APUNTES DE LA CLASE CLASE DEL PROFESOR PROFESOR KLAUS RAVEN CICLO 2012 – II II
RECOPILADO Y EDITADO EDITADO POR CESAR PADILLA CASTRO
Apuntes de Edafología de la clase clase del Prof. Raven INDICE CAPITULO 1: DEFINICIONES IMPORTANTES IMPORT ANTES ....................................... .................. ..................... 7 I.
SUELO ............................................................................................................................ 7 DEFINICION: ...................................................................................................................... 7 IMPORTANCIA: IMPORTANCIA: .................................................................................................................. 7 II. CIENCIA DEL SUELO..................................................................................................... 7 OBJETIVOS: OBJETIVOS:....................................................................................................................... 7 ENFOQUES: ENFOQUES:....................................................................................................................... 7 III. CONCEPTOS PREVIOS: ............................................................................................ 8 Tierra: ................................................................................................................................. 8 Regolita: ............................................................................................................................. 8 Sedimento: Sedimento:.......................................................................................................................... 8 Perfil de suelo: .................................................................................................................... 8 Horizonte: ........................................................................................................................... 8 Capa: .................................................................................................................................. 8 Solum: ................................................................................................................................ 8 Material Parental: ................................................................................................................ 8 Pedon: ................................................................................................................................ 9 Polipedon: Polipedon: ........................................................................................................................... 9 Suelo superficial:................................................................................................................. 9 Subsuelo: Subsuelo: ............................................................................................................................ 9 Material de suelo:................................................................................................................ 9
CAPITULO CAPITULO 2: CONSTITUYENTES CONSTITUYENTES DE LOS SUELOS .............................. 9 I.
PARTICULAS MINERALES: MINERALES: ........................................................................................... 9 1. Clasificación: Clasificación:................................................................................................................ 9 2. Composición Composición elemental: elemental: ..............................................................................................10 3. Composición Composición mineralógica: mineralógica: .........................................................................................10 II. MATERIA ORGANICA ...................................................................................................10 1. Definición: ...................................................................................................................10 2. Contenido: Contenido: ..................................................................................................................11 3. Factores que afectan afectan la cantidad de Materia Materia orgánica orgánica en un suelo: suelo: ............................11 4. Composición elemental de la materia orgánica seca en tejidos versus la materia orgánica del suelo:.............................................................................................................11 III. BIOTA DEL SUELO: ...................................................................................................12 1. Definición: ...................................................................................................................12 2. Clasificación: Clasificación:...............................................................................................................12 Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase clase del Prof. Raven 3. Actividad biológica en suelos: .....................................................................................12 4. Medición de la actividad biológica en suelos: suelos:..............................................................12 5. Factores que influyen influyen en la presencia presencia de biota biota en un suelo: suelo: .......................................12 Diversidad de organismos: organismos: .................................................................................................13 IV. SOLUCION DEL SUELO ............................................................................................13 1. Definición: ...................................................................................................................13 2. Agua del suelo: ...........................................................................................................13 3. Valores típicos: ...........................................................................................................14 4. Factores:.....................................................................................................................14 5. Determinación: Determinación:............................................................................................................14 6. Potencial de agua del suelo: .......................................................................................14 7. Determinación Determinación del potencial potencial hídrico: ...........................................................................15 8. Curva característica característica del agua del suelo: .....................................................................15 9. Coeficientes Coeficientes hídricos:..................................................................................................15 10. Clasificación del agua del suelo: .............................................................................15 11. Expresión de los contenidos contenidos de agua en el suelo: ...................................................15 V. AIRE DEL SUELO ..........................................................................................................16 Espacio aéreo: ...................................................................................................................16 Contenido: Contenido: .........................................................................................................................16 Composición química química del aire atmosférico y aire del suelo ................................................16 Factores que afectan: afectan: ........................................................................................................16
CAPITULO 3: PROPIEDADES FISICAS DE MATERIALES DE SUELO Y SUELOS:............................... ................................ ................................ ... 16 Profundidad Profundidad efectiva: .........................................................................................................16 Textura: .............................................................................................................................17 Estructura: .........................................................................................................................17 Densidad Real: ..................................................................................................................18 Densidad aparente: aparente: ............................................................................................................19 Porosidad: Porosidad:..........................................................................................................................19 Consistencia: Consistencia: .....................................................................................................................20 Color: .................................................................................................................................21 Temperatura: Temperatura: .....................................................................................................................22
CAPITULO CAPITULO 4: PROCESOS FISICOS EN SUELOS.................................. 23 Transferencia Transferencia de calor: ......................................................................................................23 TRANSPORTE TRANSPORTE DE GASES: ..............................................................................................24 TRANSPORTE TRANSPORTE DE AGUA LIQUIDA ..................................................................................25 Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase clase del Prof. Raven TRANSPORTE TRANSPORTE DE SOLUTOS...........................................................................................27 OTROS PROCESOS: PROCESOS: ........................................................................................................28 INTERACCION INTERACCION DE PROCESOS: PROCESOS: ......................................................................................28
CAPITULO 5: INTERFASE SOLIDO – SOLUCION DEL SUELO............ 29 29 I.
SUPERFICIE DE LAS PARTICULAS PARTICULAS SOLIDAS.............................................................29 Superficie especifica: especifica: .........................................................................................................29 Composición química:........................................................................................................29 II. SOLUCION ADYACENTE ADYACENTE A LA SUPERFICIE SUPERFICIE ...............................................................32
CAPITULO CAPITULO 6: PROCESOS QUIMICOS EN SUELOS.............................. 33 I.
TIPOS DE PROCEOSOS: PROCEOSOS:..............................................................................................33 Reacciones Reacciones entre gases en el aire del suelo: .....................................................................33 .....................................................................33 Procesos en la interfase aire-solución aire-solución de suelo: ................................................................33 Reacciones Reacciones químicas en la solución de suelo: ...................................................................33 Procesos en la interfase solido – solución suelo: ...............................................................34 II. PROPIEDADES PROPIEDADES QUMICAS QUMICAS DE MATERIALES MATERIALES DE SUELO SUELO ............................................34 Capacidad Capacidad de intercambio intercambio catiónico (CIC): ........................................................................34 Concentración Concentración de iones intercambiables: intercambiables:...........................................................................35 pH del suelo: ......................................................................................................................36
CAPITULO CAPITULO 7: SALINIDAD SALINIDAD DEL SUELO............................... ................... 40 40 Sales solubles del suelo:....................................................................................................40
CAPITULO CAPITULO 8: SODICIDAD .............................................................. .............................. ................................ ........ 42 Definición:..........................................................................................................................42 Origen:...............................................................................................................................42 Manejo de suelos sódicos: .................................................................................................42
CAPITULO CAPITULO 9: PROCESOS BIOLOGICOS ..................................... ..... ................................ ......... 43 I.
DINAMICA DE LA MATERIA ORGANICA EN EL SUELO: .............................................43 Adición de Materia Orgánica: Orgánica: .............................................................................................43 Descomposición Descomposición de la Materia Orgánica: ...........................................................................44 Proceso de Humificación: ..................................................................................................44 Proceso de mineralización: mineralización: ................................................................................................44 Balance Húmico del suelo:.................................................................................................45 Fijación biológica de Nitrógeno: Nitrógeno: .........................................................................................45 Oxidación de la pirita: ........................................................................................................46
CAPITULO CAPITULO 10: GENESIS DE SUELOS ................................ ................... 46 I.
PROCESO DE FORMACION DEL SUELO: ...................................................................46 Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase clase del Prof. Raven II.
MATERIALES MATERIALES PARENTALES: PARENTALES: .......................................................................................46 Material parental residual: ..................................................................................................46 Material parental transportado: transportado: ..........................................................................................46 III. FACTORES DE FORMACION DE SUELOS:..............................................................47 Material parental: ...............................................................................................................47 Relieve:..............................................................................................................................47 Clima: ................................................................................................................................47 Organismos del suelo: .......................................................................................................47 Tiempo:..............................................................................................................................47 IV. PROCESOS PEDOGENICOS PEDOGENICOS ESPECIFICOS: ESPECIFICOS: ..........................................................47 Melanización: Melanización: .....................................................................................................................47 Eluviación: Eluviación: .........................................................................................................................47 Iluviacion: Iluviacion: ...........................................................................................................................47
CAPITULO CAPITULO 11: MORFOLOGIA DE SUELOS .......................................... ...................................... .... 48 I. II.
DEFINICION Y TIPOS DE MORFOLOGIA: MORFOLOGIA: ....................................................................48 ESTRATOS GENETICOS: GENETICOS: .............................................................................................48 Estrato maestro:.................................................................................................................48 Estratos nuevos: ................................................................................................................48 III. DISTINCIONES DISTINCIONES SUBORDINADAS: SUBORDINADAS: ............................................................................48 IV. SUBDIVISIONES SUBDIVISIONES VERTICALES: VERTICALES: ................................................................................49 V. ESTRATOS DE TRANSICION O COMBINACION: COMBINACION: ........................................................49 VI. DISCONTINUIDADES: DISCONTINUIDADES: ...............................................................................................49
CAPITULO CAPITULO 12: CLASIFICACION CLASIFICACION DE SUELOS ............................... ........ 49 I.
CLASIFICACION CLASIFICACION DE TIERRAS POR CAPACIDAD CAPACIDAD DE USO MAYOR: ..........................49 Criterios: ............................................................................................................................49 Categorías: Categorías: ........................................................................................................................49 ONERN..............................................................................................................................50
ANEXO 1 ............................... ................................ ................................ ... 51 TIPOS DE MINERALES QUE FORMAN LA FRACCION SOLIDA DEL SUELO ............................. ................................ ................................ ........ 51 I.
SILICATOS: SILICATOS: ...................................................................................................................51 Neosilicatos: Neosilicatos: ......................................................................................................................51 Sorosilicatos: Sorosilicatos: .....................................................................................................................51 Ciclosilicatos: Ciclosilicatos: .....................................................................................................................51 Inosilicatos: Inosilicatos: ........................................................................................................................51 Filosilicatos: .......................................................................................................................51 Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven Tectosilicatos: ....................................................................................................................52 Aluminosilicatos amorfos: ..................................................................................................52 II. OXIDOS .........................................................................................................................52 Óxidos de aluminio: ...........................................................................................................52 Óxidos de hierro:................................................................................................................52 Óxidos de Magnesio: .........................................................................................................52 III. CARBONATOS...........................................................................................................52 IV. SULFATOS.................................................................................................................53 V. HALUROS......................................................................................................................53 VI. SULFUROS ................................................................................................................53
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CAPITULO 1: DEFINICIONES IMPORTANTES
DEFINICION: Cuerpo natural tridimensional ubicado sobre la superficie terrestre compuesto de fragmentos minerales, materia orgánica, fase liquida acuosa, fase gaseosa, biota y en algunos casos, una fase liquida no acuosa (contaminantes como los derivados del petróleo). Se considera suelo a la porción de la corteza ubicada sobre la superficie que ha sufrido alteraciones en su material geológico parental (roca solida) y que sufre cambios constantes.
IMPORTANCIA: Hábitat de las raíces de las plantas. Componente básico en los ecosistemas. Cimiento para las construcciones. Sumidero para desechos.
OBJETIVOS: El suelo se estudia para poder darle el uso más adecuado y de una manera sustentable. Nos da la posibilidad de mejorar algunas características en la medida que se eficiente agronómicamente, ecológicamente y económicamente hablando.
ENFOQUES:
Pedológico: El suelo, por el simple hecho de ser un cuerpo natural, amerita
estudio. Punto de vista teórico, solo para generar nuevos conocimientos. Edafológico: El suelo amerita estudio para un determinado fin que puede ser cultivo, crianza de animales, etc. Punto de vista práctico-comercial.
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Tierra: Ambiente natural completo de áreas superficiales del planeta que no está cubierto por grandes masas de agua. En otras palabras, toda la superficie de la corteza del planeta que no está cubierta por agua.
Regolita: Mezcla de grandes fragmentos de roca meteorizada y material de suelo sobre la superficie terrestre. A la parte superior se le conoce como suelo.
Sedimento: Es el equivalente de suelo, pero bajo grandes masas de agua.
