CARACTERIZACIN FISICOQUMICA DE SUELOS

INTRODUCCIN

A lo largo del tiempo el suelo ha sido indispensable para la vida en la tierra, siendo fuente de alimentos, de minerales y sustento para establecer sus viviendas. El suelo brinda el soporte necesario para las obras civiles. A nivel ecolgico el suelo es muy importante, pues es la interface entre el aire, la tierra y el agua, lo que permite desarrollar funciones naturales y de uso.

Con el crecimiento de las ciudades tambin se dio un crecimiento de los desechos producidos, estos eran dejados en el suelo o incluso enterrados, sin darse cuenta que esto provoca la contaminacin y perdida de funciones naturales y de nutrientes de los suelos. Tambin el uso de productos sintticos para los cultivos, sean fertilizantes o pesticidas, afectan las propiedades del suelo. Esto afecta directamente a las poblaciones causando enfermedades, prdida de recursos econmicos y la contaminacin de aguas superficiales y subterrneas.

OBJETIVOS

Objetivo general:

Aprender a determinar caractersticas fisicoqumicas de suelos.

Objetivos especficos:

Conocer los mtodos de pre tratamiento de suelos para el anlisis qumico. Conocer los mtodos de anlisis fsico. Aprender las tcnicas de determinacin de: textura, humedad, pH, conductividad

elctrica, aniones (Cl-), cationes (Na+ y K+), materia orgnica, capacidad de intercambio catinico (CIC) y metales pesados.

MARCO TERICO

Definicin

El suelo se define, desde el punto de vista medioambiental, como la fina capa superior de la corteza terrestre (litosfera), situada entre el lecho rocoso y la superficie. Est compuesto por partculas minerales, materia orgnica, agua, aire y organismos vivos.

El suelo es la coleccin de cuerpos naturales formado por la alteracin de los cuerpos (rocas) gneos o sedimentarios, debida a su exposicin en la superficie de la tierra, y que poseen una distribucin anisotrpica de propiedades a lo largo de un eje normal a la superficie del terreno. (Brewer, 1964)

Funciones del Suelo

El suelo tiene seis funciones principales, tres de naturaleza ecolgica y otras tres ligadas a las actividades humanas, estas actividades no son necesariamente complementarias. (Blum y Santelises 1994)

Funciones Naturales

Produccin de biomasa (alimento, fibra y energa) Reactor que filtra, regula y transforma la materia para proteger de la contaminacin el

ambiente, las aguas subterrneas y la cadena alimentaria Hbitat biolgico y reserva gentica de muchas plantas, animales y organismos, que

estaran protegidos de la extincin

Funciones Ligadas a las Actividades Humanas

Medio fsico que sirve de soporte para estructuras industriales y tcnicas, as como actividades socioeconmicas tales como vivienda, desarrollo industrial, sistemas de transporte, recreo o ubicacin de residuos, etc.

Fuente de materias primas que proporciona agua, arcilla, arena grava, minerales, etc. Elemento de nuestra herencia cultural, que contiene restos paleontolgicos y

arqueolgicos importantes para conservar la historia de la tierra y de la humanidad

Constituyente de los Suelos

La composicin qumica de un suelo viene determinada, en buena parte, por el tipo de material originario (roca), puesto que es el material base a partir del cual se forma el suelo.

Junto a este material se va aadiendo, en el transcurso del tiempo que dura la formacin de un suelo, materia orgnica procedente de organismos vivos. El contenido mineral de un suelo es el que determina su fertilidad. Bsicamente son tres los tipos de rocas que pueden ser material original del suelo:

GNEAS: formadas por solidificacin de un material fundido (lava).Tienen como trmino medio un 50 % de xido de silicio (SiO2).

SEDIMENTARIAS: formadas por sedimentacin de materiales depositados por el viento, el agua, el hielo o la gravedad (areniscas (SiO2), lutitas y arcillas), o por procesos qumicos o bioqumicos (evaporitas y calizas).

METAMRFICAS: formadas por recristalizacin de rocas gneas o sedimentarias en condiciones de elevada presin y/o temperatura.

Por trmino medio, un suelo tiene la siguiente composicin volumtrica:

50% de materia slida: 45 % mineral y 5 % orgnica 20-30 % disolucin acuosa 20-30 % aire

Constituyentes Inorgnicos

La porcin inorgnica de los suelos es bastante variable en tamao y composicin. Dentro de los componentes minerales del suelo podemos distinguir aquellos minerales que persisten con pequeos cambios en su composicin, conocidos como minerales primarios (por ejemplo cuarzo y feldespatos). Son los que predominan en la fraccin arena. Otros minerales, como silicatos de la arcilla y xidos de hierro, han sido formados por alteracin de minerales menos resistentes. Son llamados minerales secundarios y predominan en la fraccin arcilla.

