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De la calidad de los suelos depende la fertilidad y la sustentabilidad de la
agricultura …
¿Qué es el suelo?
• Desde un punto de vista agronómico
Es un sistema complejo orgánico-mineral, no renovable a corto plazo, situado entre la atmósfera y la litosfera, capaz de permitir la vida y la existencia de todos los ecosistemas terrestres y de las actividades asociadas.
De acuerdo a la definición, el suelo se
despliega en el espacio y evoluciona con el tiempo, como todo recurso natural.
¿Qué es el suelo?
• Desde un punto de vista físico-químico
el suelo es un sistema trifásico con las tres fases en intercambio activo:
Sólida (matriz mineral y orgánica) Líquida (la solución del suelo) Gaseosa (el aire en sus poros). Cuantificando, desde el punto de vista del cultivo, un suelo podría mantener un equilibrio estructural con un 50 % de fase sólida ( un 45% de materia mineral, y un 5% de materia orgánica) un 25% de solución acuosa y un 25% de aire
En las interfases es donde ocurren los intercambios y los fenómenos de superficieLa fase sólida del suelo (mineral + orgánica) se presenta como partículas de tamaños muy variados, desde cm a micrones
Sistemas materiales
SOLUCIÓN
MEZCLA - grosera
- coloidal
¿A qué se llama la fracción coloidal del suelo?
Son las partículas con tamaño menor a 2 micrones
Puede demostrarse que cuanto menor es la partícula, mayor es la superficie por unidad de volumen de un sólido muy dividido respecto al mismo volumen sólido sin dividir
Por eso , los fenómenos físico-químicos que ocurren en la superficie de las partículas se incrementan muchísimo a medida que las fases sólidas se subdividen
Tamaños aproximados de partículas dispersas
Mezcla Ejemplo Tamaño de la partícula Suspensión Arena en agua Mayor de 20 000 Å Dispersión coloidal Almidón en agua 10 a 20 000 Å Solución Azúcar en agua 1 a 10 Å
Según Whitten, K. “Química General”
Recordar 1 μ (micrón) = 1. 10-6 metros = 1000 nm (nanometros) = 10.000 amstrongs
El término COLOIDAL no se refiere a un tipo de sustancia, sino a un tipo de sistema material .
Puede parecer homogéneo pero es un sistema heterogéneo a pesar del tamaño tan pequeño de su fase sólida, pero este mismo tamaño de partícula otorga al sistema propiedades especiales, diferentes a las de una mezcla más gruesa.
¿Qué es el suelo?
• Desde el punto de vista biológico es un ecosistema completo con
relaciones entre microorganismos, hongos, raíces, etc.
Existen cadenas tróficas, entrada y exportación de nutrientes.
Es parte del ciclo natural de todos los elementos de la biosfera
Algunos aspectos de cómo se lo puede estudiar con fines de mejorar su productividad
• Desde el punto de vista físico Textura, permeabilidad, compactación• Desde el punto de vista químico Análisis de composición y equilibrios• Desde el punto de vista físico-químico Fenómenos de superficie, adsorción, etc, dónde los
sistemas coloidales cumplen un papel fundamental• Desde el punto de vista biológico Microbiología, ecología, sustentabilidad• Desde el punto de vista agronómico Tipo de manejo y de cultivo
¿Qué es el suelo?
La disponibilidad de los nutrientes
La fuente inmediata de nutrientes para ser absorbidos por la raíz son los solutos disueltos en la solución del suelo .
• Por ello debe tenerse en cuenta las distintas formas químicas de cada elemento en la condición actual de ese suelo que condicionan su disponibilidad.
La fertilidad de los suelos y la disponibilidad de los nutrientes
Recordar que
La concentración de los solutos cumple siempre la ley del equilibrio químico (las Keq) con todos los compuestos presentes.
La estructura del suelo define la presencia y circulación de las fases líquida y gaseosa.
Influyen el pH, el potencial de óxido reducción, las constantes ácido-base, de formación de complejos y las de precipitación, la temperatura.
La fracción sólida del suelo retiene iones y moléculas por distintos mecanismos: intercambio de cationes y aniones, precipitación, fuerzas de van der Waals, formación de complejos y retención dentro de las células microbianas.
