Suelo

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QUIMICA DEL SUELO

QUIMICA DEL SUELO/CBC2004 2

ORIGEN DEL UNIVERSO

• El origen del universo aceptado científicamente hoy en día se conoce como el "Big Bang" . Hace unos 15000 millones de años se produjo una gran explosión a partir de un "incomprensible" punto donde estaba compactada la materia y la energía. A partir de ese momento el universo comienza a expandirse

• A los 300.000 años de la explosión, el universo es una gran nube de helio e hidrogeno muy densa donde empiezan a formarse irregularidades.

• Luego a los 1000 millones de años se crean las primeras galaxias a partir de las irregularidades en la nube primordial. En ellas comienzan a formarse las estrellas, donde se producen los elementos mas pesados. En aquel tiempo el universo se expandía a la velocidad de la luz. A los 3500 millones de años la velocidad de expansión comienza a frenarse progresivamente por acción de las fuerzas gravitacionales

• Nuestro Sistema Solar se formo hace unos 4580 millones de años cuando una gran nube de gases interestelares y de polvo formada por hidrogeno (90%), helio (10%) y otros elementos mas pesados (2%) iniciaron procesos de contracción, torbellinos de gases convergieron a grandes velocidades. Allí la densidad y la temperatura aumentaría para formar el Sol rodeado por un disco con forma de espiral compuesto de gas y de polvo que giraba en torno a él. En las regiones cercanas al Sol, donde el calor es mayor, los elementos más volátiles fueron aventados por los vientos estelares del Sol quedando solo material pesado suficiente para formar los planetas interiores en base a metales y silicatos. Luego mas lejos hubo abundante material para la formación de planetas gigantes de gas y helio que crecieron rápidamente a partir de núcleos de rocas de unas 15 tierras de masa.


ORIGEN DE LA TIERRA• Mientras el Sol terminaba de formarse, a través de un proceso de aglomeración progresiva, se

formaban miríadas de pequeños cuerpos sólidos de poca densidad que tenían entre 1 a 10 kilómetros de diámetro, similares a los cometas actuales. Estos al chocar y unirse entre ellos formaron los planetoides, cuerpos esféricos mayores, como los grandes asteroides y algunos satélites. Que al unirse dieron origen a planetesimales más grandes, que atraían con su mayor fuerza gravitacional a los pequeños cuerpos que andaban por el disco planetario

• La diferenciación es la formación de capas concéntricas que se diferencian por sus propiedades físicas y químicas, esto se produce debido a que parte del material fundido de un planetesimal que es menos denso que el material no fundido se aloja en zonas más superficiales. Al chocar los planetoides que viajaban a 11 Km/seg aproximadamente la energía de movimiento que estos poseían se transforma en energía calorífica y en otras formas de energía. Este calor es el que provoco la diferenciación de la Tierra.

• Muchos científicos creen que luego de esto ocurrió un gran impacto de un planetoide del tamaño de Marte con la Tierra, esto causó que una gran cantidad de material fundido fuera expulsado al espacio, este material contenía trozos de rocas del interior de la tierra y del planetoide que la impactó, luego este material fue aglomerándose en una órbita alrededor de la Tierra formando así la Luna. Este impacto provoco además que el eje ecuatorial de la tierra se inclinara en 23 grados.

• Además del calor provocado por el impacto de planetesimales hay otras causas que provocan el fundimiento de las rocas. Muchos elementos como el Uranio son radiactivos. Los átomos de elementos radiactivos se desintegran espontáneamente emitiendo partículas subatomicas. Estas partículas son absorbidas por la materia que las rodea y la energía de movimiento que estas poseen se transforma en calor, este calor junto con el generado por los impactos es el que dura hasta el día de hoy al interior de la tierra


La corteza es la capa que se

encuentra mas cerca de la superficie de

la Tierra. Esta capa es variable en

espesor, en la zona de los océanos

alcanza profundidades de 5

Km aproximadamente y

en los continentes hasta 40 Km.


SUELO

• A la capa superficial de la corteza terrestre donde se desarrollan las raíces de los vegetales se le denomina suelo.

• Duchafour lo definió como un medio complejo, cuyas características son: Atmósfera interna, Régimen hídrico particular, Fauna y Flora determinadas y Elementos minerales.