Perfil de suelo: Es una sección bidimensional del suelo desde la superficie hasta lo más profundo de una excavación, en la que se muestra todos los estratos que lo comprenden.
Horizonte: Estrato que ha sufrido alteraciones y muestra procesos de formación de suelos (estos serán mencionados en la última parte del curso). Es paralelo a la superficie.
Capa:
Estrato que no muestra procesos de formación de suelos, es decir no ha sufrido alteraciones. Son poco frecuentes.
Solum: Es el conjunto de horizontes, no incluye a las capas. Muestra procesos de formación de suelos. Se le dice “suelo verdadero”.
Material Parental: Material mineral u orgánico del cual se forma el suelo.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven Pedon: Individuo mínimo que se considera como suelo. Tiene un tamaño entre 1 a 10 metros cuadrados y es de forma de prisma hexagonal.
Polipedon: Grupo de dos o más pedons. Individuo de suelo practico, ya que es imposible levantar un mapa considerando cada uno de los pedons individuales.
Suelo superficial: Capa arable. Parte superior del suelo modificada por actividades agrícolas o ganaderas. La profundidad no es exacta pues varía de cultivo en cultivo.
Subsuelo: Porción por debajo del suelo superficial. Tampoco tiene una profundidad específica, es un término muy general.
Material de suelo: Material relativamente homogéneo que constituye parte del suelo. Por ejemplo, todo el “suelo” que se encuentra en una maceta. Puede ser una mezcla de varios
horizontes.
CAPITULO 2: CONSTITUYENTES DE LOS SUELOS 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Partículas minerales Materia orgánica Solución del suelo Aire del suelo Biota del suelo Fase liquida no acuosa (solo en suelos contaminados)
Constituyen la fase solida inorgánica. Fragmentos de roca o de cristales.
1. Clasificación:
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven a) Fragmentos rocosos:
Tienen un diámetro mayor a 2 mm. Desde el más grande al más pequeño son CANTO, PIEDRA, GUIJARRO Y GRAVA.
b) Tierra fina:
Tienen un diámetro menor a 2 mm. Desde los más grandes a los más pequeños son ARENA (Partículas con un tamaño de 2 mm hasta el tamaño de una célula promedio), LIMO (partículas con tamaño de una célula promedio hasta el de una bacteria) y ARCILLA (partículas más pequeñas que las bacterias)
2. Composición elemental: Nótese que ¾ del total esta conformados solo por O y Si. -Oxigeno 47%
- Aluminio 8%
-Silicio
- Hierro 5%
28%
- Calcio 4%
3. Composición mineralógica: Mineral: Solido homogéneo natural cuya composición química es definida pero que puede variar en cantidades. Tiene una disposición ordenada. Puede ser de dos tipos: Primario: Mineral que el suelo hereda de su material parental. Secundario: Material que se forma durante la génesis del suelo. Deriva del primero. 1) Minerales del suelo: Pueden ser los siguientes a) Silicatos (los más comunes) Revisar el ANEXO 1 – ¡MUY IMPORTANTE! b) Óxidos c) Carbonatos d) Sulfatos e) Haluros f) Fosfatos g) Sulfuros
1. Definición: Fracción orgánica del suelo, excluyendo la biota del suelo y los residuos orgánicos frescos.
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Residuos Orgánicos frescos: Materia orgánica de origen animal o vegetal que puede identificarse su procedencia visualmente o usando el tacto. Luego que se vuelve irreconocible se convierte en materia orgánica. Humus: Fracción orgánica del suelo que excluye la biota, residuos orgánicos frescos y material parcialmente descompuesto. Las biomoléculas se han tenido que descomponer y resintetizar en otros compuestos (esto se verá más adelante en Humificación). Pueden ser de tres tipos, ácidos húmicos, acidos fúlvicos y huminas. Cada uno tiene diferentes propiedades.
2. Contenido: Desde virtualmente 0% hasta 100% (en mesetas alto andinas, conocido como “turba”). Lo común es encontrar entre un 0.5% y 5% en los suelos.
3. Factores que afectan la cantidad de Materia orgánica en un suelo:
Profundidad del suelo: Mayor concentración de M.O. en la superficie que en el interior. Clima: Una mayor cantidad de lluvia hace que la M.O. se descomponga más lentamente porque las bacterias que lo hacen tienen poco oxígeno. Una mayor temperatura hace que el metabolismo bacterial aumente, por lo que la M.O. se descompone más rápido. Tipo de vegetación: Algunas especies producen más biomasa que otras, por ende en algunos sitios el porcentaje de M.O. será mayor por esa sencilla razón. Contenido de arcilla: Mientras más arcilloso sea el suelo, más material orgánica habrá en el suelo debido a que las pequeñas “laminas” de arcilla,
recubren la M.O. dificultando la entrada a las bacterias descomponedoras. Aireación del suelo: Una buena aireación implica una baja concentración de materia orgánica porque los microorganismos aceleran su metabolismo en presencia de Oxigeno. Manejo del suelo: Una labranza con “mulch” (rastrojos incorporados) trae como consecuencia altos porcentajes de materia orgánica. Cambio de uso del suelo: Cuando por ejemplo un pastizal se convierte en tierra de cultivo, se produce un decrecimiento sistemático en el porcentaje de materia orgánica.
4. Composición elemental de la materia orgánica seca en tejidos versus la materia orgánica del suelo: Materia Seca
Materia Orgánica
Carbono
44%
Carbono Orgánico
58%
Oxigeno
40%
Oxigeno
No
Hidrogeno
Hidrogeno
No
Nitrógeno
1.7%
Nitrógeno
5%
Fosforo
0.6%
8%
Recopilado y editado Fosforo 0.2% por Cesar P.
Azufre
0.2%
Azufre
hay valor fijo
hay valor fijo Página 11
0.6%
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1. Definición: Parte viva del suelo. Formada por los organismos microscópicos y macroscópicos. Un promedio es de 2 a 3 Kg de seres vivos por cada metros cúbicos de suelo.
2. Clasificación: a) Por su forma de alimentación: Autótrofos (Foto autótrofos o Quimioautotrofos) y Heterótrofos. b) Por sus requerimientos de Oxigeno: Aerobios: Requieren oxigeno como oxidante. Anaerobios: Requieren otro elemento como oxidante diferente de Oxigeno. Facultativos: Se adaptan a cuando hay o no hay oxígeno.
3. Actividad biológica en suelos: a) Producción y acumulación de residuos de materia orgánica. b) Desintegración (disminución de tamaño) y descomposición (transformación química) de residuos de materia orgánica. c) Mezcla del suelo por las criaturas que en el viven. d) Enriquecimiento del suelo en nitrógeno (por fijación biológica) e) Reacciones de óxido reducción pues no existen electrones libre en el suelo. f) Reciclaje de nutrientes minerales. g) Daños mecánicos y enfermedades ocasionadas a plantas.
4. Medición de la actividad biológica en suelos: Hacer un conteo poblacional. Pesarlos Medir alguna actividad metabólica como la respiración( gramos de CO2 por Kg de suelo por día)
5. Factores que influyen en la presencia de biota en un suelo: a) b) c) d) e) f)
Cantidad de residuos de materia orgánica (alimento) Tipo de material orgánico. Aireación del suelo. Contenido de agua. Temperatura Suministro de nutrientes
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven Diversidad de organismos:
1- Asociaciones: a) Mutualismo Líquenes b) Leguminosas Simbiosis con bacterias del genero Rhizobia en nódulos en raíz. c) Actinorrizas Simbiosis entre bacterias (genero Frankia) y arboles (Ej. Actinomiceto en Casuarina. d) Micorrizas La mayoría de plantas en estrés hídrico lo tienen (simbiosis planta –hongo) e) Parasitismo Relación negativa
1. Definición: Componente liquido del suelo. Formado por agua y solutos.
2. Agua del suelo:
Es un dipolo. Forma puentes de hidrogeno. Alta capacidad calórica. Alto punto de ebullición. Disocian a los sólidos iónicos. a) Retención: AdhesiónUnión agua-superficie CohesiónUnión agua-agua
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Tensión superficial Producido por la diferencia de tensiones entre moléculas de agua y aire.
b) Contenido:
Contenido gravimétrico: Indica una relación de proporcionalidad entre la masa de agua y la masa de sólidos. Contenido volumétrico: Indica una relación entre el volumen del agua y el volumen total, es decir una porción versus el todo.
Relación entre los contenidos:
3. Valores típicos: Desde virtualmente 0% a más de 60% en materiales porosos saturados
4. Factores:
Porosidad: Mientras más poroso, mas será su contenido máximo de agua Componentes del balance hídrico: Agregar agua (lluvias, riego) y quitar agua(evapotranspiración, percolación)
5. Determinación:
Método gravimétrico Resistencia eléctrica de bloques porosos: Los bloques porosos contienen electrodos que se humedecen junto con el suelo. A más humedad menos resistencia. Se usa un medidor de resistencia eléctrica y se calibra. Sonda de neutrones: Se usa un emisor de neutrones rápidos y un receptor de neutrones lentos. El criterio es que si hay muchos neutrones que regresan hay mucha agua. Reflectometría de dominio temporal: Mide el tiempo de transito de ondas electromagnéticas en el suelo. Tiene que ver con la constante dieléctrica. A mayor contenido de agua, mayor facilidad para que pasen las ondas.
6. Potencial de agua del suelo: Es la energía que posee el agua y según esto el agua se mueve en una dirección o en otra. a) Potencial mátrico Fuerza con la que se retiene el agua en un medio poroso. Mientras menos sea el agua en un poro, esta será atraída con más fuerza por este. Siempre posee un valor negativo. b) Potencial osmótico Cuando se le agregan solutos al agua pura, su energía baja, pues su capacidad de disolver disminuye. c) Potencial hidrostático Debido a la presión de una columna de agua debajo del nivel freático. d) Potencial gravimétrico Depende de la altura. Mientras más alto este el agua según un punto de referencia, tendrá más energía potencial que en un punto más abajo. e) Potencial del aire Debido a la presión atmosférica. En el nivel del suelo vale 0, es negativo por encima y positivo por debajo. Es prácticamente despreciable. Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven 7. Determinación del potencial hídrico:
Tensiómetro: Tensiómetro de humedad, aproximadamente igual al potencial mátrico. Psicometría de termopares: Piezómetro: Tubo en el suelo para determinar el nivel freático.
8. Curva característica del agua del suelo:
Relaciona el contenido de agua con el potencial mátrico. Mientras mayor contenido de agua, menor potencial mátrico. A una determinada cantidad de agua, la arcilla tendrá el menor potencial mátrico, luego el limo y luego la arena.
9. Coeficientes hídricos: a) Saturación con agua Todos los poros están saturados con agua. Contenido volumétrico de agua es igual a la porosidad total. Es un estado transitorio porque el agua es drenada. b) Capacidad de Campo Una vez saturado se deja drenar por 72 horas, por acción de la gravedad hasta que todos los macroporos se vacíen y queden llenos los microporos. c) Punto de marchitez permanente Situación hídrica en la que una planta marchita no puede volver a su estado de turgencia sea de día o noche. Solo los microporos más pequeños están llenos de agua, pero la planta ya no puede acceder a ellos. d) Coeficiente higroscópico Situación hídrica del suelo en la que está equilibrado con el aire cuya humedad relativa es de 98%.
10.
Clasificación del agua del suelo:
a) Física:
Agua gravitacional: Ubicada entre los coeficientes hídricos de saturación y capacidad de campo. Agua capilar: Ubicada entre los coeficientes hídricos de capacidad de campo y coeficientes higroscópicos. Agua higroscópica: Por debajo del coeficiente higroscópico b) Biológica: Agua disponible: Entre capacidad de campo y el punto de marchitez permanente. Agua no disponible: Por debajo del punto de marchitez permanente
11.