La fertilidad y la disponibilidad de los nutrientes en la solución del suelo
• ENTRADA de nuevos nutrientes a la solución del suelo - por intemperización, - disolución, - aporte y descomposición de la materia orgánica- actividad del metabolismo microbiano (mineralización)- la lluvia y el riego, - la fertilización - la liberación de iones retenidos en la fracción coloidal del suelo.
• SALIDA de los nutrientes de la solución del suelo - por absorción radicular- consumo por parte de los microorganismos del suelo para su
metabolismo (Inmovilización)- adsorción al complejo sorbente- precipitación de los insolubles,- lavado de los solubles (percolación, lixiviación), - complejación, etc
MATERIA ORGANICA (MO) EN LOS SUELOS
ORIGEN , FUNCIONES E IMPORTANCIA
Materia orgánica en los suelos (MO) : definición y composición
química Es una fracción de sólidos del suelo (entre el
5-10% de los sólidos y entre el 2-5% del suelo) de naturaleza química orgánica, que incluye :
• Restos vegetales y animales en diferentes estados de descomposición
• Los tejidos y células de organismos que viven ó vivieron en él (biomasa) y las sustancias que producen
• Una fracción de compuestos orgánicos estables, de difícil descomposición (HUMUS)
Origen de la materia orgánica del suelo
• El aporte principal proviene de los residuos de vegetales, porque en general los residuos animales se descomponen rápido sin dejar compuestos duraderos.
• En segundo lugar hay que tener en cuenta los materiales orgánicos provenientes del metabolismo y muerte de los microorganismos y microfauna del suelo deben porque han captado mucho N, P y otros nutrientes en su crecimiento, que luego, al morir, reintegran al suelo.
Los restos de seres vivos constituyen la materia orgánica
fresca El material fresco es muy similar al del ser vivo
organizado del que proviene.
• Está compuesto principalmente por: - hidratos de carbono (en particular celulosa y otros
polisacáridos) - lípidos (grasas, aceites, ceras y carotenoides) - compuestos cuaternarios (con N: proteínas, alcaloides
y otros derivados de bases orgánicas, purinas, pirimidinas y ácidos nucleicos, clorofila)
- compuestos fenólicos (resinas, ligninas y taninos)- ácidos orgánicos, ésteres, etc.
Representación de algunas estructuras en seres vivos
proteínaARN
polisacárido
lípido
Lignina de madera
suave
Compuestos principales en tejidos vegetales
% aprox. peso seco
Evolución de los materiales orgánicos frescos
• Cuando los restos llegan al suelo tienen aún un elevado grado de humedad lo que favorece la acción de microfauna, hongos y microbios. A mayor ó menor velocidad según el clima, los tejidos son atacados y utilizados por los organismos del suelo.
• La celulosa, hemicelulosas, almidones, proteínas son consumidos como alimento de los organismos del suelo. Inicialmente son degradadas a compuestos intermedios y luego “respiradas” como fuente de energía liberándose productos simples como CO2, NH3, H2O, HPO4
-2, etc (mineralización).
• En pocos meses se descompone el 60 a 80 % de la materia orgánica. Los compuestos aromáticos (fenólicos , como ligninas, taninos y resinas) y los lípidos son mucho más resistentes a la degradación. Nuevas reacciones originadas por el metabolismo microbiano y por las condiciones ambientales del suelo originan nuevos compuestos más complejos.
Origen y destino de la MO en el suelo
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Origen y destino de la MO en el suelo
La biota del suelo la compone el conjunto de la fauna y la flora que viven en el; la gran mayoría de los organismos del suelo vive en las capas superficiales de residuos vegetales frescos, donde son convenientes las condiciones de humedad, temperatura, ventilación y luminosidad.
La mayoría de los animales de la meso y macrofauna del suelo, a excepción de los anélidos, viven en la capa superficial del mismo. Las lombrices son las más importantes de la fauna en la formación del suelo. En las zonas tropicales desempeñan un gran papel las hormigas, las termitas y otros.
