PROPIEDADES QUÍMICAS DEL SUELO
Son aquellas que nos permiten reconocer ciertas cualidades del suelo cuando se provocan cambios químicos o reacciones que alteran la composición y acción de los mismos. Las principales son:
1. MATERIA ORGÁNICA: Son los residuos de plantas y animales descompuestos, da al suelo algunos alimentos que las plantas necesitan para su crecimiento y producción, mejora las condiciones del suelo para un buen desarrollo de los cultivos.
De la materia orgánica depende la buena constitución de los suelos un suelo de consistencia demasiada suelta (Suelo arenoso) se puede mejorar haciendo aplicaciones de materia orgánica (Compost), así mismo un suelo demasiado pesado (suelo arcilloso) se mejora haciéndolo más suave y liviano mediante aplicación de materia orgánica.
2. EFECTOS DE LA MATERIA ORGÁNICA
- Le da granulación a la tierra haciéndola más porosa, Impermeable y fácil de trabajar.
- Hace que los suelos de color claro se vuelvan oscuras y por lo tanto absorban una cantidad mayor de radiaciones solares.
- Defiende los suelos contra la erosión porque evita la dispersión de las partículas minerales, tales como limas, arcilla y arenas.
- Mejora la aireación o circulación del aire en el suelo por eso el suelo orgánico se llama “Suelo vivo”
- Ayuda al suelo a almacenar alimentos para las plantas.
3. FERTILIDAD: Es una propiedad que se refiere a la cantidad de nutrientes.
Cada uno de los nutrientes cumple sus funciones a saber los cuales son:
| NITROGENO (N) - Ayuda al desarrollo de las plantas
- Da al follaje, color verde
- Ayuda a que se introduzcan buenas cosechas
- Es el elemento químico principal para la formación de las proteínas.
| FOSFORO (P) - Ayuda al buen crecimiento de las plantas
- Forma raíces fuertes y abundantes
- Contribuye a la formación y maduración de los frutos.
- Indispensable en la formación de semillas.
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| POTASIO (K)
- Ayuda a la planta a la formación de tallos fuertes y vigorosos.
- Ayuda a la formación de azucares almidones y aceites.
- Protege a las plantas de enfermedades.
- Mejora a la calidad de las cosechas.
| CALCIO (Ca)
- Ayuda al crecimiento de la raíz y el tallo de la planta
· Permite que la planta tome fácilmente los alimentos del suelo. | MAGNESIO (Mg)
- Ayuda a la formación de aceites y grasas
- Es el elemento principal en la formación de clorofila, sin la cual la planta no puede formar azucares.
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Un suelo fértil es aquel que contiene los elementos nutritivos que las plantas necesitan para su alimentación, estos alimentos los adquiere el suelo enriqueciéndolos con materia orgánica. Un suelo pobre o carente de materia orgánica es un suelo estéril y por lo tanto es improductivo.
4. ACIDEZ –ALCALINIDAD: En general las sustancias pueden ser ácidos, alcalinas y neutros.
Químicamente sabemos que una sustancia es acida porque hace cambiar a rojo el papel tornasol azul; sabemos que es alcalina o básica, porque hace cambiar a azul el papel tornasol rojo. Sabemos también que una sustancia es neutra porque no hace cambiar ninguno de los indicados.
Durante el proceso de humificación o sea de pudrición del mantillo o materia orgánica para convertirse en humus, intervienen las bacterias y los hongos en cuyo trabajo van elaborando sustancias ácidas, por esto las tierras negras y polvorosas generalmente son ácidas, pero para contrarrestar su acidez, los agricultores aplican cal, que en contacto con el agua forman sustancias alcalinas.
En general los suelos ácidos son los menos productivos por su acidez se puede corregir haciendo encalamiento.
La acidez del suelo mide la concentración en hidrogeniones. En los suelos los hidrogeniones están en la solución, pero también existen en el complejo de cambio, o sea hay dos tipos de acidez, activa o real (en solución) y de cambio o de reserva (para los adsorbidos). Ambas están en equilibrio dinámico. Si se eliminan H+ de la solución se liberan otros tantos H+ adsorbidos. Como consecuencia el suelo muestra una fuerte resistencia a cualquier modificación de su pH, está fuertemente tamponado.