Constituyentes Orgnicos

La materia orgnica contenida en un suelo mineral es pequea, variando de 1 a 6% en la zona superficial y menor en el subsuelo. A pesar de su pequea cantidad, su influencia en las propiedades de los suelos es muy grande: agrega las partculas minerales, incrementa la cantidad de agua que puede retener el suelo, es fuente de nutrientes (N, P, S), es capaz de retener iones, etc. La materia orgnica es un constituyente transitorio del suelo, permaneciendo desde unas pocas horas hasta unos cientos de aos.

Adems de los residuos de plantas y animales y sus productos de ruptura, la materia orgnica del suelo incluye compuestos complejos que son relativamente resistentes a la degradacin. Estos materiales complejos junto con otros que han sido sintetizados por los microorganismos del suelo, son conocidos como humus.

Propiedades Fsicas

Las principales propiedades fsicas del suelo son el color, la textura, la estructura y las relacionadas con la capacidad de retencin de agua en el suelo.

Color

Esta propiedad permite deducir rasgos importantes en el suelo: un color oscuro o negro indica contenido alto en materia orgnica, color blancuzco presencia de carbonatos y/o yesos, colores grises/verdes/azulados hidromorfa permanente. El color se caracteriza por tres parmetros que son: Matiz o Hue, que expresa la longitud de onda dominante en la radiacin reflejada. Se consideran cinco colores principales (R, rojo; Y, amarillo; G, verde, B, azul y P, prpura) y cinco intermedios. Brillo o Value que expresa la porcin de luz reflejada y mide el grado de claridad o de oscuridad relativa del color comparado con el blanco absoluto. Intensidad o Croma que

expresa la pureza relativa del color del matiz de que se trate. Un horizonte puede presentar un color uniforme o presentar manchas de distinto color.

Textura

La textura de un suelo se define por las proporciones de arena, limo y arcilla que posee. La textura es un factor muy importante en la capacidad de retencin del agua y de nutrientes. En funcin del tipo y tamao de partculas presentes en un suelo, la capacidad de adsorcin de molculas polares e inicas vara considerablemente. Otros efectos dependientes de la textura son la plasticidad y la cohesin.

El suelo est constituido por partculas de diferente tamao. Conocer la granulometra es esencial para cualquier estudio del suelo. Para agrupar a los constituyentes del suelo segn su tamao se han establecido muchas clasificaciones. Bsicamente todas aceptan los trminos de grava, arena, limo y arcilla, pero difieren en los valores de los lmites establecidos para definir cada clase. Definimos textura del suelo como la relacin existente entre los porcentajes de las diferentes fracciones (arena, limo y arcilla). Las combinaciones posibles de estos porcentajes pueden agruparse en unas pocas clases de tamao de partculas o clases texturales.

Estructura

Las partculas finas del suelo suelen estar unidas formando agregados o grumos, en la mayora de los casos gracias a la accin de la materia orgnica (el complejo arcilloso-hmico). Los espacios entre estos agregados se llaman poros, por ellos circulan aire y agua. Determinan hasta el 50% del volumen del suelo. Como se ha dicho, normalmente el aire ocupa la mayor parte de los poros grandes y el agua los pequeos.

A su vez, los agregados se juntan formando grupos mayores. La forma en que se unen las diversas partculas recibe el nombre de estructura, y tiene gran importancia sobre las propiedades del suelo. Por ejemplo, un suelo arcilloso, en el que el movimiento del agua es lento y la aireacin escasa, puede no presentar estos problemas si existe una buena estructura.

En ocasiones, el uso continuado y exclusivo de fertilizantes qumicos conlleva la casi desaparicin de la materia orgnica, cosa que favorece la desestructuracin y el apelmazamiento del suelo. La estructura resultante recoge aspectos de la estructura masiva y de la estructura con cementos qumicos.

Las partculas no se suelen presentar en el suelo de un modo totalmente independiente, sino que se encuentran ms o menos ligadas unas a otras, constituyendo los agregados. As, la estructura de un suelo se puede definir como el modo de agregacin o unin de los constituyentes del suelo (partculas minerales, materia orgnica, etc.).

Entre los factores que influyen o determinan la morfologa de la estructura estn:

La cantidad o porcentaje del material o matriz que une las partculas del suelo (carbonatos, arcilla, materia orgnica).

La textura. La actividad biolgica del suelo (lombrices). La influencia humana (en el horizonte cultivado se forma una estructura con una

morfologa totalmente distinta a la natural que posea el suelo).

Densidad aparente

El suelo como todo cuerpo poroso tiene dos densidades. La densidad real (densidad media de sus partculas slidas) y la densidad aparente (teniendo en cuenta el volumen de poros).

La densidad aparente refleja el contenido total de porosidad en un suelo y es importante para el manejo de los suelos (refleja la compactacin y facilidad de circulacin de agua y aire). Tambin es un dato necesario para transformar muchos de los resultados de los anlisis de los suelos en el laboratorio (expresados en % en peso) a valores de % en volumen en el campo.

Propiedades fsico-qumicas

Cambio inico

Se define el cambio inico como los procesos reversibles por los cuales las partculas slidas del suelo, adsorben iones de la fase lquida liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes, establecindose el equilibrio entre ambos.