Los restos orgánicos son accesibles a los microorganismos después que son fraccionados por la meso y macro fauna
El hombre impacta la génesis del suelo a través de la acción que hace sobre la vegetación, como son las practicas agrícolas, el desarrollo de industrias y centros urbanos. El uso que hace de maquinaria pesada influye en las propiedades físicas del suelo causando algunas veces, grandes problemas de erosión. Igualmente el hombre, es capaz de hacer grandes movimientos de suelo modificando el paisaje y el tipo de suelo desarrollado.
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Todos los restos vegetales y animales que llegan al suelo originan la materia orgánica. La principal fuente son los residuos vegetales: - aportan energía y alimento a los organismos del suelo, - son la materia prima para la formación de los coloides orgánicos (humus) que se acumulan en el suelo.
Origen y destino de la MO en el suelo
Descomposición oxidativa• Ocurre la respiración de los
compuestos que constituyen alimento para los microorganismos liberándose CO2 por cada C que constituía las moléculas orgánicas.
• Otros elementos presentes son también utilizados y “mineralizados” (pasaje de formas orgánicas a inorgánicas).
• Los residuos de esqueleto sufren grandes alteraciones que los transforman en HUMUS
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Ejemplo
CO2
NH4+
Resto carbonado
HumificaciónEs, entonces, una serie de reacciones bioquímicas
muy complejas de descomposición y deshidrogenación, posterior síntesis y condensaciones con sustancias nitrogenadas, llevadas cabo por enzimas microbianas.
Aparecen nuevos compuestos intermedios (ácidos fúlvicos, ácidos húmicos y huminas)
Así, a medida que se les quita las partes fáciles de atacar, los restos originales se transforman en sustancias orgánicas cada vez más estables, de alto PM, muy resistentes a la descomposición en conjunto denominadas HUMUS.
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Características del humus• Constituido por partículas coloidales. Gran área superficial
(hasta 800 – 900 m²/g)• Peso molecular 2000 – 200 000 g/mol• Elevada capacidad de retención de agua
(hasta 80 – 90 % en peso)• Formación de complejos arcilla – humus• Baja plasticidad y cohesión ayuda a la formación de
agregados y poros• Color oscuro• Alta capacidad de adsorción e intercambio de cationes
(CIC), dependiente del pH (150 – 300 mequiv/ 100g)• Efecto en la disponibilidad de nutrientes:
- facilita la liberación de cationes desde los minerales y los retiene en forma fácilmente disponible - libera N y otros nutrientes asimilables en forma paulatina
Algunas características de sustancias húmicas
Modelo de estructura de ácido fúlvico
Estructuras propuestas para ácidos húmicos
Procesos en que interviene la MO en el suelo
• Suministro de nutrientes (N, P, S y micronutrientes) debido a su mineralización.
• Contribución a la capacidad de intercambio catiónico.• Estabilidad de la acidez del suelo por su poder buffer.• Retención de agua en el suelo• Retención y regulación de la disponibilidad de nutrientes por
su capacidad de formación de quelatos. Es importante sobretodo en aquellos cationes que de otro modo tenderían a formar compuestos muy poco solubles
• Estabilizadora de agregados y de la estructura del suelo• Como donora de electrones favorece los procesos de
reducción, en particular del hierro (gleisación).• Vuelta del S y el N a la atmósfera por volatilización.• Inactivación de plaguicidas por adsorción, fijación de P.• En el suelo se cumple la parte del ciclo natural de los
elementos que la componen.
Modelo de agregación de ácidos fúlvicos en agua (tienden a la asociación)En la composición
de la materia orgánica abundan elementos electronegativos ricos en electrones.
Por eso sus propiedades principales se basan en fuerzas intermoleculares bastante fuertes y en muchos puntos.
Asociación Agregación
Retención Adsorción
Complejación
Unión de sustancias húmicas con varios minerales
Modelo de HA solvatado y acomplejando Al
Formación de agregados arena/arcilla – humus - Los trabajos de investigación demuestran la existencia de MO unida a los minerales del suelo tanto en las macro partículas como en las micro partículas.
- La MO que resulta más constante y protegida es la unida a micro partículas
Complejo arcilla humus
Unión de sustancias húmicas con arcillas
Estabilidad de agregadoscon materia orgánica con poca materia orgánica
Importancia de la MO en las propiedades de los suelos
• Favorece la formación de agregados estables dando estructura al suelo.