Expresión de los contenidos de agua en el suelo:
Lámina de agua de 1 mm = 10 metros cúbicos/hectárea NOTA: SOLUTOS DEL SUELO: Son las sustancias que se encuentran disueltas en el agua. 1- Complejos solubles: De esfera interna: Se caracterizan por tener enlaces covalentes de coordinación, son muy fuertes y estables. De esfera externa: No existe contacto directo entre el ion central y el ligando, existe una molécula de agua en su centro. Enlace de tipo electrostático. 2- Moléculas neutras:
FACTORES QUE AFECTAN LA COMPOSICION IONICA: 1-Recopilado Composición química del suelo y editado por Cesar P. y procesos químicos y biológicos asociados. Página 15 2- Contenido de agua en el suelo. 3- Adición externa de solutos
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Espacio aéreo:
Contenido: Varía entre 0% (en suelos saturados con agua) y 60% en suelos secos o muy porosos. Se calcula a partir de la porosidad total y el contenido volumétrico de agua.
Composición química del aire atmosférico y aire del suelo Gas Aire del suelo Aire atmosférico Nitrógeno 78% 78.1%(invariable) Oxigeno 0.2 - 20.5% Dióxido de carbono 0.3 – 20% Argón 1% (invariable)
20.9%(variable) 0.03%(variable) 0.9%
Factores que afectan: a) Actividad biológica: Ya que esto hace que se incremente las concentraciones de CO2 y se reduzca las concentraciones de O2. b) Procesos químicos: Porque puede haber incorporación de nuevos gases o volatilización de los que se encuentran ahí. c) Variabilidad espacial: Cuando se analiza un punto en un suelo, mientras más profundo o alejado a la superficie se encuentre, las concentraciones de oxigeno se reducirán y las de dióxido de carbono aumentaran. d) Variabilidad temporal: Las concentraciones varían estacionalmente. e) Manejo del suelo: La incorporación de agua en el suelo, varía las concentraciones de los compuestos. f) Agregar materia orgánica: También estimula variaciones en las concentraciones de los compuestos, debido a que esta libera gases cuando se descompone por efecto de los microorganismos.
CAPITULO 3: PROPIEDADES FISICAS DE MATERIALES DE SUELO Y SUELOS: Profundidad efectiva: a) Definición: Es la profundidad máxima hasta la que pueden desarrollarse las raíces sin impedimento (físico o químico). Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven Impedimento físico: Lecho rocoso, estratos duros. Impedimento químico: Salinidad muy alta en el estrato por ejemplo. b) Valores típicos: 25 – 150 cm Depende del vegetal
Textura: a) Definición: Porción relativa en masa de arena, limo y arcilla en la tierra fina de un material de suelo. No se considera la cantidad de materia orgánica, ni de fragmentos rocosos. b) Clases texturales: 12 clases texturales Puros limoso, arcilloso, arenoso, franco Combinación I franco-limoso, franco-arcilloso, franco-arenoso Combinación II arcillo-limoso, arcillo-arenoso, areno-franco Combinación III franco-arcillo-limoso, franco-arcillo-arenoso c) Fragmentos rocosos: Se los excluye por ser inertes, no reacciona y no acumulan nada como si lo hacen las partículas de limo de arcilla (esto se explicara en lo que es intercambio catiónico). En descripciones oficiales se los nombra por ejemplo franco-arenoso gravoso. d) Factores que afectan la textura: La textura es permanente, no cambia en cientos de años. Material parental: El tipo de material parental definirá la textura de una determinada zona. Pedogénesis: Durante los procesos de formación y de evolución de los suelos se dan procesos de movimientos de partículas de zonas de poca profundidad a zonas de más profundidad por la acción de la percolación del agua. Es por eso que cuando se analiza un perfil de suelo, la clase textural puede variar de horizonte en horizonte. Solo las partículas más pequeñas se mueven arrastradas por el agua. En las partes altas pueden quedar las partículas más gruesas. La descomposición química convierte las partículas grandes en pequeñas.
Estructura: a) Definición: Es la manera como las partículas del suelo se agrupan en porciones con determinas formas y tamaños. Pueden ser agrupaciones naturales (PEDs) o hechas por el hombre (terrones). b) Tipos: PED: Agregado de partículas formado por procesos naturales (como secuencias de humedecimiento y secado repetitivo). Unidad básica en la estructura del suelo. Terrón: Masa compacta de material de suelo de tamaño variable, producida artificialmente por labranza. Concreción: Concentración cementada de un compuesto producido por procesos de sedimentación química dentro del suelo. Es un producto de la Pedogénesis. c) Materiales de suelo apedales: No poseen estructura: Grano suelto Todas las partículas están independizadas. Ejemplo, arena de playa. Masivo Material de suelo cohesionado solamente por agentes cementantes. d) Caracterización:
Recopilado y editado por Cesar P.
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Forma: Esferoidal (superficialmente), laminar(es raro encontrar este tipo), bloques (tienden a tener forma de cubo, pueden ser subangulares si sus aristas están desgastadas o angulares si sus aristas están afiladas) y prismática(también es raro encontrarlo, puede ser prismática propiamente dicha si sus bordes no están desgastados o columnar si las aristas de las bases están desgastadas) Tamaño: Muy fina, Fina, media, gruesa y muy gruesa Grado de estructura: Débil ( no se puede extraer sin romperse), Moderado (se puede sacar y se rompe con poca presión), Fuerte ( No se rompe con la presión de los dedos)
e) Mecanismos generales de formación de agregados: Las arcillas tienen tendencia a unirse entre sí. La arena no tiene esa capacidad. Para unir PEDs se necesita arcilla o materia orgánica (humus) o agentes cementantes (sílice amorfa, óxidos de hierro, carbonatos) Cantidades mínimas de arcilla y humus. La mecánica de agregación no está clara. Procesos implican presión sobre el material de suelo y fragmentación del mismo. Se logra por ciclos sucesivos de humedecimiento y secado, congelamientodeshielo, proliferación de raíces, organismos del suelo (chanchitos, lombrices) que abren canales. f) Mecanismos específicos de formación de agregados: Puentes catiónicos entre las partículas de filosilicatos. Cargas electrostáticas y unión mecánica. Unión mecánica y electrostática vía agentes cementantes. Unión mecánica por microorganismos como hifas o raíces. Arcilla o humus se juntan y el limo y la arena quedan atrapados. g) Manejo agronómico: No es bueno dejar materiales muy compactados o de tipo “masivo”. Esto con la intención de mejorar la aireación del suelo. Se deben de hacer roturaciones mecánicas (con implementos agrícolas) o biológicas (poniendo arboles con raíces profundas). Uso de acondicionantes del suelo para darle estructura (cohesiona partículas). Existen sintéticos y también orgánicos. El compost es un buen cohesionante ya que aglomera las partículas sueltas brindando estructura al suelo. Conservar o aumentar el contenido de materia orgánica del suelo.
Destruir las “costras” que se forman en la superficie del suelo. Estos
materiales duros y cohesionados no permiten el intercambio de agua y de gases entre el suelo y la atmosfera.
Densidad Real:
a) Definición: Se define como la relación entre la masa seca de sólidos y el volumen solamente de los sólidos que conforman todo el suelo. Ojo se incluye a la materia orgánica. Las unidades se expresan en Megagramos/ metro cubico o en gramos/centímetro cubico (hagan las conversiones y resulta el mismo valor numérico).
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven b) Valores típicos: Para silicatos puros 2.4 – 2.9 Megagramos/metro cubico Para materia orgánica 1.1 – 1.4 Megagramos/metro cubico Valor promedio 2.65 Megagramos/metro cubico (este valor se asume como constante) c) Factores que afectan: Composición mineralógica Cada mineral tiene su propia densidad. Materia Orgánica Mientras mayor sea la concentración de M.O., menor será la densidad real. Minerales ferrosos Aumentan la densidad real.
Densidad aparente: a) Definición: Se define como la relación entre la masa de solidos secos a estufa y el volumen total (incluyendo sólidos y poros que pueden estar llenos de agua o aire). Se expresa en Megagramos/metro cubico o gramos/centímetro cubico.
b) Valores típicos: No es fácilmente deducible, se debe determinar necesariamente. De 1 Mg/m3 en materiales arcillosos a 1.8 Mg/m3 en materiales arenosos. En materiales compactados pueden superar los 2 Mg/m3. En materiales con mucha materia orgánica, puede ser menor a 1 Mg/m3. El vermicompost (comúnmente humus de lombriz) tiene entre 0.1 – 1 Mg/m3. c) Factores que afectan: Densidad real Mientras más alta sea, la densidad aparente también será alta. Porosidad A más porosidad, menor densidad aparente. Compactación Un suelo compactado presentara una densidad aparente mayor en comparación de uno bien aireado.
Porosidad: a) Definición: Se define como el conjunto de los espacios entre las partículas sólidas que pueden albergar agua y/o aire. b) Porosidad total: Hay tres fórmulas para obtener la porosidad total, la última será demostrada.
Comprobación: Recopilado y editado por Cesar P.
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c) Macroporos: Si diámetro es mayor que 60 micrómetros. Se encuentran entre partículas de arena y entre PEDs. Generalmente están llenos de aire, pero cuando el suelo se satura con agua, estos se llenan también. Valores típicos: Arena (15 -25%), Arcillas (5 – 25%) Determinación
d) Microporos: El diámetro de estos poros es menor a 60 micrómetros. Contienen agua y aire. Cuando se alcanza la capacidad de campo, todos los microporos están llenos de agua. Cuando está más seco, los microporos contienen aire también. Están dentro de los PEDs. Valores típicos: Arena (5 – 15%), Arcillas (35 – 55%) Determinación:
e) Factores: Textura Los materiales de suelo arcillosos son más porosos que los arenosos. Sin embargo, cuando se refiere a proporciones, la arena tiene una mayor proporción de macroporos, mientras que la arcilla presenta una mayor proporción de microporos. Estructura del suelo Las proporciones de micro y macroporos varían según el suelo tenga estructura (pedal) o no la tenga (apedal). Cantidad de materia orgánica Es porosa por naturaleza Grado de compactación del suelo A mayor compactación, menor porosidad total. Se produce un incremento en la proporción de microporos. Actividad de la fauna La biota abre canales y eso aumenta los porcentajes de macroporosidad. Manejo del suelo La labranza aumenta la porosidad de la capa superficial, mientras que los procesos de riego y secado, la disminuye
Consistencia: a) Definición: Es una propiedad asociada a la Mecánica de suelos. Implica cohesión entre partículas del suelo. Su caracterización se hace mediante su resistencia a la deformación o a la ruptura y a las fuerzas de enlace entre las partículas. b) Caracterización: Resistencia a la ruptura Referida a la fuerza que se requiere para romper un bloque de material de suelo. Resistencia a la penetración Referido a la mínima fuerza para que una varilla muy dura penetre en un suelo. Se asocia con la facilidad o dificultad que tendrían las raíces para penetrar en el suelo. Se mide con un “penetrómetro ”. Resistencia al esfuerzo cortante Referido a la mínima fuerza para cortar un bloque de material de suelo. Plasticidad del suelo Facilidad de un material de suelo bien humedecido para ser moldeado. Pegajosidad Facilidad de un material de suelo de adherirse a un objeto. Recopilado y editado por Cesar P.
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Cementación Referido a la unión permanente (largo plazo) entre las partículas sólidas por agentes cementantes. Se pone a prueba cuando un bloque de material de suelo, se lo pone en agua 24 horas, si tiene propiedades de cementación, no se desmoronara. Límites de ATTERBBERG Características especiales de un material de suelo que se considera para su transporte por tuberías y ductos. Es muy usado en minería para los mineroductos. Esto lo usan para determinar la proporción de mezcla de material de suelo y de agua para ser transportado usando el método mencionado anteriormente. Existen tres límites: Límite líquido, límite plástico y el índice de plasticidad.
