arcillas adhesivas y expansibles. Se conocen como tipo 2:1, lo que indica 2 lminas tetradricas de Slice y una lmina octadrica de Aluminio en medio de aquellas para formar una capa.

b) La ilita, con una estructura semejante a la montmorillonita (Tipo 2:1). La alta cantidad de K entre capas adyacentes (en cavidades hexagonales, le impide penetrar el agua, por lo que tiene una moderada expansin. Dado que su estructura es similar a los minerales micceos, se asume que se derivan de stas por prdidas y/o alteracin parcial de K.

c) La verniculita es similar en estructura a la ilita pero tiene capas ms dbilmente unidas por magnesio hidratado (en vez de K). Por ello es que la verniculita tiene ms expansin que la ilita, pero no tanto como la montmorillonita. Asimismo exhibe una alta capacidad de intercambio catinico.

d) La clorita, denominada arcilla 2:2. Similar a la verniculita, pero el Mg hidratado (Brucita) prcticamente se constituye en una lmina octaedral.

e) La caolinita, comn en suelos cidos y muy intemperizados, es una arcilla 1:1. En la caolinita, casi no se ha producido sustitucin de Al+++ por Si+++ en las lminas tetraedrales, o Mg++ por Al+++ en las lminas octaedrales, por lo que la carga negativa es muy baja.

IMPORTANTE:

UN SUELO EXHIBE UNA FERTILIDAD FSICA IDEAL CUANDO :* Es de textura media y con suficiente materia orgnica para favorecer circulacin del aire y el almacenamiento de agua.* Posee una buena estructuracin (migajosa) y por tanto es poroso.* Tiene una buena profundidad efectiva y es adecuadamente permeable.

UN SUELO EXHIBE UNA FERTILIDAD QUMICA IDEAL CUANDO:* Posee pH ligeramente cido a neutro (6 - 7).* Posee una alta CIC, alto porcentaje de saturacin de bases, y adecuado balance catinico.* Posee P y K disponibles, lo suficientemente altos.*La CE es al menos menor a 2 mMhos/cm 2 dS/m.

UN SUELO EXHIBE UNA FERTILIDAD BIOLGICA IDEAL, CUANDO:* Posee un alto porcentaje de Materia Orgnica.* Posee adecuao drenaje.* No se abusa del uso de agroqumicos.Se aplica rotacin de cultivos planificado.