• Aumenta notablemente la capacidad de intercambio catiónico dependiente del pH.
• Disminuye la plasticidad de las arcillas por lo tanto mejora la granulación.
• Reduce la cementación del suelo y favorece aireación.• Oscurece el color, con los que aumenta su capacidad de captar
la radiación solar y eleva así su temperatura.• Hace más eficiente el aprovechamiento del agua: mejora la
infiltración, reduce la pérdida de agua por evaporación, mejora el drenaje en suelos finos, promoviendo así un sistema radicular más profundo, mayor aireación y crecimiento de las plantas.
• Influye en la retención y regulación , disponibilidad y suministro de nutrientes.
• Con sus grupos ácidos y bases débiles amortigua cambios de pH
Origen y destino de la MO en el suelo
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Inmovilización y exportación de nutrientes
• Los nutrientes mineralizados (ó los que provengan de la fertilización) pueden quedar inmovilizados durante un período de tiempo en el protoplasma vivo de los microorganismos que los utilizaron.
• Estos al morir retornan a ser MO.• Los frutos, hojas y semillas útiles de las
plantas cultivadas exportan los nutrientes del suelo
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La relación C/N : Es uno de los índices del estado de fertilidad. Se obtiene como el cociente entre el % de C y el
% de N resultantes del análisis de un suelo
1) Un suelo con la MO estabilizada (la que ya no se descompone), con baja actividad microbiana, alto nitrógeno (todo mineralizado) tiene una relación C/N baja.
2) Si se incorporan grandes cantidades de tejido orgánico fresco, sube mucho la relación C/N y los microorganismos se multiplican rápidamente. Para su metabolismo necesitan N, por lo que el contenido de nitrato disponible baja hasta cero por inmovilización
3) Al mismo tiempo se observa la evolución de CO2 por la degradación y la respiración de los microorganismos. Así, la relación C/N va bajando gradualmente porque el CO2 se elimina pero el N total se conserva.
4) Finalmente los propios microorganismos muertos son degradados por los vivos, su N mineralizado y la relación C/N queda baja otra vez.
Una relación C/N baja suelos estabilizados con N disponible, Una relación C/N alta indica que se encuentra en plena
actividad mineralizadora con nutrientes retenidos por los microorganismos.
Relación aproximada C/N de algunos materiales orgánicos- Rastrojos con relación C/N baja tienen bastante N para la biomasa y las
plantas durante la descomposición. Pero rastrojos con relación alta dejarán a las plantas deficientes de N durante este proceso.
MATERIAL C/N
hojas de árbol 45 – 70
corteza de árbol 80
madera 130 – 400
trébol 8 – 16
alfalfa (brotes, raíces, 10 a 40 días) 9 – 17
insectos 5 – 10
hongos 11 – 45
bacterias 5 – 14
bagazo de caña 50
paja 80
aserrín 400
humus del suelo 10 - 20
Determinación analítica de % C y de % MO de un suelo
• El método más utilizado es el de digestión húmeda de Walkey y Black que consiste en determinar el % C orgánico por medio de la oxidación de la MO del suelo por reacción con dicromato de potasio en medio de ácido sulfúrico concentrado.
• La técnica más adecuada es la de la titulación por retorno del oxidante Cr2O7
-2 por medio de una volumetría de óxido-redución con sal de Mohr (sulfato de Fe (II) y amonio) como titulante y con difenilamina como indicador redox.
Reacciones de oxidación con dicromato de este método
Son las siguientes:1) Oxidación del carbono que compone la materia orgánica:
2) Titulación del oxidante en exceso por reacción con sal de Mohr
Fe 6 OH 7 Cr 2 Fe 6 H 14 OCr
)1e Fe (Fe 6
OH 7 Cr 26e H 14 OCr
32
32-272
-32
23--2
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3C OH 14 Cr 4C 3 H 28 OCr 2
)4e C (C 3
O)H 7 Cr 2 6e H 14 O(Cr 2
23-4-2
72
--4
23--2
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Titulación por retorno• Una titulación “por retorno” puede hacerse en
todas las volumetrías donde no se encuentra un punto final nítido o cercano al punto de equivalencia.