Color: a) Definición: Es la radiación visible reflejada por el material de suelo. En el caso de suelos, los colores pueden variar entre pardo, amarillo, gris y negro. Los materiales de suelo que contienen gran variabilidad de minerales pueden ser de color blanquecino o gris, con recubrimientos negruzcos por la presencia de materia orgánica (sustancias húmicas). b) Factores: Composición mineralógica Cada mineral tiene su propio color característico. Contenido de humus Brinda un recubrimiento negruzco. Estado de óxido-reducción del suelo Color pardo rojizo (oxidado), grisáceo (reducido, glaceado), azul verdoso (capa freática). Contenido de agua Todo suelo se vuelve más oscuro cuando se le agrega agua.
c) Caracterización: Se basa en el sistema de colores de Munsell. Los criterios a caracterizar son. Matiz (HUE) Longitud de onda predominantemente reflejada. Hay 5 colores cardinales: azul, verde, amarillo, rojo y purpura. Para caracterización de suelos solo se usa el amarillo, el rojo y la mezcla amarillo-rojo. Además de los grisáceos-blanquecinos. Intensidad (CHROMA) Pureza del color. Varía entre 0 (color diluido) y 20 (color concentrado). Valor (VALUE) Es el grado de claridad u oscuridad. Varía entre 0 (oscuro) y 10 (claro) En la tabla de colores de Munsell se encontrara el color con un código, por ejemplo así: 10 YR (matiz yellow-red)
5/3 (valor/intensidad)
d) Aspectos a incluir en la caracterización: El matiz del material de suelo en estado húmedo. Manchas y moteados. Color de las concreciones. Raíces fosilizadas. Cualquier otra cosa que llame la atención. Recopilado y editado por Cesar P.
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Temperatura: a) Definición: Propiedad física en relación con la energía cinética de los átomos y moléculas de un cuerpo. Capacidad de transferencia de calor a otros objetos. Afecta procesos biológicos y químicos. Es la propiedad física más variable (en extremo), tanto en términos espaciales como temporales. La superficie es donde más varia, luego de 50 cm de profundidad, permanece más o menos constante. b) Valores típicos: Anualmente se brinda un reporte oficial sobre la temperatura media del suelo en una determinada zona, sin embargo no conviene trabajar directamente con este dato puesto que las temperaturas siempre se encuentran variando Media anual oficial 0 °C (en zonas de mayor altitud o latitud) hasta 22 °C (en zonas tropicales o suelos sin vegetación) c) Formas de obtener las mediciones: o Medir la temperatura a 10 m de profundidad (método poco práctico). o Sacar el promedio de las temperaturas a 50 cm de profundidad durante las 4 estaciones. o Si en última instancia no se tiene los recursos para hacer las mediciones según los métodos mencionados anteriormente, se toma 5 °C más de la temperatura atmosférica media. d) Capacidad calórica: Cantidad de energía que debe ser incorporada a una sustancia para incrementar su temperatura 1 °C. Capacidad para almacenar energía (KJ/Kg. °K) Agua (4.18), silicatos (0.85), materia orgánica (1.9) e) Factores que afectan la temperatura: Cantidad de energía absorbida o liberada por la superficie del suelo. Absorción (Radiación del sol captada por la superficie del suelo y el calor aportado por el agua). Liberación (del calor sensible, es decir que se “siente” del suelo y del calor latente). La retención del calor se hace mediante aislamientos térmicos con mulch de rastrojos por ejemplo. Liberación y/o consumo de calor dentro del suelo. El proceso de compostaje libera calor, mientras que la evaporación del agua lo consume. La capacidad calórica del suelo. Mientras mayor sea, mas costara que cambie la temperatura del suelo. Transporte de calor dentro del suelo. El transporte se da por una variación en la temperatura de una zona de mayor temperatura a otra de menor, casi siempre es desde la superficie hacia el subsuelo, de afuera hacia adentro. Tiempo. La temperatura varía día-noche, por estaciones, por décadas, etc. Profundidad dentro del suelo. A mayor profundidad, la temperatura será más constante. f) Manejo agronómico de la temperatura: Es costoso si se quiere hacer cambios significativos en la temperatura. Se usan coberturas plásticas como aislante de la temperatura. Esto permite la realización de técnicas como la “solarización”, para eliminar patógenos. Uso de “mulch” para evitar grandes variaciones en la capa su perficial del
suelo. Manejo del agua. Se puede regar para enfriar el suelo o como forma de disminuir los efectos negativos de las heladas. Orientación de los surcos en un campo. Se puede elegir surcar en dirección de la trayectoria del sol (si se desea que durante todo el día el sol irradie a
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todo el camellón) o transversalmente (si se desea que hasta el medio día solo se irradie un lado del camellón y durante la otra mitad del día la otra parte). Aplicación de cenizas. En altas latitudes, aumenta la capacidad de absorción de calor y derrite las nieves de esa zona, su aplicación se hace mediante avionetas. Uso de resistencias eléctricas bajo el suelo (muy costoso).
CAPITULO 4: PROCESOS FISICOS EN SUELOS Procesos de transporte de materia y energía en el suelo, suelo-atmosfera o subsuelo. Las fórmulas que acá se muestran sirven sobre todo para armar modelos físicos para predecir los movimientos en el suelo de los componentes que a continuación se mencionaran.
Transferencia de calor: Definición:
Movimiento de energía entro del suelo. Eso explica las variaciones de temperatura en el interior y en la superficie del suelo. Balance energético en la superficie del suelo:
El calor aprovechado es igual a la radiación neta del sol menos la pérdida del calor sensible (es decir el que se siente cuando acercas tu mano al suelo, pero no lo tocas), menos el calor latente del agua. Mecanismos de transporte:
a) Conducción Es el mecanismo principal de transporte. Calor se propaga por transferencia de la energía cinética a través de las moléculas que colisionan unas con otras, transfiriendo su energía de esa forma. b) Convección Mecanismo secundario de transporte que se produce a través de un fluido. El más eficiente es el agua. Antes se solía dividir a la convección en dos pasos, Advección (implicaba solo el transporte de un líquido con energía) y la Convección propiamente dicha (que implicaba la transferencia de energía). c) Radiación Es otro mecanismo secundario. El calor se propaga por ondas electromagnéticas (radiación infrarroja). d) Transferencia del calor latente Movimiento del vapor de agua en el suelo. Conducción de calor
a) Definición: Se describe por la Ley de Furrier. Dice que a mayor gradiente de térmico mayor será la densidad de flujo. El calor se mueve desde zonas de alta temperatura a zonas de baja temperatura. b) Formula:
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven J: Densidad energía/unidad de área/ tiempo)
de
flujo
de
calor
(movimiento
de
X: Distancia lineal T: Temperatura (kelvin o Celsius)
: Gradiente de temperatura
: Conductividad térmica Conductividad térmica:
a) Definición: Es la facilidad que ofrece el suelo al movimiento del calor. La conducción se da a través de puntos de contacto con las partículas. La materia orgánica no conduce bien el calor. Cuando el suelo esta húmedo la conductividad térmica es mayor. b) Valores: Las unidades son (Watt/metro. Kelvin) Aire 0.025 Agua 0.57 M. Orgánica 0.25 Silicatos 3 - 9
TRANSPORTE DE GASES: Definición:
Es el intercambio de gases entre el suelo y la atmosfera. Difusión de gases:
a) Definición: Se describe usando la Ley de Fick. Establece que la densidad de flujo de gases va a ser directamente proporcional a la variación en la concentración de los mismos respecto al espacio. En otras palabras, los gases se moverán en el suelo de una zona donde hay mayor concentración a una zona de menor concentración (como en el caso de la temperatura). b) Formula:
J: Densidad de flujo de gases. D: Coeficiente de difusión. c: Concentración de gases. x: Espacio : Variacion en la densidad respecto al espacio. c) Coeficiente de difusión: Representa la facilidad de un gas para difundir por el suelo. Se obtiene por la formula. La difusividad va a ser mayor mientras más grande sea el espacio aéreo.
D: Coeficiente de difusión 0.66: Constante E: Espacio aéreo Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven Da: Difusividad (se ubica en tablas, varía según el gas)
Aireación del suelo:
a) Definición: Es el intercambio de gases entre el suelo y la atmosfera. Permite renovar el aire del suelo. Aumenta las concentraciones de oxígeno en el interior. Ocurre por difusión. b) Evaluación: Se puede determinar las concentraciones de oxigeno molecular. Se puede medir la tasa de difusión de oxigeno usando electrodos especiales. Es una medida de mejor calidad. Se considera como “bueno” cuando este dato es de o mayor. Se considera como malo si es Se evalúa también el potencial REDOX. Se interpreta de la siguiente manera. Mientras más oxidación presente, más valor presentara el potencial REDOX. Si el suelo esta oxidado se ve como un color “glaceado”, esto es un indicador de buena aireación.
c) Causantes de mala aireación: Excesiva cantidad de agua. Coeficiente de difusión bajo debido a una baja porosidad. d) Manejo agronómico, soluciones a la mala aireación: Drenaje Tiene que ser óptimo. Para esto deben de tomarse medidas para tener un buen drenaje superficial mediante zanjas y sangraderas y un buen drenaje subsuperficial mediante drenes y tubos bajo tierra. Rotulación de estratos compactados superficiales y bajo tierra (hardpan) usando maquinaria o especies de raíz abundante. Adaptarse a las condiciones de mala aireación (implica hacer centros recreativos en lugar de sembrar en ese sector o usar especies que se adapten a estas condiciones como el arroz.)
TRANSPORTE DE AGUA LIQUIDA Descripción:
El agua siempre se va a mover de zonas de mayor potencial a zonas de menor potencial, es decir de zonas de mayor energía a zonas de menor energía. Es importante saber esto para entender el transporte de solutos (como los fertilizantes) y como se comportaran, todo con el fin de aplicarlo en irrigación y en hidrología. Ley de Buckingham-Darcy:
a) Definición: Se usa para describir el transporte de agua líquida en el suelo. Establece que la cantidad de agua que se mueve va a ser directamente proporcional a la variación de los potenciales hídricos de un sitio a otro. En otras palabras, dice que la cantidad de agua que se va a mover de un sitio a otro va a depender del potencial hídrico (energía del agua) de un sitio a otro. Como se mencionó anteriormente el potencial hídrico tiene cinco Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven componentes, potencial mátrico(referido a la fuerza con la que las partículas del suelo retienen el agua, mientras menos agua, las partículas lo retendrán con más fuerza) , potencial osmótico(referido a la cantidad de solutos disueltos en el líquido y que mientras más solutos estén disueltos, el agua ira perdiendo su capacidad para disolver otros solutos, por ende su energía caerá), potencial gravitatorio (referido a la altura en la que se encuentra, recordar lo aprendido en física), potencial hidrostático(referido a la fuerza de una columna de agua debajo del nivel freático, por lo general es cero porque solamente se vuelve positivo cuando está por debajo del nivel freático) y el potencial del aire (referido a la presión atmosférica, mientras más profundo se valla es mayor, sin embargo, este valor se desprecia porque una columna de aire a nivel del suelo mide aproximadamente 10 kilómetros. Si tomamos un punto en el suelo a dos metros de profundidad, el peso que genera esta columna va a ser casi el mismo de la columna de aire de 10 kilómetros, la variación de presiones es casi insignificante, por eso no se considera.) b) Formula:
J: Cantidad de agua que se mueve en K: Conductividad hidráulica : Potencial hídrico (con todos sus componentes)
x: Distancia c) Conductividad hidráulica: Es una constante de proporcionalidad. Indica la facilidad con la que el agua se puede mover a través de un material de suelo. Valores 1mm/día (en arcillas compactadas) -10000mm/día (en arenas gruesas). Factores relacionados a la solución del suelo Viscosidad de la solución A más viscoso, menos conductividad. Densidad de la solución A más denso, mayor conductividad vertical. Temperatura. Factores relacionados a poros y potencial mátrico: Medio poroso Tipo de material. Porosidad total mayor porosidad, mayor conductividad. Distribución y proporción en tamaño de poros. Abundancia de rajaduras y canales biológicos. Continuidad de los poros. Potencial mátrico Mientras menos negativo es el potencial, mayor será la conductividad. Concentración de solutos Más concentración, mas conductividad hidráulica. Sodicidad del suelo Mayor sodicidad menor conductividad. Temperatura d) Condiciones y tipos de flujo: Condición de equilibrio No se mueve el agua pues no hay diferencia de potenciales entre dos puntos (esta situación casi nunca se da).