• Se trata de estructuras dinámicas que van cambiando desde sus inicios hasta adquirir un equilibrio con el entorno, aunque en el proceso de formación pueden llegar a ser destruidos por la erosión.


FORMACION DEL SUELO

• Al proceso de formación y desarrollo de los suelos se le denomina edafogénesis.

• Los factores que intervienen en este proceso son: el clima, el relieve, la actividad biológica, la composición litológica y el tiempo de actuación de todos ellos.

• El clima es el más importante de ellos, ya que determina el volumen de precipitaciones y la temperatura a la que tienen lugar las alteraciones químicas necesarias

• El relieve facilita o dificulta, según el grado de inclinación de la superficie, la infiltración del agua en el terreno; cuanto mayor sea ésta, más activo será el proceso edafogenético; el relieve también determina el grado de erosión y la orientación con respecto al sol; las zonas dirigidas al sur sufren una mayor evaporación


• La actividad biológica favorece la disgregación física de la roca madre, fundamentalmente mediante la acción de las raíces de los vegetales, pero también interviene de forma notable en la meteorización química por medio de los ácidos húmicos, procedentes de la descomposición de restos orgánicos.

• La composición litológica de la roca madre determina cuáles serán los productos de alteración originados por la meteorización; por tanto, influye en el grado de acidez del suelo resultante

• La roca madre constituye el aporte de elementos minerales cuando se produce su disgregación y descomposición; finalmente, con el transcurso del tiempo y la acción conjunta del clima y vegetación, se produce la mezcla de los elementos entre sí y con el aire y agua.

• Se llaman suelos autóctonos a los formados en el propio lugar de origen, sin embargo, si los depósitos sobre los que se desarrollan han sido desplazados desde otras zonas se les llaman suelos alóctonos

• La meteorización es el proceso por el cual las rocas son alteradas mecánica y químicamente por acción de diversos agentes, principalmente atmosféricos.


Los suelos son estructuras dinámicas que van cambiando desde sus inicios hasta adquirir un

equilibrio con el entorno


COMPOSICION QUIMICA

• Se puede dividir la composición química del suelo en:- Inorgánicos - Orgánicos.

- Los minerales (inorgánicos) representan el 50% del total, de las cuales dominan la arena, arcilla y caliza, y en menor medida óxidos e hidróxidos de hierro y sales;

- Las de origen orgánico suponen el 5%; - El 45% que resta lo ocupan aire y agua, los cuales

aprovechan la porosidad de la arena (el componente más importante de los suelos) para penetrar en los suelos y permitir la iteración con los demás elementos.


Arena.- cuya importancia ya se ha dicho, procede de la roca por meteorización (efectos externos que alteran las rocas superficiales); la silícica es la más típica, por ello se suele expresar el contenido de arena de los suelos en tanto por ciento de sílice (SiO2).

• Arcillas.- Proceden de silicatos descompuestos de la roca madre. Son principalmente una mezcla de silicatos de aluminio hidratados, los cuales pueden incorporar además hierro, magnesio y potasio. La más típica es la caolinita (sílice, alúmina y agua).

• La presencia dominante de los silicatos de aluminio es la razón de que el contenido en arcilla de los suelos, sea expresada en tantos por ciento de óxido alumínico o alúmina (Al2O3).

COMPONENTE: INORGANICO


• Caliza...o carbonato cálcico (CaCO3), suele presentarse en forma de arenas, limos o unidas a las arcillas margosas. Tienen la capacidad de disolverse en el agua, las cuales arrastran en forma de bicarbonato cálcico; a su vez, los ácidos nítrico y fosfórico originan nitratos y fosfatos cálcicos. Todos estos elementos pueden ser absorbidos por las plantas, aunque un exceso de cal sólo es soportado por las plantas calcícolas. Otra presencia en el suelo útil para las plantas es la dolomía (CaMg(CO3)2), carbonato doble de calcio y magnesio, que sintetiza la clorofila.