• Consiste en agregar un EXCESO MEDIDO de la sustancia que debe reaccionar con lo que quiero analizar y, una vez que reaccionan, titular el reactivo restante.
• Se calcula entonces por diferencia:
Nº eq. analito de interés = Nº eq. Reactivo Totales - Nº eq. React. sobrantes
Algunas consideraciones• La masa de C orgánico se calculará a partir del número de
equivalentes de dicromato gastados para la oxidación de la materia orgánica , multiplicados por el peso equivalente del Carbono en la materia orgánica en su oxidación.
(¿cuánto vale el Peso Equivalente de C en la reacción 1)?)
• El método no oxida el total del C orgánico sino que la reacción tiene una eficiencia del 75 %
Por eso si se quiere calcular el %C orgánico total la masa resultante debe multiplicarse por un factor 100/75.
Si la masa no se multiplica se obtiene el % C orgánico fácilmente oxidable
• El carbono orgánico determinado se expresa como % de C en 100g de suelo seco.
La valoración en el método de Walkey y Black
• Se trata de una volumetría redox con una sal ferrosa (hierro II) que se oxida a Fe+3.
• Todas las sales de ión ferroso son bastante inestables frente a su oxidación a ión férrico en condiciones ambiente.
Una de las más estables, la sal de Mohr, es el sulfato doble de amonio y hierro (II) . Se obtiene en forma cristalina como hexahidrato, pero está lejos de tener calidad de patrón primario debido a la variable cantidad de agua de hidratación y la oxidación del ferroso.
Sus soluciones tampoco son estables, por lo que se deben titular poco antes de ser usadas.
La valoración en el método de Walkey y Black
• Pero el método es útil porque la sal K2Cr2O7 sí puede obtenerse con calidad de patrón primario. Entonces, en este método servirá tanto como oxidante como de patrón primario para la valoración de la sal de Mohr.
• Para realizar esa valoración se realiza una titulación sin muestra de suelo, de una cantidad exactamente medida de dicromato de potasio (patrón primario) con la sal de Mohr que se usará. Se obtiene entonces la normalidad real de la sal ferrosa en el momento.
• La valoración podría hacerse de muchas formas pero se aprovecha a hacerla en las mismas condiciones en que se hará la oxidación de materia orgánica, para que además sirva de blanco de reactivos y de posibles oxidantes.
El método de Walkey y Black• Paralelamente, se realiza la oxidación de la materia
orgánica. Se ponen en contacto una cantidad de dicromato de potasio (igual a la usada anteriormente en la valoración sin muestra de suelo), con agregado de un volumen de ácido sulfúrico concentrado .
• Un tiempo de espera y un movimiento de erlenmeyer permite que ocurra la oxidación. Luego se titula con la misma sal de Mohr, pero esta vez sólo el dicromato de potasio restante una vez oxidada la materia orgánica de la muestra, ya que parte de este reactivo se gastó en el proceso.
• Por eso se dice que realizó una titulación por retorno• Un beneficio adicional de la titulación por retorno es que
el exceso de reactivo dicromato asegura que se haya oxidado todo el carbono fácilmente oxidable, que es lo que reacciona en este método.
Procedimiento de la oxidaciónSe pesará una muestra de suelo cuya la cantidad variará desde 0,05 a 0,2 g
para suelos más pobres en materia orgánica (estimación según origen)
Oxidación de la materia orgánica: Colocar la muestra de suelo en un erlenmeyer de 250 mL. Agregar 5,0
ml (pipeta aforada) de K2Cr2O7 1N y 10 mL de H2SO4 concentrado efectuando movimientos de giro al erlenmeyer. Continuar rotando con movimiento constante durante un minuto, asegurándose que todo el suelo este en íntimo contacto con la solución y evitando que quede muestra en las paredes del recipiente. Dejar la muestra en reposo durante 20 minutos.
Valoración de la solución de sal de Mohr a utilizar: En el tiempo de espera se preparará otro erlenmeyer repitiendo todos
los agregados del punto anterior pero sin muestra , para titularlo con la solución de sal de Mohr de concentración aproximada que colocará en la bureta.