Los factores que hacen que el suelo tenga un determinado valor de pH son diversos, fundamentalmente:
Naturaleza del material original. Según que la roca sea de reacción ácida o básica.
Factor biótico. Los residuos de la actividad orgánica son de naturaleza ácida.
Precipitaciones. Tienden a acidificar al suelo y desaturarlo al intercambiar los H+ del agua de lluvia por los Ca++, Mg++, K+, Na+... de los cambiadores.
Complejo adsorbente. Según que esta saturado con cationes de reacción básica (Ca++, Mg++...) o de reacción ácida (H+ o Al+++). También dependiendo de la naturaleza del cambiador variará la facilidad de liberar los iones adsorbidos.
5. P.H: La acidez del suelo mide la concentración en hidrogeniones (H+), en el suelo los hidrogeniones están en la solución, pero también existen en el complejo de cambio.
5.1. Importancia del pH: Influye en las propiedades físicas y químicas.
Propiedades físicas. Los pH neutros son los mejores para las propiedades físicas de los suelos. A pH muy ácidos hay una intensa alteración de minerales y la estructura se vuelve inestable. En pH alcalino, la arcilla se dispersa, se destruye la estructura y existen malas condiciones desde el punto de vista físico.
Propiedades químicas y fertilidad. La asimilación de nutrientes del suelo está influenciada por el pH, ya que determinados nutrientes se pueden bloquear en determinadas condiciones de pH y no son asimilables para las plantas Alrededor de pH 6-7,5 son las mejores condiciones para el desarrollo de las plantas.
6. SALINIDAD DEL SUELO: Es la consecuencia de la presencia de sales en el suelo, más solubles que el yeso. Por sus propias características se encuentran tanto en la fase sólida como en la fase liquida por lo que tiene una extraordinaria movilidad.
La salinización natural del suelo es un fenómeno asociado a condiciones climáticas de aridez y a la presencia de materiales originales ricos en sales, como sucede con ciertas morgas y molasas. No obstante existe una salinidad adquirida por el riego prolongado con aguas de elevado contenido salino, en suelos de baja permeabilidad y bajo climas secos subhúmedos y más secos.
La salinidad no siempre tiene que ir asociada a un pH alcalino, sino que cuando se alcanzan valores muy ácidos se produce la solubilización de sales alumínicas que pueden generar una elevada conductividad con un riesgo añadido, la presencia de aluminio soluble en cantidades suficientes para ser tóxico para la mayoría de las plantas. Por ello cuando el pH baja de 3.5 se consideran salinos los suelos con conductividad superior a 8 dS/m, como en el caso de la alcalinidad.
La recuperación de los suelos salinos puede efectuarse por un lavado de mismo por inundación con aguas libres de sales, siempre que exista calcio suficiente en la solución para mantener floculadas las arcillas y permitir una permeabilidad aceptable. No obstante es conveniente la instalación de un sistema de drenaje artificial, mediante la instalación de tubos porosos bajo el suelo o, al menos, bajo la zona de enraizamiento de las plantas, como puede apreciarse en la figura de la izquierda.
Para asegurarse de la eliminación de las aguas cargadas de sales se debe instalar una red de evacuación del líquido procedente de los tubos de drenaje, como se aprecia en la figura de la derecha. Deben colocarse con la suficiente pendiente para que el agua no permanezca demasiado tiempo en dicha red y sea absorbida por el suelo.
Los colectores principales son los encargados de eliminar las sales de la zona que se está recuperando, en ellos se produce una fuerte concentración de las sales por efecto de la evaporación del agua, siempre intensa al tratarse de zonas secas con escasa humedad ambiental. Debe procurarse un flujo rápido hacia el canal principal.
Por último las aguas deben ser evacuadas hacia un curso de agua cuyo caudal sea suficiente para diluir las sales aportadas y no transferir el problema a las zonas vecinas.
Muchas de estas zonas salinizadas se encuentran en áreas deltaicas por lo que el drenaje puede hacerse directamente al mar, que es la mejor manera de no salinizar otras zonas.
Cuando la salinidad va acompañada de sodicidad, la alcalinización producida por el sodio favorece la dispersión de la arcilla, su movilización y la impermeabilización del suelo. Todo ello dificulta el lavado hasta que no se lleva a cabo una eliminación del sodio.