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Flujo estacionario Cuando “J” es constante, por lo tanto el flujo es el mismo. Flujo no estacionario Cuando “J” varía en el tiempo.
e) Balance de agua: Sirve para ver cuáles son las formas en las que el suelo gana más agua y como es que se pierde más agua.
f) Términos importante: Infiltración Ingreso de agua al suelo verticalmente por la superficie. Percolación Movimiento descendente vertical del agua a través de todo el perfil del suelo, le sigue a la infiltración. Redistribución Movimiento del agua en cualquier dirección hasta alcanzar la condición de equilibrio (potencial de agua igual en cualquier punto). Drenaje Movimiento descendente fuera de la porción de interés del suelo definida por el usuario. Agua perdida en términos agrícolas, definida por la profundidad de la raíz. g) Movimiento de agua en suelos estratificados: Para que el agua pase de un estrato a otro debe estar casi totalmente saturado con agua, es decir su potencial hídrico tiene que ser casi cero.
TRANSPORTE DE SOLUTOS Definición:
Es el movimiento de sales y nutrientes dentro del suelo. También es el movimiento de contaminantes. Mecanismos:
a) Advección: Flujo pistón, movimiento de solutos por arrastre de la solución del suelo. Le dicen flujo pistón porque es como si tuviese una probeta llena con material de suelo y se agregas una lámina de agua gruesa, se observara que el agua avanzara hacia abajo uniformemente como si bajara un pistón.
Jsa: Densidad de flujo advectivo Jw: Flujo de agua Css: Concentración de solutos Lss: Densidad de solutos b) Dispersión hidrodinámica: Dispersión de soluto en el suelo adyacente al flujo de agua. A pesar que el agua siempre baja, los solutos pueden subir o bajar en relación al frente de avance del agua. Se describe más o menos bien por la Ley de Fick. Recopilado y editado por Cesar P.
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espacio.
J: Densidad de flujo de solutos. D: Coeficiente de dispersión : Variación en la concentración soluto respecto al
c) Difusión: Movimiento de solutos a través de la solución del suelo desde zonas de alta concentración a zonas de baja concentración. Se describe también usando la Ley de Fick.
espacio
Jsd: Densidad de flujo difusivo D: Coeficiente de difusión Variacion en la concentracion de soluto respecto al
En general:
Consideraciones adicionales:
Los solutos pueden desaparecer por absorción de la raíz o se han transformado en otra cosa.
OTROS PROCESOS: Transporte de partículas sólidas:
Procesos lentos de formación de suelos, transporte de contaminantes. Transporte de fase liquida no acuosa:
Es muy complicado describir los movimientos de este usando las formulas anteriormente descritas puesto que su comportamiento sigue otros patrones. Transporte de organismos y partículas:
Virus y bacterias pueden ser arrastradas por la solución del suelo hacia abajo, también los patógenos.
INTERACCION DE PROCESOS: 1- Se resuelve simultáneamente los movimientos del agua, aire, fase liquida no acuosa y el calor. 2- Por último, se analiza el transporte de solutos. Recopilado y editado por Cesar P.
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CAPITULO 5: INTERFASE SOLIDO
SOLUCION
–
DEL SUELO Región interfacial que comprende la porción de la solución del suelo adyacente a la superficie de los sólidos. Su comportamiento es distinto al de la solución del suelo no adyacente. Sus características son influenciadas por la superficie de las partículas sólidas o las mismas partículas.
Superficie especifica: a) Definición: Área superficial total expuesta por todas las partículas que constituyen cierto material de suelo. Expresado en . Se mide la superficie de cada partícula. Es un indicador del índice de reactividad de las partículas. b) Tipos:
c) Valores típicos: Valores bajos en arenas gruesas y valores altos en arcillas o materia orgánica. Humus 500 000 – 900 000 Esmectitas, vermiculitas hasta 800 000 Aluminosilicatos Más de 1 000 000 d) Factores: Tamaño de partícula Mientras más pequeña más superficie especifica tendrá 1 kg de ese material de suelo. Forma Partículas aplanadas presentan una mayor superficie específica. Porosidad Tienen superficie interna.
Composición química: a) Definición: Lo que va a diferenciar un tipo de partícula solida de otro tipo de partícula solida químicamente hablando, van a ser los grupos funcionales superficiales que cada uno presenta. b) Grupos funcionales superficiales: Son unidades moleculares reactivas enlazadas a la superficie del sólido, sumergidas en solución del suelo. Pueden ser: Inorgánicas: Grupos funcionales para silicatos y óxidos. Silanol Si-OH Aluminol Al – OH Catión metálico enlazado con OH Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven Cavidad de siloxano Orgánicas: Los más comunes son Grupo carboxilo R – COOH Grupo fenol R – anillo aromático – OH Grupo alcohol R – OH
c) Complejos superficiales: Resultan de la reacción de complejacion entre un grupo funcional superficial y un ion o molécula inicialmente disuelto en la solución del suelo. Pueden ser: Complejos de esfera interna: Se caracterizan por tener enlaces covalentes de coordinación, son muy fuertes y estables. Como los enlaces que forma los iones bifosfato con la superficie de algunas arcillas. El fosforo se retiene con tanta fuerza que las plantas no lo pueden tomar. Es por eso que del 100% de fertilizantes ricos en este elemento, solo es aprovechado 20% por la planta, mientras que el otro queda estancado en el suelo Complejos de esfera externa: No existe contacto directo entre el ion central y el ligando, existe una molécula de agua en su centro. El enlace es de tipo electrostático. Como los enlaces que existe entre potasio y las superficies de las arcillas, hay moléculas de agua que rodean a estos iones y no permiten que “toquen” directamente la
superficie de las partículas sólidas. d) Carga eléctrica: Las partículas sólidas tanto inorgánicas como orgánicas, se caracterizan por presentar cargas eléctricas superficiales. Sin embargo, cabe señalar que en las partículas grandes como limo o arena, es ínfima debido a su baja superficie específica, sin embargo en las partículas más pequeñas llamadas “coloides” (arcillas y humus), estas se presentan con mayor intensidad. Y es
de vital importancia saber esto porque nos lleva a entender cómo se “guardan” los nutrientes y ferti lizantes en los suelos. Un material de suelo que tenga una buena carga eléctrica permitirá retener una gran cantidad de elementos y evitar que se pierdan juntamente con el agua al momento del drenaje. El origen de estas cargas puede ser de cualquiera de estas tres formas. Carga permanente ( ): Solo ocurre en las partículas de arcilla y se generan debido a la sustitución isomórfica dentro de los silicatos. Las arcillas pueden ser de varios tipos, pero por lo general, todas están formadas de su unidad fundamental que es el tetraedro de silicio. Durante la génesis de estas partículas de arcilla ocurrieron una serie de procesos (entre ellos la meteorización) que alteraron la neutralidad de las cargas dentro de ellas. Inicialmente una lámina de tetraedros u octaedros debería presentar una carga neutra, revisen sus láminas en tres dimensiones. Sin embargo, cuando se dan estos procesos hay elementos en la solución del suelo que ocupan los lugares del silicio, debido a que tienen casi el mismo tamaño. Es en este momento es que se produce un desbalance en las cargas y las láminas adquieren una determinada carga, que puede ser negativa o positiva, según el elemento sustituyente mayoritario. Por ejemplo, en Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven las láminas dioctaedrales (donde 3 iones hidrógenos 1+ han sido reemplazados por 2 iones aluminio 3+) ocurre sustitución isomórfica con ion magnesio 2+. Este sustituye 1 ion aluminio 3+, por lo que al final queda un desbalance resultando que la carga de la lámina ya no es neutra sino que ahora es 1-. Esto ocurre frecuentemente en arcillas de tipo Esmectitas, vermiculitas y cloritas. También puede generarse cargas positivas si un ion aluminio 3+ sustituye un ion magnesio 2+. Esto ocurre principalmente en láminas hidroxitrioctaedrales, en las intercapas de las cloritas. También se generan cargas negativas dentro, pero son sobrepasadas por las cargas positivas que se generan, resultando al final como positivo. Esto es más raro, pero también ocurre. Carga variable ( ): También llamada carga dependiente del pH. Ocurre en algunos silicatos (como la caolinita), el humus, alófana y en óxidos de hierro y aluminio. Pueden surgir cargas tanto positivas como negativas a raíz de esto. Todo está en relación principalmente con los grupos funcionales superficiales -OH, que pueden tener origen inorgánico (Silanol, Aluminol), u tener origen orgánico (compuestos húmicos). Estos últimos son los más importantes porque en la estructura de estos mismos existen miles de grupos –OH en los alrededores de las moléculas de los acidos húmicos por ejemplo. La dinámica de los sucesos es como viene. Si tomamos en cuenta un suelo donde el pH es alto (esto quiere decir que el pH de la solución del suelo es alto, en otras palabras es de carácter básico), se sabe que la concentración de iones hidrogeno 1+ es baja. En este contexto, se genera una gradiente de concentraciones entra la superficie de las partículas y la solución adyacente, donde hay poco H+ en la solución y mucho en las partículas, por lo tanto, para mantener un equilibrio iónico entre la superficie de los sólidos y la solución adyacente, los grupos funcionales superficiales –OH donan su protón para tratar de equilibrar la situación, por lo que, luego del suceso, queda R-O -. El grupo OH deja de ser neutral al perder su protón y adquiere una carga negativa. Así es como se generan las cargas negativas en la superficie. Si analizamos un suelo acido, sabemos que el pH es acido, por ende hay una gran concentración de iones hidrogeno 1+ en la solución del suelo. En este caso, para mantener el equilibrio iónico entre las partículas sólidas y la solución adyacente, los grupos R – O- , se vuelven a enlazar con un ion hidrogeno para formar –OH. De esa manera se regresa a la neutralidad, sin embargo, en situaciones donde los suelos son moderadamente a muy acidos se da una “ sobreprotonación ” de los grupos –OH. Es decir cada átomo de oxigeno se enlaza electrostáticamente con dos iones hidrogeno en lugar de solo uno. En esta situación, se producen cargas positivas en la superficie de las partículas. Cargas por complejacion superficial ( ): Es un método secundario, los dos principales están arriba. Preguntarle al profesor. e) Carga superficial total neta: Es la sumatoria de las cargas permanentes, variables y de complejacion superficial. La fórmula es: Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven Unidades: La unidad con la que se trabaja es el centimol de carga/ 1kg de suelo seco a estufa. ( ). Antiguamente se usaba el miliequivalente de carga/100g ( ) Para facilitar la conversión de una unidad a otra se establecio que 1 es igual a 1 . Cabe resaltar que por ejemplo, 1 mol de ion Calcio 2+ contiene 2 moles de carga de ion Ca 2+. OJO, esto quiere decir que 1 mol de carga de ion Ca 2+, estará contenida en 0,5 mol de Ca 2+. Esto es importante resaltar para evitar confusiones cuando desarrollen los problemas relacionados. Otro dato es que 1 eq se halla dividiendo el peso atómico del átomo entre su valencia respectiva. Otro dato más es que la constante de Fahraday representa la carga eléctrica de 1 mol de electrones, aproximadamente es de 96 500 Coulomb/mol. Valores: Desde 0 – hasta varias decenas. Neutralización: Carga superficial neta – Contracarga superficial = Cero. f) Punto de carga cero (Pcc): Es el valor del pH de la solución de suelo a la cual la carga eléctrica superficial neta tiene un valor igual a cero. Cuando el pH es mayor, hay escasez de protones, la superficie se desprotona y adquiere carga negativa. Constituyente Pcc Cuarzo y sílice 2 -3 Feldespato 2 -2.4 Caolinita 4 – 5 Montmorillonita Cambio insignificante Alófana 7 Gibbsita (suelos ácidos) 8 – 9 Goethita 7 – 8 Hematita 8 – 8.5 Birnessita (óxidos manganeso) 1.5 – 2.5 Vernadita 2.8
Es totalmente diferente al resto de la solución en propiedades. Solo es una parte pequeña de la solución del suelo. Las principales diferencias entre esta y la solución del suelo no adyacente a la superficie de los sólidos son: Estructura intermolecular del agua está muy disturbada. Moléculas de agua no se pueden ordenar como lo hace normalmente debido a los grupos funcionales superficiales que los atraen. Hay una concentración de cationes mayor que en el resto de la solución. Hay presencia de cationes difusos (cationes hidratados moviéndose a lo largo de la superficie, pero no se alejan, ellos neutralizan las cargas de las partículas) Muy baja concentración de aniones. Son repelidos en su mayoría por las partículas negativas. Acumulan sustancias polares (agua, nutrientes minerales, contaminantes). Solución del suelo es eléctricamente neutra. Por eso no pasa electricidad cuando uno levanta un poco de material de suelo. Recopilado y editado por Cesar P.