Es un proceso dinmico que se desarrolla en la superficie de las partculas. Como los iones adsorbidos quedan en posicin asimilable constituyen la reserva de nutrientes para las plantas.

Las causas que originan el intercambio inico son los desequilibrios elctricos de las partculas del suelo. Para neutralizar las cargas se adsorben iones, que se pegan a la superficie de las partculas. Quedan dbilmente retenidos sobre las partculas del suelo y se pueden intercambiar con la solucin del suelo.

Capacidad de intercambio de cationes, CIC

Dentro del cambio inico el ms importante y mejor conocido es la capacidad de intercambio catinico. En el suelo son varios los materiales que pueden cambiar cationes, los principales son las arcillas y la materia orgnica (los dos materiales presentan propiedades coloidales). Una suspensin o dispersin coloidal es un sistema fsico que est compuesto de un material en forma lquida o gaseosa, en el cual hay inmersas partculas, por lo general slidas, de pequeo tamao, en principio, del orden de las micras.

Las causas de la capacidad de cambio de cationes de las arcillas son:

Sustituciones atmicas dentro de la red. Existencia de bordes (superficies descompensadas). Disociacin de los OH de las capas basales. Enlaces de Van der Waals, que es un tipo de forma electrosttica y se establece entre dos

grupos no cargados. Son muy dbiles individualmente, pero son importantes cuando su nmero es elevado.

En las arcillas, adems de en su superficie, los iones pueden entrar entre las lminas.

Las causas de la capacidad de cambio de materia orgnica son:

Disociacin de los OH. Disociacin de los COOH.

En cuanto a los factores que hacen que un suelo tenga una determinada capacidad de cambio de cationes son varios.

Tamao de las partculas. Cuanto ms pequea sea la partcula, ms grande ser la capacidad de cambio.

Naturaleza de las partculas. La composicin y estructura de las partculas influir en las posibilidades de cambio de sus cationes. As la capacidad de intercambio catinico (CIC) de algunos de los materiales ms comunes en los suelos los representamos en la siguiente tabla.

Tipo de cationes cambiables. La capacidad de cambio de cationes representa el total de cargas negativas, o lo que es lo mismo el nmero de cargas positivas que incorporan los cationes que vienen a fijarse.

pH. Los suelos presentan distinta capacidad de cambio en funcin del pH. A pH bajos los hidrogeniones estn fuertemente retenidos en las superficies de las partculas, pero a pH altos los H de los grupos carboxlicos primero y de los OH despus, se disocian y los H+ pueden ser intercambiados por cationes.

La importancia de la capacidad de cambio es que:

Controla la disponibilidad de nutrientes para las plantas: K+, Mg2+, Ca2+, entre otros. Interviene en los procesos de floculacin - dispersin de arcilla y por consiguiente en el

desarrollo de la estructura y estabilidad de los agregados. Determina el papel del suelo como depurador natural al permitir la retencin de

elementos contaminantes incorporados al suelo.

Acidez del suelo

Entre los diversos cationes fijados por el complejo adsorbente est el H+. La acidez y reaccin del suelo viene determinada en su mayor parte por la cantidad de cationes hidrgeno fijados en relacin con los dems iones. Normalmente el pH de los suelos vara entre 5,5 y 8,5, siendo el pH ptimo para la mayora de cultivos entre 6 y 7,5. Los dos factores naturales que ms influyen en el pH del suelo son:

Naturaleza de la roca madre. Clima de la regin. Las temperaturas bajas y una pluviosidad abundante propician suelos

cidos. La vegetacin tambin influye en la acidez del suelo, aunque su efecto est condicionado por los factores mencionados, ya que determinan el tipo de flora presente.

Puesto que el equilibrio H+/Ca2+ es determinante para el pH del suelo, si se dan prdidas de calcio generalmente habr una acidificacin. Estas prdidas ocurren debido al arrastre por el agua y por las extracciones de las cosechas.

Influye en las propiedades fsicas y qumicas.

Propiedades fsicas. Los pH neutros son los mejores para las propiedades fsicas de los suelos. A pH muy cidos hay una intensa alteracin de minerales y la estructura se vuelve inestable. En pH alcalino, la arcilla se dispersa, se destruye la estructura y existen malas condiciones desde el punto de vista fsico.

Propiedades qumicas y fertilidad. La asimilacin de nutrientes del suelo est influenciada por el pH, ya que determinados nutrientes se pueden bloquear en determinadas condiciones de pH y no son asimilables para las plantas.

Potencial de oxidacin - reduccin

Se denomina potencial redox de un suelo a la capacidad reductora u oxidativa del mismo. Esta caracterstica guarda relacin con la aireacin (velocidad de difusin del O2) y el pH, que tambin determinan la actividad microbiana. El agua influye en estos procesos al modificar la distribucin de la atmsfera del suelo, y por ello la difusin del O2.