• Óxidos de hierro...Los óxidos e hidróxidos de hierro (oligisto y limonita) se producen como resultado de la meteorización de la mica negra (biotita) y otros silicatos (anfiboles y piroxenos). Estos elementos son los causantes de que las tierras presenten colores rojos y amarillos


• Sales...Las sales, tales como nitratos, fosfatos, sulfatos y cloruros proceden de la descomposición de la materia orgánica, o mediante la acción bacteriana que fija el nitrógeno de la atmósfera. Cierta flora denominada nitrófila es muy frecuente en lugares ricos en nitratos; muchos vegetales obtienen de éstos el nitrógeno con que sintetizan sus proteínas.

• Azufre, fósforo...El azufre y fósforo que necesitan los vegetales son recibidos de los fosfatos y sulfatos, aunque sólo ciertas plantas denominadas gipsófilas son capaces de soportar altas concentraciones de azufre, como son los contenidos en los sustratos yesíferos


• Cloruros...Por su parte, los cloruros son en general poco asimilables por los vegetales, una concentración superior a 0,5% ya les resulta perjudicial, aunque existe un tipo de plantas denominadas halófilas o barrileras que no pueden germinar si el suelo no contiene adecuadas cantidades de sal.


COMPONENTE: ORGANICO

• Son un conjunto complejo de sustancias constituidas por restos vegetales y organismos que están sometidos a un constante proceso de transformación y síntesis.

• Se pueden agrupar en dos grupos :– Grupo de materiales vivientes

• Microbiota: microorganismos: algas, bacterias, hongos, protozoos....• Mesobiota: nematodos, gusanos... • Macrobiota: raíces vegetales, lombrices... • Representa un grupo enormemente diverso, tanto desde el punto de vista

cualitativo como cuantitativo. Valores usuales son de 10.000 a 10.000.000 de organísmos por gramo de suelo para la microflora y de 1.000 a 100.000 para la microfauna

– Grupo de materiales no vivientes• Está constituido por restos orgánicos frescos (tejidos vegetales y animales),

productos excretados por los organismos, productos de descomposición y compuestos de síntesis


COMPONENTE: MATERIA ORGANICA


FORMACION DE LA M. ORG.

• De la descomposición de restos animales y vegetales se genera la materia orgánica del suelo. El resultado final tras el proceso continuo de transformación química o bioquímica de los residuos y sustancias vegetales y animales, es la formación del mantillo o humus.

• Contiene sustancias diversas (humina, ácido húmico, etc.) y proporciona al suelo los elementos nitrogenados indispensables para su fertilidad. El humus puede considerarse la base de la fertilidad del suelo, ejerce una influencia favorable sobre su estructura, y actúa como regulador de la nutrición, reteniendo y haciendo asimilable el fósforo y la potasa, y favoreciendo la actividad biológica del suelo.


• Las primeras materias en descomponerse e incorporarse al sustrato del suelo son las de origen animal, mientras que las de origen vegetal pueden necesitar hasta diez años, aunque ciertos vegetales en suelos neutros, como las hojas de haya, pueden cumplir el proceso en menos de un año.

• Durante el proceso de humificación, que requiere ventilación, calor y humedad, se originan unas sustancias orgánicas denominadas ácidos húmicos y fúlvicos; más de un 5% es considerado suelo rico en humus.

• Para que el suelo sea cultivable debe contener cuatro componentes básicos cuyas proporciones son: 66 a un 80% de arena, 10 a 20% de arcilla, 5 a 10% de caliza y 5 a 10% de humus.


MINERALIZACION

• Es el proceso mediante el cual la materia orgánica se transforma en materia inorgánica, por acción de los microorganismos y bajo condiciones de temperatura, oxígeno y humedad.

• Dentro de los materias inorgánicas se encuentran los fosfatos, carbonatos, sulfatos, nitratos, amonio, dióxido de carbono, etc.

MOF MINERALIZACION 1ria CO2, SO4--, PO4--, NO3-. NH4+,etc.

Microorganismos Tº, H2O, O2

HUMIFICACION REORGANIZACIONMicroorganismos

Tº, H2 O, O2

MINERALIZACION 2riaCO2, SO4--, PO4--, NO3-. NH4+, etc.