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CAPITULO 6: PROCESOS QUIMICOS EN SUELOS
Todos estos procesos implican transformación de materia.
Reacciones entre gases en el aire del suelo: No hay, o por lo menos no están registradas. En el aire atmosférico sí ocurren reacciones fotoquímicas.
Procesos en la interfase aire-solución de suelo:
Disolución y volatilización de gases. Ocurre en cualquier gas, incluyendo gases raros. Las transformaciones ocurren por gradientes de concentración, siempre de mayor a menor concentración.
Reacciones químicas en la solución de suelo:
a) Reacciones acido-base: Implica transferencia de protones. Cuando no hay otros aceptores, el agua los acepta.
b) Reacciones REDOX: Implica una transferencia de electrones. La primera semirreacción es de oxidación (liberación de electrones). La segunda semirreacción es de reducción (asimilación de electrones)
c) Reacción de complejacion en solución:
d) Hidrólisis de cationes metálicos hidratados: La siguiente reacción ocurre en suelos acidos.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven Procesos en la interfase solido – solución suelo:
a) Reacciones de precipitación y disolución de fases solidas: PrecipitaciónFormación de fase solida a partir de constituyentes presentes en solución de suelo. Disolución Transferencia de constituyentes de un sólido homogéneo hacia la solución de suelo.
b) Reacciones de adsorción y desorción: Adsorción Proceso en el que una sustancia presente en la solución del suelo queda enlazada a una partícula sólida. Puede ser de dos tipos. Quimisorción: Enlace de tipo covalente entre la superficie y la sustancia adsorbida. Esto ocurre con los complejos de esfera interna. Ejemplo, reacciones de protonación.
Fisisorción: Enlace de tipo electrostático y dipolos. Complejos superficiales de esfera externa Ejemplo, iones intercambiables, iones hidratados con agua. Se generan enlaces de tipo Van der Wals (enlaces entre dipolos), enlaces ion-dipolo, que pueden ser de carácter temporal (como en el benceno)o permanentes (como en el agua)
Desorción Proceso inverso a la adsorción.
Relacionadas con la constitución química y procesos químicos en suelos.
Capacidad de intercambio catiónico (CIC): a) Definición: Cantidad total de cationes expresados en unidades de carga eléctrica que son retenidos en forma intercambiable por una cantidad dada de material de suelo expresada en unidades de masa. También se define como la cantidad de cationes que se necesitan para neutralizar la carga neta negativa. Se expresa centimoles de carga/ kilogramo. ( ). No olvidar que 1 = a 1 meq/100g. b) Valores típicos: Desde pocas decenas (en suelos arenosos o muy evolucionados) hasta varias decenas (materiales arcillosos, suelos poco evolucionados). c) Factores: Contenido de arcilla A mayor contenido de arcilla, mayor CIC. Debido a la mayor superficie especifica.
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Contenido de humus Humus alcanza valores de CIC (100 – 750 cmolc/kg). Son mayores bajo condiciones alcalinas. Composición mineralógica de fracción arcilla Según la naturaleza de la arcilla. Por ejemplo la vermiculita tiene 150 cmolc/kg, la Esmectitas 100 cmolc/kg, ilita y la clorita 30 cmolc/kg. pH Afecta magnitud y signo de la carga variable. Suelos de pH bajo son muy evolucionados. Suelos poco evolucionados poseen pH alto. Nota: La CIC se puede estimar con el contenido de humus y proporción relativa de los minerales de arcillas.
Concentración de iones intercambiables: a) Definición: Son los cationes que participan en la neutralización de la carga superficial de un material de suelo. Se les llama intercambiables porque hay cationes difusos en la interfase solución-solido en una determinada concentración. Si alguno sale de esa zona, un catión de la solución tiene que entrar a reemplazarlo para mantener la electroneutralidad. b) Valores: En general van a predominar en suelos alcalinos y van a predominar en suelos acidos. Los principales cationes que se encuentran siempre son . Cuando se desee saber los valores aproximados de cationes intercambiables y no se tenga un laboratorio a la mano, pueden sacar un aproximado si se tiene un suelo “intermedio”. Estos datos excluyen a los protones y al ion aluminio 3+. Es importante saber que solo empezara a haber aluminio en suelos donde del pH sea 5.5 o menos.
c) Factores: Composición química y procesos químicos en suelos. Grado de desarrollo Suelo muy desarrollado, alta acidez, alto aluminio. Selectividad en la fisisorción Los cationes no son retenidos con la misma preferencia. Se aplica la ley de Coulomb y se prefieren iones con menor valencia. Manejo del suelo Aplicación de fertilizantes que son sales. Cambia la composición y concentración. Aplicación de enmiendas Como aplicar carbonato de calcio para “capturar” iones aluminio y reducir su concentración. Agua de riego Es agua más solutos. Esto afecta la composición originaria de la interfase.
d) Porcentaje de saturación de bases: (PSB)
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven Químicamente hablando no son bases, incluso es incorrecto pensar que su pH es alto, son acidos débiles, cuyo comportamiento generalmente es neutro.
e) Porcentaje de acidez intercambiable: Químicamente hablando, todos los cationes son inicialmente acidos.
pH del suelo: a) Definición: Se define como el logaritmo negativo de la “actividad de protones” en solución. Antiguamente era el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrogeno. La fórmula actual es la siguiente, siendo (H+) la “actividad de protones en solución”:
: : : Nota:
Coeficiente de actividad Molalidad (1 mol/kg de solvente) 1 molal Actividad: Concentración corregida. Se ha descontado las interacciones con otros iones, solo se considera la cantidad de protones. Es una medida más exacta. Coeficiente de actividad: Varía solo entre 0 y 1. Si el valor es 1 significa que solo hay protones. Cuando se acerca más a cero, significa que hay presencia de otros iones en la solución. Ojo: El pHmetro mide la actividad. Solución de suelo: Es más fácilmente obtenible. “Fase acuosa del suelo que se obtiene al equilibrar masas iguales de material de suelo y agua en suspensión de proporción 1:1 (suelo: agua).
b) Valores típicos: Entre 3 (suelos muy evolucionados como los de la selva) y 12 (en suelos sódicos en zonas áridas). En la costa se encuentran suelos entre 7 y 8 (poco evolucionados). c) Factores que afectan: Composición química del material de suelo y reacciones asociadas. Procesos pedogénicos el suelo en selva es acido debido a que llueve bastante. El agua de lluvia tiene una pH de 5.5 a 6, lo cual se considera como acido.
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Concentración de electrolitos Mayor concentración, menor pH. Inundación del suelo y condiciones de óxido-reducción, tiende hacia la neutralidad. Los métodos de determinación del laboratorio también influye en el valor del pH, puesto que existen varios métodos para determinarlos, cada método dará un valor distinto. d) Capacidad de tamponamiento del pH: Es la resistencia de un material de suelo a cambiar su pH ante la adición de un ácido o una base.
e) Estado REDOX del suelo: Indica la presencia relativa de sustancias oxidadas y reducidas del suelo. Se halla usando el potencial REDOX. Esto permite dar una idea del tipo de organismos que predominan.
f) Acidez del suelo: Desde el punto de vista practica se dice que un suelo es acido si su pH es inferior a 6. Es un problema para las plantas porque si el pH no es óptimo para una determinada especie, su capacidad de asimilación de nutrientes por la raíz no alcanzara su máximo rendimiento. Además ocasiona una baja fertilidad del suelo y en suelos muy evolucionados, una toxicidad por aluminio. El origen de la acidez en el suelo se da por las siguientes causas: Suelos ácidos es por lluvias muy intensas. Los suelos orgánicos son ácidos de por sí. En suelos mineros, hay una reserva de acidez inactiva que despierta luego de estar en contacto con agua por mucho tiempo, esta es la pirita, pero son casos excepcionales. Acidez producida por actividades antrópicas como la minería. El hombre aplica acidez en forma de enmiendas (Ácido sulfúrico o azufre mineral) o aplicación de nitrato de amonio. Lluvia acida en zonas industriales (pH del agua de lluvia es entre 4 – 5) g) Formas químicas de acidez: Antes se pensaba que la acidez era un indicador solo de la presencia de H+ en la solución del suelo. Sin embargo, más adelante los científicos se dieron cuenta que la presencia de iones aluminio 3+ también generaba una caída en el pH. Ahora se sabe que el aluminio es como una “alcancía o almacén” de acidez. Como se sabe, el catión aluminio tiene 3 cargas positivas y forma un complejo de esfera externa con 6 moléculas de agua. Por lo tanto su fórmula química seria . Sine embargo, esta forma solo es estable cuando el pH es muy bajo (entre 3 o 3.5); y como la solución de suelo, por lo general, no llega a esos niveles, ocurre una modificación en el complejo. Lo que sucede es que, si colocamos un complejo de este tipo en un suelo, cuya solución tenga un pH relativamente alcalino, las moléculas de agua de este Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven complejo irán perdiendo un ion hidrogeno y esta reacción es la que produce la acidez. Las reacciones son reversibles y los procesos químicos que ocurren ahí son muy complejos. Debido a que este complejo tiene 6 moléculas adheridas, puede generarse 6 reacciones de desprotonación en un mismo complejo. Esto dependerá de que tan alto este el pH. Las reacciones ocurren de la siguiente forma.
Algunos términos importantes adicionales son: Acidez soluble Es la acidez en la solución del suelo. Son los protones + los cationes de aluminio. Acidez intercambiable Acidez como cationes intercambiables en la solución adyacente a la superficie de las partículas sólidas. También conformada por cationes aluminio y protones. Es 100 veces mayor que la acidez soluble. Acidez total Acidez que es neutralizada al titular una muestra de suelo con una base hasta alcanzar un pH de 8.2. Es el valor que nos dan cuando hacemos un análisis de suelos. Es 100 veces mayor que la intercambiable. Acidez residual Acidez total – (acidez intercambiable + acidez soluble). La acidez intercambiable y la acidez soluble son las más dañinas para las plantas. Acidez potencial “Es acidez que no es acidez” Es decir, está formada por compuestos que en un momento dado no generan acidez, pero en un futuro podrían generar. Ejemplo, la cantidad de pirita en un suelo (suelos mineros). h) Manejo de la acidez: Existen dos filosofías de manejo: Manejarlo como tal, buscando especies vegetales que se adapten a esas condiciones. Modificar parte de esa acidez ENCALADO, es la aplicación de unas sustancias alcalina para neutralizar la acidez. Aumenta el pH hasta niveles aceptables (en suelos acidos templados, en zonas tropicales no funciona permanentemente se tiene que encalar cada cierto tiempo). Otro beneficie es que elimina el problema de posible toxicidad por aluminio. A partir de 5.5 o menos se debe de neutralizar la acidez intercambiable. Se debe de precipitar al Al 3+. Las dosis de encalado no pueden ser muy excesivas puesto que si se exceden se disminuye la disponibilidad de nutrientes. Los materiales encalantes son: Carbonato de Calcio Es una base no obvia “ Alcancía de
basicidad”
Cal agrícola Roca caliza, cuyo componente activo es el Carbonato de calcio. Cal viva Oxido de Calcio (es la roca caliza tostada y es más caro pero más efectivo). Cal apagada Es hidróxido de calcio. Luego que se tuesta la roca caliza se agrega agua y así se genera. Es aún más caro,
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven pero es el más efectivo de entre los tres porque reacciona completamente. Residuos industriales también se pueden usar pero implican muchos riesgos, deben de trabajarse con extrema precaución. Material de suelo calcáreo como las conchitas de mar o las cascaras de huevo molido. i) Procesos químicos durante el encalado: El primer proceso que ocurre cuando se agrega el carbonato de calcio en el suelo, es que se disocia en sus cationes que quedan en medio acuoso. Debido a que en medios acidos, el ion carbonato no es estable, después, reacciona con una molécula de agua produciéndose un ion bicarbonato y un anión OH que queda como base libre para neutralizar cualquier protón en la solución. A continuación ese ion bicarbonato reacciona con otra molécula de agua, liberándose otro anión OH y se forma una molécula de acidocarbonico. OJO: es por eso que decimos que por cada mol de carbonato de calcio se puede formar hasta dos moles de OH.