El potencial redox afecta a aquellos elementos que pueden existir en ms de un estado de oxidacin (por ejemplo C, N, S, Fe, Mn y Cu). Caracterstica que debe considerarse antes de aplicar abonos u otras substancias, ya que puede ocurrir que la forma a la que reviertan tras una oxidacin o reduccin no tenga la incidencia esperada.

Contaminacin del Suelo

Suelo contaminado es todo aquel cuyas caractersticas fsicas, qumicas o biolgicas han sido alteradas negativamente por la presencia de componentes de carcter peligroso de origen humano, en concentracin tal que comporte un riesgo para la salud humana o el medio ambiente

Los suelos contaminados pueden tener efectos muy diversos, desde el riesgo txico para la salud humana hasta prdidas de recursos naturales y econmicos.

Los principales peligros que puede suponer un suelo contaminado son:

Peligro toxicolgico para la salud humana: Por inhalacin: problemas alrgicos y respiratorios desde leves hasta muy graves. Por ingestin: por desconocimiento al cultivar suelos contaminados. Por contacto directo con la piel: alergias y problemas cutneos en trabajadores que

manipulan este tipo de suelos. Peligro de contaminacin de aguas superficiales, aguas subterrneas, atmsfera,

sedimentos de ro, del aire interior de las instalaciones, etc. Peligro fsico: explosin o fuego, corrosin de estructuras o efectos en las propiedades

mecnicas del suelo en las excavaciones. Peligro de utilizacin de agua de abastecimiento contaminada. Peligro de contaminacin de los alimentos cultivados y animales de granja por utilizacin

de agua subterrnea contaminada.

Hay que tener en cuenta que los efectos causados por un suelo contaminado son, en general, a largo plazo y en ocasiones las consecuencias no se detectan de inmediato por lo que los peligros potenciales pueden tardar dcadas en manifestarse con efectos de gran magnitud.

METODOLOGIA

Se analizaron muestras de suelos que ingresaron al laboratorio del Centro de Aguas y Saneamiento Ambiental (C.A.S.A.), en la Tabla 1 se seala el origen de los suelos.

Muestra Origen Uso del suelo/Observaciones

S-1 A1- Arani Agrcola/Borde del Ro

S-2 A2 - Arani Agrcola/Borde del Ro

S-3 A2 - Arani Agrcola/Borde del Ro

S-4 A1- Arani Agrcola/Borde del Ro

S-5 Punata Agrcola/Borde del Ro

S-6 A1 - Arani Agrcola/Borde del Ro

S-7 Punata Agrcola/Borde del Ro

S-8 Punata Agrcola/Borde del Ro

S-9 REF- Arani Agrcola/Borde del Ro

Para poder realizar los anlisis de suelo, primero debemos llevar la muestra a una especie analizable. Estas especies son: una pasta saturada y una suspensin.

Preparacin de Pasta Saturada

El extracto de pasta saturada representa de cerca la composicin de la solucin de suelo. Es recomendable su eso en especial para el anlisis de suelos salinos.

Materiales

Platos de porcelana Esptulas Equipos de filtracin al vaco Centrifuga

Tabla 1: Origen y uso de las muestras de suelo

Procedimiento

1. Pesar entre 200 y 300 g de suelo seco (

2. Calibrar el pHmetro de acuerdo a las instrucciones del equipo con buffer 4 y buffer 7. Enjuagar bien el electrodo con agua desionizada.

3. Sumergir el electrodo en la suspensin de suelo. Anotar el valor de pH obtenido cuando se alcanza el equilibrio.

Conductividad Elctrica

La conductividad elctrica (CE) indica la cantidad de sales solubles en el suelo.

Principio

La determinacin de la CE se hace con una celda de conductividad midiendo la resistencia elctrica de una suspensin suelo:agua 1:5.

Equipos

Conductivmetro. Botellas para agitar.

Reactivos

Agua destilada o desionizada. Solucin referencia de KCl 0.01 M.

Procedimiento

1. Preparar una suspensin suelo:agua 1:5, pesando 10 g de suelo seco(

La gradacin por tamaos es diferente al trmino geolgico en el cual se alude a los procesos de construccin (agradacin) y la destruccin (desagradacin) del relieve, por fuerzas y procesos tales como tectonismo, vulcanismo, erosin, sedimentacin, etc.

Mtodo de anlisis granulomtrico

Comprende dos clases de ensayos: el de tamizado para las partculas grueso granulares (gravas, arenas) y el de sedimentacin para la fraccin fina del suelo (limos, arcillas), pues no son discriminables por tamizado.

Mtodo de tamizado

Materiales

Horno de secado Balanza 0.01 g de precisin Juego de tamices: 47.5 mm, 2 mm, 600m, 425 m, 300 m, 63 m Mortero de madera

Procedimiento

Secar la muestra a 40 C. Una vez seca la muestra desagregarla en un mortero de madera y pesar aproximadamente 500 g. Tamizar la muestra por una serie organizada de tamices, de agujero con tamaos decrecientes y conocidos, desde arriba hacia abajo. El primer tamiz, es el de mayor tamao y es donde inicia el tamizado. Se tapa con el fin de evitar prdidas de fino; el ltimo tamiz esta abajo y descansa sobre un recipiente de forma igual a uno de los tamices, y recibe el material ms fino no retenido por ningn tamiz.