Observe que en realidad calcula el factor de la sal de Mohr respecto al dicromato de potasio patrón primario, aunque éste esté en el erlenmeyer. Esta operación sirve además para control de los reactivos respecto a posibles impurezas oxidantes y como un blanco de reactivos.
Procedimiento de la titulación Se procederá sin tiempo de espera a titular el blanco de reactivos con la
solución de sal de Mohr, de la siguiente forma: Diluir con cuidado el contenido del erlenmeyer con H2O hasta 50 ml y
dejar enfriar. Añadir 5 ml de H3PO4 al 85 %, una punta de espátula de NaF y 15 gotas de difenilamina .
Valorar con la solución de sal de Mohr. El color es primero verde oscuro, luego pasa a azul turbio y en el punto final toma color verde brillante.
Calcular la normalidad real de la solución de sal de Mohr.
• Valoración por retorno de las materia orgánica del suelo: Pasado el tiempo de oxidación de la materia orgánica del erlenmeyer
con muestra de suelo, se titula en el exceso de dicromato con la solución de sal de Mohr, de la misma forma y con las mismas precauciones y agregados que los indicados para el “blanco” de reactivos.
Los agregados de H3PO4 y de F- tienen la finalidad de complejar el ión férrico producto, para garantizar un punto final bien nítido.
Cálculos
Vb: Volumen (mL) de solución de sal de Mohr consumidos en el erlenmeyer de blanco de reactivos, sin muestra (equivalentes de dicromato total)
Vm: Volumen (mL) de solución de sal de Mohr usados en la titulación del erlenmeyer donde se oxidó la muestra (equivalen de dicromato en exceso)
Pm: masa de la muestra en gramos N: normalidad real de la solución de sal de Mohr 0,4: Factor que representa los gr. de C oxidados con 1mL de solución de dicromato 1N
(1mEq).
Este factor 0.4 se obtiene de:
Donde - 1 es 1 mL de solución de K2Cr2O7 1N - Es el peso de 1 meq de Carbono en g (proviene de la ecuación de la oxidación del carbono orgánico) - 100 es para expresar la ecuación en % - 0.75 es el factor de corrección debido a la eficiencia del proceso de oxidación citado anteriormente.
Pm
NVmVbCorganico
4,0)(%
4.075.0
100
4000
121 xx
10004
12
x
El % de Materia Orgánica
• El valor % de Materia Orgánica de un suelo se estima a partir del valor % de Carbono total.
• Para ello, se considera la abundancia promedio de C en la materia orgánica que es del 58 %.
Por lo tanto, una vez obtenido el valor %C, el factor de conversión para expresar % C como % de Materia Orgánica es 100 / 58 y se aplica la siguiente fórmula:
% de Materia Orgánica = %C org. Total x 1,724 (100 / 58 = 1,724)
Un ejemplo de ácido fúlvico al pH medio del suelo : parcialmente
ionizadoNa+
Ca++Otra partícula cargada negativamente
Ca++
Na+
Otra partícula cargada negativamente
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO DE IONES DE LOS SUELOS
Concepto , determinación e importancia
La fertilidad de los suelos• La fertilidad del suelo se define en términos de existencia de
nutrientes disponibles para las necesidades de las plantas.
• Los solutos de la solución del suelo son la fuente inmediata de nutrientes de la raíz. Su concentración cumple la ley del equilibrio químico entre las las fases presentes.
• Nuevos nutrientes entran a la solución del suelo por erosión, descomposición de la materia orgánica, la lluvia, el riego, la fertilización y la liberación de iones retenidos en la fracción coloidal del suelo.
• Los suelos retienen iones y moléculas por intercambio de cationes y aniones (este efecto es el más importante) además
de por precipitación, fuerzas de van der Waals, formación de complejos y retención dentro de las células microbianas.
• Los nutrientes salen del suelo por lavado, erosión y otras pérdidas, pero sobretodo por la extracción de la cosecha.
• El método de diagnóstico es el análisis químico para cada elemento.