Esa molécula entra en una reacción reversible en la que puede permanecer en ese estado o convertirse en dióxido de carbono y agua. Y si se convierte en CO2, este puede mantenerse acuoso o volatilizarse en forma de gas. Cabe resaltar que los cationes de calcio no afectan en nada. Las ecuaciones que describen este comportamiento son las siguientes:
El segundo proceso que ocurre es el intercambio catiónico del aluminio 3+ por el calcio 2+. Cuando un suelo está saturado con aluminio, muchos de estos complejos de esfera externa se encuentran “pegados” a la superficie de los sólidos por lo que debe de salir de ahí. Es por eso que los cationes calcio 2+ que se liberaron en el paso anterior entran a saturar la solución de suelo. Cuando ocurre esto, se da una sustitución, los iones calcio quedan enlazados electrostáticamente a la superficie, mientras que los iones aluminio son liberados a la solución del suelo. Luego, estos iones reacciones con los aniones OH- y reaccionan precipitando hidróxido de aluminio. Como este último es más pesado, queda fuera de la solución y de esa forma se evita la toxicidad por aluminio. Cabe resaltar que 1 mol de catión aluminio 3+, contiene 3 moles de carga de aluminio, por lo
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven tanto 1 mol de carga proveniente de aluminio estará contenida solo en 0.333 moles de Aluminio. Mientras que 1 mol de carga proveniente de calcio, solo estará contenida en 0.5 mol de calcio. Entonces podemos llegar a la conclusión que para sustituir 1 molde aluminio, necesitamos 1.5 moles de calcio. Las reacciones que ocurren son descritas por las siguientes ecuaciones.
j) Calculo de cantidades encalantes: Necesitamos dato de acidez intercambiable + acidez soluble. Relacionamos las cantidades estequimétricas. Calculamos peso de la capa arable. Consideramos pureza del Carbonato de calcio. Finura del material encalante, porque mientras más fino es más reactivo. Cuando se aplica 100 kg no se obtiene un 100% rendimiento ( en suelos tropicales se debe aplicar un 50% más de lo calculado) Otras consideraciones: No aplicar más de 10 ton/ha a la misma vez. Si los cálculos dicen que se tiene que aplicar más de esa cantidad, se deben de aplicar en dosis distintas y solo una vez al año. Mezclar el suelo y humedecerlo. Se tiene que repetir el proceso cada cierto tiempo.
CAPITULO 7: SALINIDAD DEL SUELO Se considera que una sal soluble es aquella con solubilidad en agua mayor al yeso (2.5 g/L). Se produce en zonas áridas o semiáridas donde no hay lluvias que laven el suelo en costa y altiplano.
Sales solubles del suelo: a) Definición: Pueden ser cloruros o sulfatos de Na, Mg, o Ca. Si el suelo está húmedo, estarán en la solución. Si el suelo está muy seco precipitaran. b) Origen: Material parental salino. Descomposición química de minerales del suelo. Más estable es el cuarzo. La brisa marina en suelos costeros. Entrada de sales por ascenso capilar (en lugares donde el nivel freático está a poca profundidad). Intrusión de agua marina en el continente. Formas antrópicas: Agricultura de riego (porque la planta absorbe más agua que sales por lo tanto, los solutos tienden a acumularse) y la aplicación de enmiendas o fertilizantes salinos. c) Caracterización: Puede ser en gramos de sal/kg de suelo o en moles/litro de solución. Es importante saber esto porque a mayor concentración de sales, el potencial osmótico se hará más negativo, por ende, el agua no ingresará a la raíz. Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven d) Solución de suelo: Es el extracto de saturación del material de suelo, se usa para la caracterización. e) Formas medir la salinidad: Concentración total de sólidos disueltos (TDS). Se colecta un volumen conocido de solución sobre una lámina de reloj, se lleva a una estufa a 180 grados centígrados hasta peso constante y luego se calcula los gramos/volumen de solución. Conductividad eléctrica: Implica hallar la conductancia eléctrica específica. Esta dada por la siguiente formula:
La conductancia eléctrica (su unidad es el Moh) es la inversa de la resistencia eléctrica (su unidad es el Ohm). Actualmente esta unidad ha sido reemplazada por otra del Sistema internacional, ahora es el Siemen. 1 Moh es igual a 1 Siemen.
A mayor contenido de solutos, la conductividad eléctrica es mucho mayor. Se mide la conductividad eléctrica en el extracto de saturación a 25 grados centígrados, si la temperatura es mayor o menor, se debe de aplicar una fórmula para calibrar los resultados. Si la conductividad eléctrica es mayor que 4, se considera que el suelo es salino. Antiguamente en los reportes sobre análisis del suelo se solía usar el mmho/cm, ahora se usa el decisiemen/metro. La equivalencia es la siguiente.
Otra equivalencia importante es la conversión del TDS a conductividad eléctrica.
() () f) Manejo de la salinidad: Manejo de la salinidad tal cual está presente en el suelo, implica no hacer ninguna cambio sino adaptarse a las condiciones. Usar vegetación tolerante (quinua, espárragos). Eliminar la salinidad del suelo (LAVADO). Aplicar exceso de agua para que la sal se disuelva y percole. Las condiciones para el lavado son que el agua tiene que tener un bajo contenido de sales. Tiene que haber un buen drenaje en los suelo. Se puede reducir la salinidad hasta el nivel que pueda tolerar el cultivo y tratar de mantenerla en esos rangos. El manejo de la salinidad no es tan complicado. Existen varios métodos para realizar el lavado. El método “continuo” consiste en realizar riegos frecuentes en suelo. El método “discontinuo” consiste en realizar riegos muy pesados
durante tiempos espaciados. Recopilado y editado por Cesar P.
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CAPITULO 8: SODICIDAD Definición: Se habla que hay problemas de sodicidad o de un suelo “sódico” cuando existe un contenido alto de sodio intercambiable en la solución del suelo. Esto general efectos desfavorables en las propiedades físicas del suelo y también posible toxicidad por sodio en las plantas. Los suelos sódicos se presentan en zonas áridas de la costa y del altiplano. El hecho que un suelo sea salino, no implica necesariamente que sea sódico.
Origen:
Se genera cuando se adicionan aguas con alto contenido en sodio como el agua de mar.
a) Porcentaje de Sodio Intercambiable (PSI): Si es 15% o más se califica como suelo sódico.
( )
b) Relación de absorción de sodio (SAR): Si es mayor de 13, se considera sódico.
√
Manejo de suelos sódicos: En un principio se sabe que un suelo sódico tiene un exceso de Na+ por lo que necesitamos un buen catión para extraerlo, en este caso uno de los más convenientes es el Calcio 2+. Una buena fuente de este catión es el yeso agrícola ( . El Ca 2+ liberado se intercambia con el Na+ y como se está agregando una gran cantidad, la interfase va a estar llena de Ca 2+, por lo que el Na+ pasa a la solución. Luego para eliminar el Na+, se aplica un lavado. Se requiere agua de lavado de buena calidad y drenaje adecuado para el lavado. a) Enmiendas cálcicas: Yeso agrícola es el más común. Cloruro de calcio ( Es mucho más soluble en agua, pero también es más caro. Carbonato de calcio ( + un agente acidificante (materia orgánica o azufre). b) Enmiendas acidificantes: Recopilado y editado por Cesar P.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven En suelos sódicos que también son calcáreos (poseen carbonato de calcio naturalmente). Se puede aplicar azufre o incluso ácido sulfúrico concentrado. Cuando se agrega esto, el carbonato de calcio reacciona inmediatamente liberando dióxido de carbono, el calcio queda libre en forma iónica y es capaz de realizar el intercambio catiónico por el sodio. Se debe aplicar de un 10% a un 20% más de lo que teóricamente se calcula. c) Procedimiento: Se aplica la enmienda solida sobre la superficie del suelo. Luego la maquinaria agrícola la mezcla. Se humedece para producir el intercambio catiónico. Luego de unas semanas se comienza con el lavado. El suelo se “encharca” por lo que es recomendable aprovecharlo para otros tipos de cultivos (arroz).
CAPITULO 9: PROCESOS BIOLOGICOS Ocurre una diversidad de procesos, pero solo nos centraremos en los procesos que le ocurren a la materia orgánica.
Es importante saberlo si uno quiere elevar el contenido de materia orgánica. Se pueden dar dos procesos. Adición de materia orgánica y desintegracióndescomposición de la materia orgánica.
Adición de Materia Orgánica: La fuente de la materia orgánica pueden ser tejidos vegetales, que son la fuente natural principal de residuos orgánicos en suelos. También pueden ser tejidos animales, estos constituyen una fuente secundaria. También se incluye la adición de enmiendas orgánicas, elaboradas por el hombre y aplicadas al suelo con el fin de mejorar sus propiedades físicas. Incluyen diferentes tipos de abonos, compost, vermicompost, abonos verdes (biomasa fresca incorporada). Pueden incluirse los desechos orgánicos de origen humano como las aguas de las alcantarillas y residuos industriales, pero estos deben de someterse a un tratamiento para eliminar patógenos nocivos. Algunos factores que influyen en esto es: El tipo de vegetación. Clima de la zona. Estación del año. Fertilidad del suelo. Manejo del suelo.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven Descomposición de la Materia Orgánica: Es un conjunto de procesos que actúa sobre la materia y residuos orgánicos del suelo. En primer lugar ocurre una “desintegración ” de los materiales vegetales, esto quiere decir que se hacen cada vez más pequeños. Producto de la acción de organismos macroscópicos, cuando comen y pasa por su tracto digestivo. A continuación continua el proceso de “descomposición” propiamente dicho,
realizado por las bacterias.
Proceso de Humificación: Una vez que las bacterias se encuentran alimentándose y descomponiendo lo que antes fue materia orgánica, esta se va volviendo cada vez más pequeña, a tal punto que quedan sus macromoléculas básicas, como carbohidratos, lípidos, proteínas. Estos son aprovechados por las bacterias para generar energía y continuar con su ciclo, sin embargo, un buen porcentaje de esto, es resintetizado como sustancias de deshecho y es lo que se conoce como “Humus”. Las
sustancias húmicas pueden ser de tres tipos, ácidos húmicos, ácidos fúlvicos y huminas.
Proceso de mineralización: El humus, que es una sustancia resintetizado por las bacterias queda libre en el suelo. A través del tiempo y la actividad que ocurre en el suelo, sufre el proceso de “mineralización”. Esto implica que las moléculas de sus tancias húmicas van perdiendo grupos funcionales que se liberan a la solución y de esa manera las moléculas se van haciendo cada vez más pequeñas hasta que finalmente desaparecen. Es por eso que el contenido de materia orgánica se va disminuyendo a lo largo del tiempo y es por eso que se debe de aplicar por lo menos una vez al año. Entre 25 y 33% del carbono se humifica al aplicar residuos orgánicos frescos, el resto del carbono se pierde como CO2.
El NH2 es una forma orgánica de nitrógeno, mientras que el NH3 es una forma inorgánica, y es de esta manera que las plantas lo absorben. a) Productos: Incluyen compuestos orgánicos simples (CO2, H2O, NH3). Compuestos simples, ácidos orgánicos, vitaminas, hormonas vegetales, etc. Humus. Calor liberado en el suelo. b) Velocidad: La descomposición de un residuo orgánico generalmente procede en meses hasta años. Por ejemplo si se aplican residuos de alfalfa, esta se descompone y mineraliza fácilmente y demora hasta 10 meses. En cambio, el aserrín es más difícil en descomponer y puede demorar 1 año y medio.