Con sacudidas horizontales y golpes verticales, mecnicos o manuales, se hace pasar el suelo por la serie de tamices, de arriba abajo, para luego pesar por separado el suelo retenido en cada tamiz.

Curva granulomtrica

Los resultados de los ensayos de tamizado y sedimentacin se llevan a un grfico llamado curva granulomtrica.

La fraccin gruesa tendr denominaciones, segn el sistema:

BRITNICO 1 (mm)

AASHTO 2 (mm)

ASTM 3 (mm)

SUCS 4 (mm)

Grava 60 2 75 2 >4 75 4.75 Arena 2 0.06 2 0.05 2 0.075 4.75 0.075

Limo 0.06 0.002 0.05 0.002 0.075 0.005

Reactivos

Agua destilada Solucin stock de cloruros (1000 mg/L Cl): Disolver 0.1649 g de NaCl en un matraz

aforado de 100 mL. Almacenar en botella limpia.

Procedimiento

1. Calibre el equipo segn las instrucciones, con soluciones de Cl de concentraciones 10, 50 y 100 mg/L

2. Introduzca el electrodo en la suspensin suelo:agua 1:5 sin disturbar el sedimento.

3. Registrar el dato ledo en mV y calcule en la curva de calibracin el valor en mg/L Cl-.

Materia Orgnica: (Mtodo Walkley Modificado Mebius)

Esta es una modificacin del mtodo de Walkley Black para la determinacin de MO. El principio qumico muy similar, sin embargo Mebius introduce la etapa de reflujo, al igual que Tinsley (1950) y Anne (1945), despus de analizar series de resultados del mtodo de Walkley Black con recuperaciones de MO de menos del 70% en algunos casos en comparacin con la combustin seca. Por esta razn los mtodos posteriores a Walkley Black introdujeron la etapa de reflujo que garantiza la oxidacin ms completa de la MO.

Equipos y Materiales

Matraces Erlenmeyer (125 mL). Condensadores. Mantos calefactores (FISATOM).

Reactivos

Dicromato de Potasio (K2Cr2O7, 0.5 N: Disolver 24.5125 g de la sal en 200 mL de agua desionizada, enrasar a 1 L) (AISA).

cido Sulfrico, H2SO4 conc (MERCK). Sulfato Ferroso Amoniacal (FAS) Fe(NH4)2(SO4)2*6H2O. disolver 78.39 g en 50 mL de

H2SO4 conc. y diluir a 1 L (J.T.BAKER). Solucin indicadora de ferroina (MERCK).

Procedimiento

Pesar aprox. 1 g de suelo seco (

Clculos

A = (mlBB mlmuestra) mlUB mlBBmlUB + (mlBB mlmuestra) %Org. C = A Conc. FAS (N) 0.003 100masa suelo

Cationes extractables en agua (Na+ y K+)

Los cationes extractables pueden ser determinados por espectrofotometra de absorcin atmica en llama. En el caso de Na+ y el K+ se usa la tcnica de emisin de llama. El procedimiento de deteccin es el mismo que el utilizado en el anlisis de aguas pero se realiza sobre una suspensin acuosa previamente preparada y diluida si fuera necesario.

Equipos

Agitador (VDRL) Espectrofotmetro de absorcin atmica (Perkin Elmer Aanalyst 100) Balanza analtica

Reactivos y materiales

Botellas para preparar suspensin acuosa Matraces aforados de 100 mL Pipetas Agua desionizada Solucin stock de NaCl 1000 mg/L. Solucin stock de KCl 1000 mg/L.

Figura 5: Muestras en el punto final de titulacin (Color Marrn)

Procedimiento

1. Realizar la curva de calibracin entre 10 y 50 mg/L de Na+ en el espectrofotmetro en el modo de emisin.

2. Tomar una alcuota, e.g. 10 mL del extracto acuoso y diluir a 100 mL con agua destilada. Leer la concentracin de Na+ en esta solucin.

3. El procedimiento para K+ es el mismo, sin embargo es posible que no se requiera diluir el extracto.

Clculos

.+ + = . .

Cationes totales: (Determinacin de Cd)

El mtodo ms usual (3050B, EPA 1996) no es una tcnica de digestin total para la mayora de las muestras. Es una digestin cida muy fuerte, generalmente en agua regia (HCl:HNO3, 3:1, v/v) o con la adicin de agua oxigenada (H2O2) o cido perclrico (HClO4), segn la tcnica; que disuelva casi todos los elementos que pueden llegar a ser ambientalmente disponible.

El procedimiento ms frecuente para la digestin cida se realiza en vasos de precipitado sobre plancha calefactora a presin atmosfrica. Es moroso, toma varias horas y se debe tener mucho cuidado para evitar salpicaduras. Un procedimiento ms rpido y simple es el de la digestin cida en horno de microondas (Mtodo 3051 EPA), donde la presin de trabajo es mayor a la

Figura 6: Espectrofotmetro de Emisin Atmica THERMO

atmosfrica y por tanto el punto de ebullicin de la mezcla cida se eleva, acelerando la destruccin de la muestra.