HUMUS


COMPONENTE: AGUA

• El agua del suelo puede clasificarse en una serie de términos diferentes, ya sea desde un punto de vista físico o desde el punto de vista agronómico

• A. Higroscópica, fina película que recubre a las partículas del suelo, no absorbible, está adherida con una fuerza <> a 31 atm o más

• A. Capilar– A.C. No absorbible, se encuentra en t. c. < 0.2 micras– A.C absorbible, considerada la reserva de agua para la vegetación

en tiempos de sequía, y se encuentra en tubos capilares de 0.2 a 8 micras.La fuerza de adhesión o retención oscila entre 15 a 1 atm.

• A. Gravitacional, no son retenidas por el suelo y son:• A. G. de Flujo lento, circula por poros de 8 a 30 micras, tarda de 10 a

30 días en atravesar el suelo• A. G. de Flujo Rápido, circula por poros > a 30 u y no es

aprovechado, es el q alcanza el n.freático.


REPRESENTACION DE LOS TIPOS DE AGUA


COMPONENTE: GAS• Es la menos estudiada, debido a que cambia fácilmente y es muy

difícil de muestrear y estudiar. Sin embargo es una fase muy importante para la respiración de los organismos y responsable de las reacciones de oxidación.

• Se sitúa en los poros del suelo, en ellos las fases líquida y gaseosa están en mutua competencia, variando sus contenidos a lo largo del año. Un suelo en capacidad máxima no contendrá fase gaseosa mientras que otro en punto de marchitamiento presentará valores muy altos. En condiciones ideales la fase atmosférica representa un 25%, otro 25% para el agua y un 50% para la fase sólida.

• Se produce debido a variaciones de temperatura y de presión entre las distintas capas del suelo y entre este y la atmósfera. Estos gradientes hacen que entre y salga aire del suelo. El viento impulsa el aire dentro del suelo y succiona aire de la atmósfera. También la lluvia al penetrar dentro de los poros expulsa al aire del suelo


COMPONENTE GASEOSO

• Aire atmosférico % Aire suelo %• Oxígeno 21 10-20• Nitrógeno 78 78,5-80• CO2 0,03 0,2-3• Vapor de H20 variable en saturación


TEXTURA Y ESTRUCTURA

• La textura de suelo responde a la proporción en que están distribuidas las partículas que lo componen. La capacidad permebealizante de un suelo, así como la retención del agua, son características que dependen directamente de la textura

• El equilibrio del suelo....Si las diferentes fracciones en que se dividen los elementos sólidos no predominan entre sí unos sobre otros se dice que el suelo está equilibrado; las arcillas y limos constituyen las partículas de la fracción fina, las arenas la fracción media y las gravas y piedras la fracción gruesa.



Arena, limo y arcilla, son el resultado de la desintegración de las rocas por la variación de la temperatura y por la acción del agua, de los vientos, de microorganismos y de raíces.

• Las arenas, desde las gruesas hasta las finas, formadas por cuarzo, feldespatos, micas y minerales primarios, son las partículas mayores. Varían de 2 a 0.05 mm. de diámetro, según las normas internacionales. El limo es una partícula intermedia entre 0.05 y 0.002 mm. de diámetro, también constituido por mica, cuarzo, feldespatos y otros minerales. Las más finas, con diámetro inferior a 0.002 mm., son las arcillas.

• La textura de un suelo, por lo tanto, depende de la cantidad de cada uno de estos tres minerales.

• Su estructura es determinada por la distribución y características de esas partículas. Para el productor ambas son características muy importantes, porque las propiedades físicas y químicas del suelo, que condicionan su fertilidad, dependen de ellas.


HORIZONTE Y PERFIL

• La estructura vertical del suelo está compuesta por una serie de capas o estratos de desigual anchura denominadas horizontes. A su vez, a un conjunto de horizontes se le denomina perfil del suelo.

• Las estructuras son de características diferentes según sean los componentes agregados al mantillo, y en base a esas características se les denominan: granulares, grumosas, escamosas, laminares, poliédricas, prismáticas o columnares.