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Apuntes de Edafología de la clase del Prof. Raven La taza de mineralización de carbono varía desde 1% a 3% por año. Se da 1% de descomposición de materia orgánica en la capa arable bajo condiciones frías y de escasez de oxígeno. Sin embargo en condiciones de alta temperatura y una buena concentración de oxígeno, la taza puede llegar al 3%. c) Factores: Tipo de compuesto orgánico presente (leña es más difícil de descomponer por ejemplo). Contenido de agua. Temperatura. La aireación. Presencia de nutrientes inorgánicos. d) Aclaración importante: Muchas personas piensan que el compost es un fertilizante orgánico que va a proveer nutrientes para sus plantas. Esto, es solo parcialmente cierto. Como ya se sabe, la materia orgánica produce compuestos inorgánicos, luego de la mineralización, que pueden ser aprovechados por las plantas, pero luego de un largo proceso que toma varios meses. Entonces los efectos no se ven en un corto plazo. La importancia real que tiene la aplicación de materia orgánica en el suelo, es porque mejora sus propiedades tanto físicas como químicas. Por ejemplo en suelo arenoso, donde no hay buena retención de agua. Al agregar materia orgánica, se aumenta su retención de agua porque aglomera a las partículas. En un suelo arcilloso, que tienden a compactarse mucho, la presencia de materia orgánica ayuda a mejorar la porosidad. Químicamente hablando, la materia orgánica eleva la CIC en suelos donde es muy bajo, por ende su capacidad para retener sustancias nutritivas para las plantas.
Balance Húmico del suelo: Es una evaluación de la producción neta de humus en un suelo. Es de mucha importancia para poder manejar el contenido de materia orgánica en el suelo. Si luego del análisis, se obtienen valores negativos, es un indicador que el suelo se está degradando, por ende su fertilidad está bajando. SI salen valores positivos, eso significa que se está aumentando el contenido en el suelo.
Fijación biológica de Nitrógeno: Se genera mediante procesos redox a) Nitrificación: Oxidación Se da en dos pasos y lo realizan diversos tipos de bacterias quimiotróficas libres en el suelo y en simbiosis con las plantas.
b) Desnitrificación: Reducción A través de enzimas reductasas que poseen diversos organismos del suelo. Son importantes desde el punto de vista bioquímico.
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Oxidación de la pirita: Es otro proceso producido por bacterias Arqueas. Es una fuente de acidez.
CAPITULO 10: GENESIS DE SUELOS
Todo empieza por las rocas. Estas sufren procesos de meteorización (inclemencia del clima), desintegración y descomposición y se generan materiales minerales no consolidados. Esto, conjuntamente con el material orgánico acumulado genera el material parental de un suelo. A continuación ocurren procesos pedogénicos que dan origen al “suelo”, que siempre está en proceso de evolución. En nuestro país, el componente erosivo principal es el agua. Durante el recorrido del Ciclo del agua, va erosionando rocas y va depositando este material en todo su camino hasta llegar al océano.
Se clasifican según a varios criterios. Pueden ser orgánicos o inorgánicos o en base a su origen, material parental residual y material parental transportado.
Material parental residual: Es aquel que se forma en el sitio, como en algunos suelos de la Sierra.
Material parental transportado: Es el caso de la mayoría. Aquel que ha sido acarreado por diversos agentes de transporte a su destino final. Pueden ser de varios tipos: a) Material coluvial Material arrastrado por la gravedad, principalmente en zonas de barrancos b) Material aluvial El Material parental ha sido transportado por una corriente de agua y las partículas se encuentran en suspensión. c) Material parental marino Aquel material parental que básicamente se origina por elevación de un fondo marino o por retiro de agua de mar. d) Lacustre Material parental derivado de fondos de antiguas lagunas o lagos que se secaron. e) Glacial El agente de transporte es el hielo. Al derretirse se puede encontrar este material. f) Eólico Material parental acarreado por el viento. En campos de dunas, los ríos depositan arena en la playa y el viento lo sopla hacia dentro. Recopilado y editado por Cesar P.
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Material parental: Es un factor decisivo que brinda propiedades físicas, químicas y biológicas inherentes. Es muy importante en suelos jóvenes.
Relieve: El agua va a escurrir en relieves inclinados y va a percollar en zonas planas, la temperatura no va a ser igual.
Clima: Más importante es la precipitación y la temperatura. Lluvia lava las sales y la temperatura contribuye a la actividad química y biológica.
Organismos del suelo: Se incluye la actividad del hombre también.
Tiempo: A mayor tiempo, mayor evolución del suelo siempre y cuando todos los factores hayan sido iguales
Procesos que ocurren durante la formación de suelos. Algunos procesos que pueden contener a otros.
Melanización: Es el proceso de oscurecimiento de la parte superficial del suelo debido a la acumulación de humus. Ocurre en suelos desérticos.
Eluviación: Movilización de partículas finas en la parte superior del suelo y su transporte en dirección descendente dentro del perfil de suelo.
Iluviacion: Acumulación de partículas eluviadas en la parte inferior del suelo. De esta forma ocurren cambios en diferentes estratos.
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CAPITULO 11: MORFOLOGIA DE SUELOS
Como su nombre lo dice la morfología estudia la forma de los suelos, esta puede ser estudiada desde dos perspectivas. 1- Macro morfología: Disposición de estratos en un suelo y sus características. 2- Micro morfología: Estudio microscópico de la matriz del suelo.
Estratos formados en el suelo por procesos pedogénicos.
Estrato maestro: a) Tipo “O”
Material
de suelo orgánico, puede ser un horizonte o una capa.
“Si esta humificado es horizonte”. b) Tipo “A” Estratos que presentan Melanización. Oscurecimiento por
c) d) e) f)
acumulación de humus. Si ha sido perturbado por agricultura es horizonte, si no, es capa. Tipo “E” Horizontes minerales que presentan Eluviación (con partículas gruesas) debido a mucha precipitación pluvial. Tipo “B” Horizonte mineral de Iluviacion. Acumulación de partículas finas. Además presenta gleización, acumulación residual de óxidos. Alta precipitación pluvial. Selva y Sierra. Tipo “C” Estratos con poca o ninguna evidencia de Pedogénesis. Todos deberían ser capaz . La mayoría de suelos tiene “C”. No se puede decir que ese sea el material parental de un suelo determinado. Tipo “R” Lecho rocoso, material consolidado fragmentado solo es capa.
Estratos nuevos:
g) Tipo “W” Capas de agua. Estratos con hielo. h) Tipo “L” Estratos límnicos. Estratos de origen lacustre. Capa u horizonte. i) Tipo “M” Estratos antropogénicos, impermeables a las raíces, como carreteras cubiertas o geo membranas.
Son tipos especiales de estratos maestros. 1- Ap: “A” formado por perturbación humana por labranza. 2- Bt: Es un “B” iluvial de partículas de arcilla filosilicatos.
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Estratos maestros o distinciones subordinadas que difieren en características. Se le pone un número como subíndice para poder diferenciar dos estratos maestros continuos del mismo tipo pero con distintas características. Ejemplo: estrato
Son estratos con características intermedias entre el estrato superior y el inferior. Mezcla homogénea en características, a veces con estilo de mosaico.
Se presentan cuando un suelo contiene dos o más materiales de origen geológico diferente. Se identifican con un número adelante.
CAPITULO 12: CLASIFICACION DE SUELOS
Agrupa tierras en base al uso más intensivo que se le pueda dar. Surgió por un decreto supremo en 1970 y se actualizo en el 2009.
Criterios: a) Ecológico Se usa el sistema de Holdrige, divide las zonas continentales y define zonas de vida. Se requieren datos de temperatura y precipitación. b) Características de suelo generales Que cantidad de pedregosidad superficial hay, cual es la fertilidad del suelo, si es salino o no, pH, riesgo de erosión. c) Una tierra puede comprender uno o varios tipos de suelos.
Categorías: a) Grupo de capacidad de uso mayor Incluye las siguiente posibilidades y niveles: Tierras aptas para cultivo intensivo o en limpio (A). Son las mejores, permiten agricultura de manera permanente. Tierras aptas para cultivo permanente (C) No se pueden labrar todos los años, pero se pueden trabajar con especies perennes como los frutales. Tierras aptas para pastos (P) Tierras con fines ganaderos. Recopilado y editado por Cesar P.
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Tierras aptas para producción forestal (F) Para silvicultura son buenas. Tierras de protección (X) No se pueden sembrar ninguna especie de nada por ejemplo un arenal.
b) Clases de capacidad: Se simbolizan por números arábigos. “1” significa que si calidad agrologica es alta, “2”, que es media y “3” que es baja.
c) Subclases de capacidad: Establecen las limitaciones en el uso de estas tierras “s” suelo “l” sales “e” topografía y erosión “w” drenaje “i” inundación “c” clima “r” agua de rio (considerando que haya)
ONERN Estableció que hay 5 millones de hectáreas para cultivo en limpio, esto representa solo el 3.8% del territorio peruano. Hay 2.7 millones de hectáreas para cultivo permanente, representando solo el 2.1% del territorio nacional. En total, prácticamente, solo el 6% del territorio tiene capacidad de albergar cultivos y es por eso que tenemos que cuidar el recurso suelo. Para pastizales, hay 17.9 millones de hectáreas y representa el 13.9% del territorio. Para recursos forestales, hay unos 48 millones de hectáreas, representando el 37.9% del territorio.
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ANEXO 1 TIPOS DE MINERALES QUE FORMAN LA FRACCION SOLIDA DEL SUELO
Su unidad estructural es el tetraedro de silicio. Pueden ser de 6 tipos.
Neosilicatos: Su unidad fundamental son los tetraedros de silicio individuales. Se encuentran en suelos poco evolucionados. Ejemplo, Olivino.
Sorosilicatos: Su unidad fundamental es el dímero de tetraedros de silicio. Son minerales raros. Ejemplo, la epidocta y la hemimorfita.
Ciclosilicatos: Su unidad estructural es el anillo de tetraedros de silicio, el más común es el anillo formado por 6 tetraedros. Son raros. Ejemplo, el Berilo y la Turmalina
Inosilicatos: Su unidad estructural es la cadena lineal de tetraedros. En suelos poco evolucionados. Pueden ser: a) Piroxenos Si están formados por solo una cadena lineal. Ejemplo, Augita. b) Anfiboles Si están formados por una doble cadena. Ejemplo, Hornablenda
Filosilicatos: Su unidad estructural son las láminas de tetraedros y las láminas de octaedros. Estos últimos pueden ser laminas trioctaedrales (si tienen en el centro al catión Mg 2+) o dioctaedrales (si tienen al catión Al 3+). Tipos. a) Tipo 1:1 Están formados por una lámina tetraedra y una lámina octaedral. Ejemplo, los caolines y las serpentinas. b) Tipo 2:1 Formada por 2 láminas tetraedrales y en el centro una octaedral. Ejemplo, esmectitas, vermiculitas, micas, cloritas. Nota:
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Sustitucion isomorfica Es el reemplazo de un catión por otro, de tamaño similar. En tetraedros, el Silicio es reemplazado, mientras que en octaedros, el catión es reemplazado por magnesio y aluminio. Minerales sin carga Son minerales raros. En estos casos no hay sustitución isomórfica en ellos. Ejemplo, TALCO, pirofilita.
Tectosilicatos: Su unidad estructural es la red cristalina de tetraedros de silicio. Puede ser: a) Minerales de Sílice (SO2): Sustitución isomórfica grande (cuarzo). Es muy abundante. b) Feldespatos: Presentan sustitución isomórfica de aluminio por silicio en tetraedros. Ejemplo, ortoclasa, sanidina, albita. Suelos poco y medio evolucionados. Muy abundantes. c) Zeolitas: Muy porosos, presentan sustitución isomórfica. No es muy común.
Aluminosilicatos amorfos: Son silicatos con gran cantidad de sustitución isomórfica por aluminio en tetraedros y octaedros. Suelos volcánicos, no son cristalinos. Ejemplo, Alofana.
Pueden ser óxidos, hidróxidos u oxihidroxidos. Tipos:
Óxidos de aluminio: Vienen de la destrucción de tetraedros que contienen aluminio. Ejemplo, Gibbsita. En suelos evolucionados.
Óxidos de hierro: Minerales secundarios generalmente. Minerales primarios como la magnetita. Suelos evolucionados. Ejemplo, Hematita y Goetita.
Óxidos de Magnesio: Minerales secundarios. Suelos evolucionados en selva. Vienen de silicatos muy resistentes. Ejemplo, Birnessita, Vernadita.
Derivados del ácido carbónico. Solubles en agua. Suelos poco evolucionados con poca lluvia. Ejemplo, Calcita, Mg Calcita, Dolomita, Siderita.
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