Equipos

Horno microondas de laboratorio (Milesthone, Ethos 900) Espectrofotmetro de absorcin atmica (AAS Perkin Elmer Aanalyst 100) Espectrofotmetro de absorcin atmica con horno de grafito (GF AAS Perkin Elmer

Aanalyst 700) Balanza analtica Matraces aforados de 50 mL

Reactivos y materiales

Agua desionizada Solucin Stock de Cd: 1000 mg/L cido ntrico HNO3, min 70%, pro analyse cido clorhdrico HCl, min 37%, pro analyse

Procedimiento

Digestin

Pesar entre 0.5 y 1 g de suelo seco (

Determinacin espectrofotomtrica

Calibrar el equipo AAS o GF AAS con estndares de Cd2+ preparados a partir de la solucin stock de cadmio. Para el trabajo en AAS es recomendable un rango entre 0.5 y 2 mg/L. En GF AAS el rango lineal para la concentracin de Cd esta entre 2 y 10 g/L.

La seleccin de AAS o GF AAS depende del rango de concentracin sospechada en la muestra. Se recomienda hacer una primera lectura en AAS y si el resultado es no detectable proceder a leer en GF AAS.

Figura 7: Digestor microondas Ethos 900/ Milestone (CASA)

Figura 8: Espectrofotmetro (Aanalyst 700, Perkin Elmer)

Clculos

Conc. Zn = Conc. lectura de equipo(ppm) Vol. enrase (L)masa de muestra (Kg) Conc. Pb = Conc. lectura de equipo(ppm) Vol. enrase(L)masa de muestra (Kg) Conc. Cd = Conc. lectura de equipo(ppb) Vol. enrase(L)masa de muestra (g)

Determinacin de partculas finas Mtodo de la pipeta

Introduccin

La textura del suelo es definida como la proporcin relativa de arena, limo y arcilla por separado que hacen a la clase de textura de un suelo descrito en el tringulo textural (Figura 9).

El mtodo se basa en la ley de Stokes, establece que las partculas ms grandes precipitan rpidamente mientras que las ms pequeas quedan suspendidas.

Materiales y reactivos

Tamices: 2 mm y 0.062 mm Horno Probetas de 1 L Crisoles de porcelana Vasos de precipitado Pipeta de 20 ml H2O2 30% Agua destilada Solucin dispersante: Na2C2O4 Oxalato de Sodio 2.21 g y Na2CO3 Carbonato de sodio

0.355 g para 250 ml de solucin.

Procedimiento

Preparacin de la muestra

1. Pesar 100 g de muestra de suelo y pasar por tamiz 2 mm

2. Pesar 20 g de la fraccin fina

3. Agregar 10 ml de H2O2 al 30% y 50 ml de agua destilada

4. Calentar a ebullicin durante 20 min

5. Enfriar, agregar 20 ml de la solucin dispersante

6. Agitar y dejar reposar toda la noche

Figura 9: Tringulo textural

Obtencin de las fracciones finas

1. Filtrar por tamiz 0.062 mm para retener la fraccin de arena

2. Lo que pasa colocar en una probeta de 1 L y llenar con agua destilada

3. Agitar la muestra aprox. por 20 segundos y empezar con el conteo de tiempo

4. Recoger fracciones de 20 ml con una pipeta a una profundidad de 10 cm

5. Tomar las muestras a diferentes tiempos dependiendo de la temperatura

6. Realizar los clculos y determinar el tipo de suelo segn el tringulo textural

Temperatura C

Tiempos de retiro de muestra

Fraccion menor a 0.062 mm seg

Fraccion menor a 0.002 mm Hora:seg

20 56 7:50

21 54 7:37

22 53 7:25

23 52 7:14

24 51 7:04

25 49 6:53

26 48 6:43

27 47 6:36

28 46 6:29

29 45 6:21

30 44 6:15

Tabla 3: Tiempos y temperatura para el retiro de muestras por el mtodo de la pipeta

Clculos

%arcilla = masa fraccion menor 0.002 mm 100020masa total de suelo %arena = masa residual de tamizado 0.062 mmmasa total de suelo %limo = 100 %arcilla %arena

Con estos resultados se determina el tipo de suelo en el tringulo textural.

Figura 10: Calentamiento de muestras hasta ebullicin

Figura 11: Muestras reposando concluido el proceso de calentamiento

Figura 12: Probetas de 1 Litro, con la suspensin de suelo

RESULTADOS

Los resultados mostrados en la Tabla 4 fueron determinados en una suspensin de suelo:agua 1:5, los valores mostrados para Na+ y K+ son para las concentraciones extractable de estos cationes, no as para la concentracin total presente en las muestras.