• Debe tenerse siempre en cuenta la diferente disponibilidad y solubilidad de las distintas formas químicas del elemento en la condición fisicoquímica real de ese suelo.
• Debe conocerse el significado de la fracción analizada según el método de extracción del suelo en cada análisis.
Capacidad de intercambio iónico
Se define como intercambio iónico a los procesos reversibles por los cuales las partículas sólidas del suelo adsorben iones de la solución del suelo y luego los cambian por otros iones en cantidades equivalentes, llegando al equilibrio entre las fases.
La adsorción es un proceso dinámico que se ocurre en la superficie de las partículas, donde pueden participar fuerzas electrostáticas, fuerzas de Van der Waals y químicas.
La adsorción es un proceso que ocurre en la superficie de las partículas. Por lo tanto, las partículas coloidales (1-1000 nm), que presentan enorme superficie por unidad de volumen, son las principales responsables de los fenómenos de adsorción.
Los iones son adsorbidos electrostáticamente.
Los iones se intercambian fácilmente mientras se mantenga electroneutralidad.Como quedan en forma disponible, constituyen la reserva de nutrientes de las plantas.
• El complejo sorbente se refiere a la fracción coloidal del suelo, parte más fina de la fase sólida, la principal responsable de los fenómenos de adsorción.
Comprende
- materiales inorgánicos: arcillas y los óxidos hidratados de Fe, Mn y Al , donde existen.
- materiales orgánicos: el humus (fracción estable de la MO)
Naturaleza del complejo sorbente
El sistema coloidal presenta cargas de diferentes orígenes: La carga negativa en los coloides del suelo genera intercambio catiónico.
- En los coloides inorgánicos: aparece por - Sustitución isomórfica: en la estructura laminar de los aluminosilicatos (carga permanente) - Disociación de grupos funcionales ácidos en las aristas y
superficies externas de las arcillas (carga variable con el pH)
- En los coloides orgánicos: aparece por la disociación de grupos ácidos débiles típicos de los ácidos fúlvicos , húmicos , las huminas y el humus (carga variable con el pH)
Las cargas negativas aumentan al aumentar el pH
En los pHs más comunes del suelo el intercambio catiónico tiene mucha mayor importancia que el aniónico
La carga positiva en los coloides del suelo genera intercambio aniónico.
- En los coloides inorgánicos: aparece porla existencia de minerales particulares (según la
geología ) que son los óxidos anfóteros de hierro que reaccionan como ácido de Lewis, según
Fe(OH)3 + H+ [Fe(OH)2(H2O)]+
Y toda la partícula coloidal queda cargada positiva
- En los coloides orgánicos: aparece por protonación del grupo amino que pasa a ser alquilamonio,
toda la partícula coloidal queda cargada positivamente debajo del punto isoeléctrico (pH en el que el N° de cargas negativas es igual al de las positivas), este es un pH variable y bajo (alrededor de 4)
Sustitución isomórfica en la red cristalina de sílicoaluminatos
Naturaleza de los cationes adsorbidos
- Los principales cationes intercambiables son H+ , Ca+2 , Mg+2 , K+ y Na+ , en mucha menor proporción se encuentran NH4
+, Mn+2, Cu+2, Zn+2, Al+3, Fe+2 y Fe+3 principalmente en suelos ácidos.- Cada uno de ellos se fija al coloide con distinta intensidad de acuerdo a su carga y a su radio de hidratación (según la ley de Coulomb). - Se ordenan energías de fijación decrecientes según
H+ >Ca+2 >Mg+2 >K+ > Na+, NH4+
La suma de todos los cationes intercambiables equivale a lo que se denomina Capacidad de Intercambio Catiónico de un suelo (C.I.C.) que se expresa en miliequivalentes de carga por 100gr de suelo.
Factores que cambian la concentración de cationes en la solución del suelo en equilibrio
respecto a la adsorción de cationes
• Dilución de la solución del suelo por la lluvia ó riego que lixivian cationes y aniones no adsorbidos y aportan H+ por traer CO2 disuelto.