• Los horizontes de la estructura existentes entre la superficie y la roca madre pueden tener composiciones tipo A, B o C, y según la importancia de la capa puede ser dividida a su vez en otras subcapas


La estructura vertical del suelo está compuesta por una

serie de capas denominadas horizontes

Perfil del suelo


PROPIEDADES QUIMICAS

Comprende los siguientes aspectos:• La capacidad de intercambio catiónicos• Las reacciones de iones intercambiables• El pH• La salinidad y • Las transformaciones bioquímicasEn la química del suelo, son importantes los elementos, pero a la vez, es más importante saber la

forma como se encuentra estos en el suelo


Elementos SímboloForma iónica

Catiónica Aniónica

AluminioAzufreBoroCalcioCarbonoCloroCobreFieroHidrógenoMagnesiosManganesoMolibdenoNitrógenoFósforoPotasioSodioZinc

AlSBCaCClCuFeHMgMnMoNPKNaZn

Al+++

Ca++

Cu++

Fe++, Fe+++

H+

Mg++

Mn++

NH4+

K+

Na+

Zn++

SO4--

B4O7-

HCO3-, CO3

—

Cl-

OH-

MnO4—

MoO4—

H2PO4-, HPO4

--


NUTRIENTES DE LA PLANTAClase Elementos Símbolos

Macronutrientes NitrógenoFósforoPotasioCalcioMagnesioAzufre

NPKCaMgS

Micronutrientes FierroCobreBoroManganesoZincMolibdenoCloro

FeCuBMnZnMoCl


Sistema Coloidal del Suelo• A medida que los suelos se forman durante el proceso de

intemperización, algunos minerales y materias orgánicas se dividen en partículas extremadamente pequeñas. Los posteriores cambios que se realizan reducen aún más el tamaño de ésta partículas hasta el punto de que no es posible verlas a simple vista.

• A las partículas más pequeñas se les llama “coloides” y en los suelos están principalmente, representados por las arcillas y el humus.

• Cada coloide (arcilla, humus) tienen una carga eléctrica negativa (-) desarrollada durante el proceso de formación. Esto significa que pueden atraer y retener partículas con carga positiva (+); al igual que los polos opuestos de un imán se atraen entre sí. Los coloides repelen otras partículas de carga negativa al igual que los polos idénticos de un imán que se le repelen entre sí


CAPAC. DE INTERCAMBIO IONICO - CIC• Los cationes retenidos de los coloides del suelo pueden ser

remplazados por otros cationes. Esto significa que son intercambiables. El calcio puede ser intercambiado por el hidrógeno o el potasio o viceversa. El número total de cationes de intercambio que un suelo puede retener se le llama capacidad de intercambio iónico o CIC. Mientras más alta sea la CIC de un suelo, mayor será la cantidad de cationes que puede retener.

• La CIC de los suelos es variable. Cuando los suelos son altamente meteorizados y el contenido de materia orgánica (humus) es baja, los valores de la CIC son bajos. En un clima más templado, donde ha ocurrido menor meteorización y los niveles de materia orgánica son más altos, los valores de la CIC pueden ser muy altos.

• Los suelos arenosos, que son muy bajos en arcilla y materia orgánica, presentan valores muy bajos de CIC y por lo tanto retienen muy poca cantidad de cationes.


• Según el tipo de iones que se intercambien:• Cambio de cationes: Suelo-M + X+ -----> Suelo-X + M+• Cambio de aniones: Suelo-N + Y- -----> Suelo-Y + N- • Los cationes que frecuentemente ocupan las posiciones de

cambio en los suelos son: Ca++, Mg++, K+, Na+, H+, Al+++, Fe+++, Fe++, NH4+, Mn++, Cu++ y Zn++.


Importancia de la capacidad de cambio

• Controla la disponibilidad de nutrientes para las plantas: K+, Mg++, Ca++, entre otros.

• Interviene en los procesos de floculación - dispersión 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 retención de elementos contaminantes incorporados al suelo.


% DE SATURACION DE BASES

• Otros factores que se debe considera en el sistema coloidal del suelo y que está relacionado con la CIC, es el porcentaje de saturación de bases (%SB).

• Se define como el % de la CIC ocupada por la suma de los cationes: Ca + Mg + K + Na y se obtiene mediante la siguiente fórmula:

• Ca + Mg + K + Na• %SB = ---------------------- x 100• CIC• En muchos suelos el total de la CIC no está ocupado por los

cationes Ca, Mg, K, Na, pudiendo estar los cationes H y Al, que no son considerados como bases. Desde el punto de vista de la fertilidad de los suelos, es mejor que el suelo presente un alto %SB (>50%),en caso contrario (<50%) los cationes H+ y Al+++ estarán y el suelo tendrá reacción ácida


pH DEL SUELO

• El Ph, es una medida de la relación de iones ácido (H+) a iones base (OH-).