Muestra Conductividad [S/cm] pH %Hmedad

Cationes/Aniones [mg/Kg]

K+ Na+ Cl- S-1 98,95 5,63 2,41 408,72 127,19 45,77

S-2 192,85 5,75 16,11 391,79 185,17 66,73

S-3 191,25 5,71 15,90 407,47 175,24 70,77

S-4 89,55 5,44 4,80 409,67 152,64 25,79

S-5 1820,50 8,10 1,41 2158,37 6470,77 3515,91

S-6 190,85 8,65 5,37 700,03 511,29 46,91

S-7 306,20 7,41 17,73 424,05 1814,23 109,79

S-8 501,00 8,62 23,13 518,64 233,00 1194,39

S-9 150,55 8,25 18,30 - - 106,48

Para los valores de conductividad y pH no se realiz ningn tipo de clculo, es decir son los valores de lectura del equipo.

Se considera un rango normal de pH para suelos entre 5.5 y 8.5, puede notarse que 6 de los suelos presentan un pH entre estos valores, y las 3 muestras restante (S-4, S-6 y S-8), no entran en este rango, pero puede notarse que sus valores de pH no se encuentran tan alejados de los limites. Tambin se estable que el rango ptimo de pH para suelos destinados al cultivo es entre 6 y 7.5, donde la nica muestra que cumple esta condicin es la S-7, por esto puede concluirse que estos suelos no son adecuados para cultivo.

Dentro de las muestras analizadas, puede notarse que algunas de ellas provienen del mismo lugar, solamente variando entre s por el tiempo en que fue tomada la muestra, como es el caso de las muestras S-2 y S-3, provenientes de Arani (A2), tambin puede notarse que los valores de conductividad, pH y porcentaje de humedad de estos suelos son muy parecidos, las variaciones de estos valores se deben a las condiciones climticas al momento del muestreo.

Tabla 4: Resultados de suelos determinados a partir de suspensin suelo:agua 1:5

Los valores mostrados en la Tabla 5, fueron determinados para muestras pre-tratadas por digestin cida y leda por Absorcin Atmica, para las concentraciones de Zn y Pb usando el Mtodo de Llama y para Cd Mtodo de Horno de Grafito (Perkin Elmer AAnalyst 200).

En la tabla 6 se muestran los valores para los porcentajes de materia orgnica determinados por retro-titulacin de las muestras.

Puede notarse cierto parecido entre las concentraciones de los suelos S-2 y S-3, S-1 y S-4, esto es debido a que estas muestras son del mismo lugar pero el muestreo fue en diferentes momentos, y la variacin entre los valores es debido a las condiciones climticas y a factores antropognicos a las que estaban sometidas.

Muestra Concentracin de Metales Pesados [mg/Kg]

Zn Cd Pb

S-1 35,71 0,003 17,61

S-2 36,96 0,004 16,88

S-3 32,90 0,003 18,58

S-4 35,85 0,003 17,92

S-5 62,33 0,050 27,54

S-6 45,73 0,011 23,10

S-7 47,48

El rango normal de materia orgnica en los suelos esta entre 1% a 6% en peso, esto ayuda a la retencin de agua y nutrientes, a la estructura y en los efectos bioqumicos sobre las plantas. Los valores que se encuentren por debajo de este rango se deben a la mineralizacin de la materia orgnica por efecto de los microorganismos, tambin se debe al uso de fertilizantes qumicos.

Finalmente en la tabla 7 se presentan los porcentajes de las fracciones de arena, arcilla y limo, determinadas por el mtodo de la pipeta y la clasificacin de los suelos segn el tringulo textural.

Muestra % arcilla % arena % limo Clasificacin

S-1 10,474 61,029 28,497 Franco arenoso

S-5 7,549 30,375 62,076 Franco limoso

S-6 7,824 37,1485 55,0275 Franco limoso

S-4 8,149 37,93 53,921 Franco limoso

Muestra % Materia Orgnica

C-1 0,35

C-2 0,23

C-3 0,41

C-4 0,13

C-5 0,18

C-6 0,18

S-1 2,46

S-4 3,15

Tabla 6: Porcentaje de Materia Orgnica presente en las muestras

Tabla 7: Porcentaje de fracciones y clasificacin

DISCUSION DE RESULTADOS

Los suelos analizados son bsicamente utilizados en la agricultura, a continuacin se realiza una interpretacin de los resultados obtenidos.

La conductividad leda, como se observa en los resultados vara desde valores bajos (89,55S/cm) hasta valores considerablemente elevados (1820,5 S/cm) esto se podra explicar por la distribucin de las sales en las distintas muestras analizadas ya que se observ visualmente que algunas muestras que se podan considerar salinas lo que se confirma con los resultados obtenidos en los anlisis.

El pH de los suelos estudiados al igual que la conductividad elctrica vara desde suelos cidos con pH = 5.5 hasta pH= 8.7 esto se explica por la distribucin de la de la materia orgnica en los suelos ya que esta se descompone en cidos orgnicos por ejemplo cido fmico sin embargo todos los suelos estn dentro de los limites admisibles para suelos sin embargo podra afectar a algunas actividades naturales en los suelos y tambin para algunos productos que se cultivan ya suelos muy cidos como muy bsicos influye en las actividades.