El sodio abundante de la solución hace que el complejo de cambio del suelo se encuentre saturado o Semi-saturado por este elemento; por este motivo la primera acción a tomar es desorberlo del complejo de cambio para que pueda ser eliminado por arrastre de la solución del suelo con el agua añadida. El desplazamiento del sodio del complejo solo puede hacerse mediante su intercambio con otro catión, siendo de elección el calcio por su mayor capacidad de ser adsorbido y por ser un elemento inocuo. Ya observamos esta acción del calcio a la hora de elevar el pH, de modo que males opuestos se combaten con el mismo remedio.
Por ejemplo era muy conocido el hecho de que los suelos pueden extraer sales y colorantes de una solución. Hoy día estas reacciones se justifican por un intercambio de iones entre la solución y el material sólido.
Se define el cambio iónico como los procesos reversibles por los cuales las partículas sólidas del suelo adsorben iones de la fase acuosa liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes, estableciéndose el equilibrio entre ambas fases.
Según el tipo de iones que se intercambien,
Cambio de cationes: Suelo-M + X+ -----> Suelo-X + M+
Cambio de aniones: Suelo-N + Y- -----> Suelo-Y + N-
Como los iones adsorbidos quedan en posición asimilable constituyen la reserva de nutrientes para las plantas.
Las causas que originan el intercambio iónico son los desequilibrios eléctricos de las partículas del suelo. Para neutralizar las cargas se adsorben iones, que se pegan a la superficie de las partículas. Quedan débilmente retenidos sobre las partículas del suelo y se pueden intercambiar con la solución del suelo.
Cuanto más superficie tenga el material y más desequilibrada se encuentre, más iones se fijaran.
7.1. Teorías del intercambio iónico
Existen tres teorías que tratan de explicar el porqué de este proceso.
RED CRISTALINA. Considera las partículas de los minerales como sólidos iónicos. Los iones de los bordes están débilmente retenidos por lo que pueden abandonar la estructura y pueden cambiarse con los de la solución del suelo.
DOBLE CAPA ELÉCTRICA. Considera el contacto entre el sólido y la fase líquida como un condensador plano. Entre el metal (el sólido) y el electrólito (la disolución) existe una diferencia de potencial que atrae a los iones de la solución del suelo. Se forma una doble capa eléctrica formada por los iones del sólido y los atraídos en la solución.
MEMBRANA SEMIPERMEABLE. La interfase sólido-líquido actúa como una membrana semipermeable que deja pasar los iones de la solución y a los de la superficie de las partículas pero no a los del interior de los materiales.
Básicamente las tres teorías son compatibles y simplemente se trata de enfoques distintos:
Iones débilmente retenidos para la teoría cristalina.
Desequilibrios eléctricos para la teoría de la doble capa eléctrica.
Diferentes concentraciones para la teoría de la membrana semipermeable.
Capacidad de cambio de cationes
Es el más importante, y mejor conocido.
En el suelo son varios los materiales que pueden cambiar cationes. Los principales cambiadores son las arcillas y la materia orgánica (los dos materiales presentan propiedades coloidales).
Las causas de la capacidad de cambio de cationes de las arcillas son:
Enlaces de Van der Waals.
En las arcillas, además de en su superficie, los iones pueden entrar entre las láminas.
Las causas de la capacidad de cambio de materia orgánica son:
Disociación de los OH.
Disociación de los COOH.
En cuanto a los factores que hacen que un suelo tengan una determinada capacidad de cambio de cationes son varios.
Tamaño de las partículas. Cuanto más pequeña sea la partícula, mas grande será la capacidad de cambio.
Naturaleza de las partículas. La composición y estructura de las partículas influirá en las posibilidades de cambio de sus cationes. Así la capacidad de cambio catiónico (CCC) de algunos de los materiales más comunes en los suelos los representamos en la siguiente tabla.
| Naturaleza de la partícula | CCC, meq/100g |
| cuarzo y feldespatos | 1-2 |
| oxidos e hidróx. Fe y Al | 4 |
| caolinita | 3-15 |
| ilita y clorita | 10-40 |
| montmorillonita | 80-150 |
| vermiculita | 100-160 |
| materia orgánica | 300-500 |
Como vemos la naturaleza del cambiador confiere mayor a menor capacidad de cambio. Cada 1% de arcilla puede repercutir en medio miliequivalente en la capacidad de cambio de cationes del suelo. Si en vez de arcilla nos referimos a la materia orgánica, cada 1% puede repercutir en 2 miliequivalentes más (miliequivalente / 100gr = cmol(+)Kg-1).