• En los suelo ácidos predominan H+ y Al+++• Si tiene más OH- que H+ es básico o alcalino. Si existe una

igual relación de estos resulta un sistema neutro.• El rango de pH de los suelos generalmente está de 3.0 a 9.0,

valores fuera de este rango es casi imposible.• El pH es una característica importante por que tiene

influencia sobre:• Actividad microbiana del suelo • Solubilidad de nutrientes tóxicos en el suelo• La CIC de los suelos, especialmente en aquellos suelos que

tienen coloides cuya carga es dependiente de pH • Disponibilidad de los nutrientes para las plantas; tal como se

muestra a continuación


pH Indicador Condición Asociada

< 5.5

5.5 – 6.5

6.5 – 7.5

7.5 – 8.4

> 8.4

Suelo es deficiente de Ca y/o Mg

Suelo es bajo en Ca, controle el pH en forma continua

Rango ideal para la producción

Presencia de carbonato de Ca

Presencia de Na cambiable en exceso

El crecimiento de las plantas es pobre debido a la baja CIC y posible toxicidad de Al, y deficiente de P

Satisfactorio para muchos cultivos. La disponibilidad de P está decreciendo

El % SB es cerca al 100%

Micronutrientes y P tienden a decrecer.

Condiciones físicas del suelo muy pobre, la materia orgánica no tiene buena descomposición


SALINIDAD DEL SUELO

• La solución del suelo posee una determinada concentración de sales disueltas. Cuando la concentración de estas sales supera un límite óptimo, comienzan a producirse los efectos salinos. Las principales sales solubles del suelo son:

• Sulfato de Ca, Mg, K, Na• Cloruros de Ca, Mg, K, Na• Carbonatos y Bicarbonatos de Ca y Mg• Nitratos y Sulfatos


EFECTOS DE LA SALINIDAD• Efectos Físico-químico.- Al aumentar el pH de la solución del suelo, se

produce la disminución de la actividad microbiana y la permeabilidad de las células radicales.

• Efecto Físico.- La presencia de una sal aumenta la presión osmótica de la solución suelo.

• Efecto Química.- Al existir exceso de iones como el cloruro, el bicarbonato, el carbonato, el sodio y el Boro se producen efectos tóxicos que alteran el metabolismo de la planta.

• Efecto Indirecto.- Algunos elementos producen alteraciones en la física del suelo, como es el caso del sodio que tiene efecto dispersante sobre las partículas coloidales. Esta situación se presenta cuando el % de sodio dentro del complejo coloidal supera el 15% de la CIC. Por efecto del exceso de sodio, la permeabilidad se hace deficiente y el suelo pierde su estructura.

• El exceso de sales en el suelo proviene del material madre del suelo o del uso de agua de mala calidad con fines de riego. Los suelos de clima árido y semi - árido, generalmente presentan problemas de salinidad pues no hay suficiente cantidad de agua para producir arrastre de sales (lavaje).

• Para conocer si un suelo es salino o no, el parámetro que se utiliza es la conductividad eléctrica del extracto de saturación.Si el valor de la conductividad eléctrica es 4.0 o más se dice que el suelo es salino.


PRESION OSMOTICA


TRANSFORMACION BIOQUIMICA

• La materia vegetal está compuesta principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno. Las plantas por el fenómeno de la fotosíntesis, utilizan luz solar como fuentes de energía, produciendo los compuestos orgánicos a partir del anhídrido carbónico de la atmósfera y el agua que extraen del suelo mediante el sistema radicular.

• Estos compuestos elaborados poseen en su composición carbono, hidrógeno y oxígeno, constituyendo químicamente los hidratos de carbono.

• Para la síntesis de otras sustancias básicas como las proteínas, fosfolípidos, clorofilas, etc., necesitan otros elementos básicos como el N, P, Mg, etc., que las planta extraen de su medio (principalmente de las raíces y eventualmente por vía foliar cuando se hacen pulverizaciones de fertilizantes, ya que las hojas tienen capacidad para absorber algunos nutrientes).

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