Como se muestra en los resultados se observa que la concentracin de potasio en general es mayor que la concentracin de sodio esto se explica por la utilizacin de abonos qumicos y urea principalmente los de tipo Pk y NPK que aportan altos contenidos de potasio a los suelos y que cada ao se hace mayor puesto que generalmente agregan a los suelos de una a tres veces al ao estos abonos para mejorar la produccin en las regiones.

La concentracin del cloruro en los suelos varia en las diferentes muestras y se puede decir que vara de acuerdo a la concentracin de los cationes sodio y potasio principalmente ya que se ve claramente que entre mayor es la concentracin de estos cationes mayor es la concentracin de cloruro en los suelos. El cloruro puede estar presente de diferentes maneras en los suelos, en la siguiente lista se muestra las formas en que puede encontrarse este anin y adems el aporte de cloruro de cada especie al suelo.

Cloruro de amonio (NH4Cl) 66% Cl Cloruro de calcio (CaCl2) 65% Cl Cloruro de magnesio (MgCl2) 74% Cl Cloruro de potasio (KCl) 47% Cl Cloruro de sodio (NaCl)

Tambin se observa que la concentracin del ion cloruro es mucho ms elevada cuando ms bsicos sean los suelos, esto por la forma en que se encuentran estos suelos.

En cuanto a los metales pesados se analiz cadmio, zinc, plomo segn los resultados obtenidos se observa que el metal pesado con mayor concentracin es el plomo con concentraciones desde 17 a 20 mg/kg esto es bsicamente por la cantidad de abonos derivados del petrleo usados es

estos suelos tambin por algunas plaguicidas que aportan a que aumente la concentracin de estos metales. En la figura 13 se muestra la concentracin de metales pesados en fertilizantes esto explica la concentracin elevada de plomo de la misma forma tambin se observa que las cantidades de Zn en las muestras analizadas es bastante elevada lo que tambin es reflejado en la tabla que su rigen es principalmente de los fertilizantes usados en estos suelos en cuanto a la concentracin de Cd esta es bastante bajo sin embargo es importante saber la concentracin porque se trata de un metal muy peligroso para la salud ya que contenidos mayores de 1mg/kg en suelos se considera en suelos anmalos. Sin embargo las fuentes de los metales no solo proviene forma antropognica sino tambin de forma natural existen suelos con concentracin elevadas de metales pesados.

En cuanto a materia orgnica se refiere se determin concentraciones similares entre 2.5 a 3% estas son concentraciones apreciables ya que se trata de suelos dedicados a la actividad agrcola pues es fundamental para que se desarrollen las plantas.

Finalmente el anlisis de textura de los suelos dio como resultados que se trata de suelos franco limosos a excepcin de uno, que resulto franco arenoso. El hecho de que sean franco limosos indica que son suelos con buena aireacin adems suelos que retienen muy bien el agua por lo tanto son aptos para la agricultura.

Figura 13: Concentracin de metales pesados en fertilizantes

OBSERVACIONES

Para la determinacin de la materia orgnica, se observ que la prueba es muy sensible a la calidad del agua destilada, presentando un cambio de color debido a la reduccin del K2Cr2O7 al momento de ser aadido a la muestra. Tambin puede usarse este mtodo como control de calidad del agua destilada.

Los valores altos de Cd, Zn, Pb, Conductividad, pueden deberse a que ese suelo presenta contaminacin por exposicin a fuentes de metales pesados.

Las altas concentraciones de potasio en los suelos se deben principalmente al uso de fertilizantes, especialmente el fosfato de potasio y nitrato de potasio.

En la prueba de textura, se puede despreciar la masa del dispersante aadido a las muestras, debido a que este tiene un valor muy pequeo y no afecta considerablemente a los clculos de porcentaje de las fracciones.

Algunas de las muestras presentaban una estructura compacta que fueron desagregadas con ayuda de un mortero, algunas de las pruebas de caracterizacin no se realizaron a aquellos suelos que no pudieron ser desagregados del modo requerido.

Puede notarse que no hay correlacin entre la conductividad elctrica y la concentracin de Na o Cl, entonces esta se debe a otro tipo de agentes externos.

CONCLUSIONES

Durante la realizacin de la materia de laboratorio de investigacin se realiz el anlisis de muestras de suelo donde se determin una serie de parmetros como es conductividad elctrica, pH, cationes extractables (K+, Na+), metales pesados y materia orgnica, textura.

Los resultados obtenidos son necesarios para saber el uso a darle a estos suelos sin embargo haciendo un comparacin con el uso del suelo los resultados estn dentro de los lmites que se espera.

Se logr conocer los mtodos de pre-tratamiento necesario para los anlisis realizados, siendo estos necesarios para un correcto tratamiento de las muestras y la determinacin de los parmetros buscados.

BIBLIOGRAFA

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http://www.madrimasd.org/blogs/universo/2006/05/09/21576

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