Tipo de cationes cambiables. La capacidad de cambio de cationes representa el total de cargas negativas, o lo que es lo mismo el número de cargas positivas que incorporan los cationes que vienen a fijarse.
No obstante, la naturaleza de los cationes de cambio pueden modificar el valor de la capacidad de cambio, aumentándola o disminuyéndola, en función de su carga y de su tamaño. Los cationes divalentes, trivalentes... al adsorberse aumentan la capacidad de cationes de cambio mientras que los cationes de gran tamaño (radicales orgánicos) disminuyen la CCC al bloquear, por su tamaño, posiciones de cambio.
pH. Los suelos presentan distinta capacidad de cambio en función del pH. A pH bajos los hidrogeniones están fuertemente retenidos en las superficies de las partículas, pero a pH altos los H de los grupos carboxílicos primero y de los OH después, se disocian y los H+ pueden ser intercambiados por cationes.
Esto es la consecuencia de que la capacidad de cambio de cationes aumente con el pH.
Los cationes que frecuentemente ocupan las posiciones de cambio en los suelos son: Ca++, Mg++, K+, Na+, H+, Al+++, Fe+++, Fe++, NH4+, Mn++, Cu++ y Zn++.
En los suelo ácidos predominan H+ y Al+++, en los suelos alcalinos predominan las bases fundamentalmente el Na+ y en los neutros el Ca++.
La relación en el complejo de cambio entre los cationes y el H+ + Al+++, expresado en %, representa el grado de saturación
Grado de saturación : V=S/Tx100
Siendo, T = capacidad de cambio. Mide la cantidad de bases de cambio (T = S + Al+++ + H+)
S = Ca++ + Mg++ + Na+ + K+.
Cuando V > 50% el suelo está saturado.
Si V < 50% el suelo se encuentra desaturado. Las posiciones de cambio están ocupadas principalmente por H+ y Al+++; se trata de un medio pobre en nutrientes.
7.2. Importancia de la capacidad de cambio
Controla la disponibilidad de nutrientes para las plantas: K+, Mg++, Ca++, entre otros.
Interviene en los procesos de floculación - dispersión de arcilla y por consiguiente en el desarrollo de la estructura y estabilidad de los agregados.
Determina el papel del suelo como depurador natural al permitir la retención de elementos contaminantes incorporados al suelo.
7.3. Potencial de oxidación - reducción
Las condiciones de oxidación-reducción del suelo son de gran importancia para procesos de meteorización, formación de diversos suelos y procesos biológicos, también están relacionadas con la disponibilidad de ciertos elementos nutritivos.
La formulación química de las reacciones de oxidación-reducción es la siguiente:
ESTADO OXIDADO + ELECTRONES <=> ESTADO REDUCIDO
En el suelo existe un equilibrio entre los agentes oxidantes y reductores. La materia orgánica se encuentra reducida y tiende a oxidarse, es reductora, ya que al oxidarse tiene que reducir a otro de los materiales del suelo. Por el contrario el oxígeno es oxidante. Por otra parte hay muchos elementos químicos que funcionan con valencias variables, pudiendo oxidarse o reducirse según el ambiente que predomine.
Los procesos de oxidación reducción envuelven a elementos que pueden actuar con diferentes valencias y entre ellos tenemos: Fe, Mn, S, N. Algunos ejemplos de procesos de de oxidación en el suelo son:
Oxidación: del Fe+2 de minerales primarios en Fe+3 formando óxidos e hidróxidos; la transformación de Mn+2 en Mn+4; la oxidación de S=, por ejemplo de pirita, en sulfatos; la nitrificación o sea la transformación de NH4 en nitritos y nitratos.
Por el contrario muchos procesos suceden bajo condiciones reductoras como la desnitrificación, la desulfuricación, la formación de compuestos Fe+2 y Mn+2.
En los suelos normales el ambiente es aireado y por tanto la tendencia general es oxidante. En los suelos hidromorfos la saturación en agua tiende a provocar un ambiente reductor (figura 6). Los valores de pH y potencial redox (medidas Eh) delimitan los campos de estabilidad de los materiales del suelo. Los compuestos de Fe y Mn son muy sensibles a cambios de pH y E