• Aporte constante de determinado catión por riego.• Respiración de las raíces y la biomasa que consume O2 y
genera CO2 que en agua provee H+ como ácido .• Descomposición de la materia orgánica que genera NH4
+,
que es fijado y CO2, o sea más H+ .• Aporte de fertilizantes solubles.• Lenta intemperización de arcillas que provee más cationes.• Transformación bioquímica de amonios a nitritos y nitratos.• Absorción por parte del sistema radicular de la planta.• Precipitación de sales insolubles. Complejamiento.
C. I. C. La capacidad de adsorción total de un suelo, o sea la suma de todos los cationes adsorbidos, incluso el hidrógeno, es lo que se conoce como el valor T :
T (CIC) (meq /100 g suelo) La suma de las bases presentes en forma adsorbida es el valor S
CorrespondeCorresponde a los iones Ca+2 , Mg+2 , K+ , Na+. La diferencia (H) corresponde a la suma de los iones ácidos H+,
Al+3 , Mn+2, etc. T = S + H
Resulta más útil cuando el valor S se expresa como porcentaje de saturación de bases (V):
V = S/T . 100
La diferencia de 100 al valor V es lo que se denomina como porcentaje de instauración (I)
I = 100 –V = T – S . 100
T
Como se determina la C.I.C.• El método aprovecha el mismo intercambio. Se coloca en una
columna de vidrio una muestra de suelo tamizado, pesada y se pasa a través de ella (percolación) una solución concentrada de acetato de amonio a pH 7. El exceso de iones amonio y el pasaje lento que permitan el equilibrio, asegura que todos los cationes que estaban adsorbidos en el coloide pasen al eluído y sus sitios de adsorción queden intercambiados por amonio.
• En el eluído pueden determinarse los cationes básicos (valor S).• El suelo, en la columna, se lava con etanol para eliminar todos los
amonios no adsorbidos.• A continuación , el suelo se percola con una solución concentrada
de NaCl, que cambia NH4+4 por Na+ en los sitios de adsorción.
• El nuevo eluído tiene los equivalentes de amonio que corresponden a los sitios de adsorción ( valor T), que entonces se analizan cuantitativamente cono N amónico por el método de Kjehldal .
• El valor H se determina por diferencia.
Interpretación de las constantes características de la C.I.C. de los suelos
• Los valores obtenidos del análisis (en especial el valor T y el valor V , % de saturación de bases) son índices del estado de fertilidad de un suelo.
• Suelos con grandes cantidades de arcilla y materia orgánica tienen valores de T superiores a los arenosos.
• La facilidad con la que las planta absorben los cationes está ligada al valor V. Para suelos de una composición dada , el pH y la fertilidad aumentan al aumentar V.
• Los suelos de regiones secas presentan valores de V muy altos, mientras que los de las regiones húmedas son más pobres en cationes y ricos en H+ adsorbidos.
• La relación entre pH y V no es directa ( influye además el tipo de mineral , el catión predominante, la presencia de materia orgánica) pero va en el mismo sentido.
Algunos valores orientativos
Regiones áridas
Regiones húmedas
T 20-60 meq/100g
12-18 meq/100g
S 19-24 meq/100g
8-12 meq/100g
V = S/T. 100 92-95 % 60- 67%
pH (aprox) 7,0 5,5- 6,0
Importancia de la C.I.C. Este fenómeno, reversible, ilimitado, instantáneo y
estequiométrico es quizás poco conocido y valorado pese al enorme efecto que tiene en la fertilidad y en la naturaleza:
• Estructura y propiedades fisicoquímicas del suelo.• Retención de nutrientes ante el lavado de las lluvias.• Poner los nutrientes a disposición de las plantas de
manera gradual pero instantánea como un verdadero regulador (desplazamiento de los equilibrios hacia la solución del suelo).
• Participación en equilibrios de enmiendas por acidez.• Retención de fertilizantes y de nutrientes de la
descomposición de la materia orgánica.• Reserva de nutrientes.
La sustentabilidad
Los sistemas de regulación y de amortiguación que posee el suelo, resultantes de los variados equilibrios químicos que ocurren en la interacción suelo-cultivo,
pueden mantener la sustentabilidad si son ayudados y no sobrepasados
por el mal manejo.
El conocimiento de los procesos químicos y físicos es la mejor herramienta para tomar
las decisiones acertadas.
