SUELO: FUENTE DE NUTRIMENTOS PARA
LAS PLANTAS.
v ¿Qué es el
suelo?
El suelo es la parte
exterior de la corteza terrestre en donde las rocas se han desintegrado por
efecto del intemperismo, formando una cubierta en la que vive una microbiota,
una flora y una fauna microbianas que, actuando en conjunto, transforman
materia mineral en alimento de las plantas, para que puedan ser utilizadas
posteriormente por los animales y los seres humanos. El suelo está constituido
por una capa más o menos gruesa de material fragmentario no consolidado que se
conoce con el nombre de “regolita” y que se apoya en la roca subyacente. El
suelo, junto con el agua en forma de lluvia o corrientes, permite el
establecimiento de las actividades forestales, ganaderas y agrícolas. Así, el
suelo es el resultado de la interacción del clima, la roca madre, el drenaje,
la topografía, los microorganismos y la vegetación a lo largo del tiempo. La
calidad del suelo se refiere a su capacidad para sostener la productividad
vegetal y animal, así como mantener o mejorar la calidad del aire y agua. Su
importancia radica en su naturaleza no renovable en los tiempos de vida humana;
en promedio el suelo tarda en formarse de 100 a 400 años por centímetro de
cubierta fértil, a través de la interacción del clima, la topografía,
organismos (plantas, animales y el hombre) y minerales (Doran, 1996).
v
Principales fases en la composición del suelo.
Existen dos fases
principales del suelo, la fase sólida y la fase liquida. La fase sólida está
formada por materiales inorgánicos y materia orgánica, la fracción del suelo
incluye vegetales y animales en diferentes estados de descomposición, tejidos y
células de organismos que viven en el suelo y sustancias producidas por los
habitantes del suelo. La materia orgánica del suelo regula procesos químicos,
biológicos y físicos que en le ocurren.
La fase liquida está
formada por la solución del suelo que proporciona los alimentos a las plantas y
es el medio en el que se efectúan la mayoría de los procesos químicos.
v Composición de la fase sólida del suelo. Principales
componentes de las sustancias orgánicas.
La fase sólida es la
responsable del comportamiento del suelo al ser la única permanente y dentro de
ella se distinguen dos tipos de componentes o fracciones: la fracción mineral
derivada del material original y la fracción orgánica procedente de los restos
de los seres vivos que se depositan en la superficie del suelo y de los que
habitan en su interior.
Dentro de la fase sólida
mineral se han de considerar las sustancias de carácter salino, más o menos
solubles y que por tanto presentan una menor estabilidad que los silicatos, que
son los constituyentes primordiales. Esta menor estabilidad y su fácil
intercambio con la fase líquida, que les permite, en ciertas ocasiones, incluso
abandonar el suelo, nos mueve a considerarlos en un tercer apartado, separado
del resto de la materia orgánica del suelo procede de los restos de organismos
caídos sobre su superficie, principalmente hojas y residuos de plantas. Este
material recién incorporado es el que se conoce como "materia orgánica
fresca" y su cantidad varía con el uso o vegetación que cubra al suelo.
La materia viva en el
momento en que deja de serlo, comienza un proceso de descomposición o autolisis
provocado por los propios sistemas enzimáticos del organismo muerto. Además
sirve de alimento a numerosos individuos animales que habitan en la interface
entre el suelo y los detritus que lo cubren. En esta fauna predominan
artrópodos de diversas clases y gran número de larvas, sobre todo de insectos.
los componentes minerales.
v ¿De qué está formada la parte inorgánica del suelo?
Silicio (27,7%),
aluminio (8%) , magnesio (2%), y oxígeno formando óxidos con los 3 elementos
anteriores.
El perfil del suelo está
compuesto por capas llamadas horizontes. El superior, de color negro y con
compuestos orgánicos en distintos estados de descomposición. Es la capa
orgánica, el más fértil, llamado humus. Por debajo de este hay otra capa u
horizonte de color amarronado, conformado por materia orgánica e inorgánica. El
siguiente horizonte, de color variable está compuesto por materias
inorgánicas.(arenas, arcilla, piedras, compuestos minerales etc.; y por último
esta la roca madre.
v ¿Qué son las sales y que propiedades tienen?
Las sales minerales
son moléculas inorgánicas de fácil ionización en presencia de agua. Es un
compuesto químico formado por cationes (iones con carga positiva) enlazados a
aniones (iones con carga negativa). Son el producto típico de una reacción
química entre una base y un ácido, la base proporciona el catión y el ácido el
anión. La combinación química entre un ácido y un hidróxido (base) o un óxido y
un hidronio (ácido) origina una sal más agua, lo que se denomina
neutralización.
v Compuesto iónico.
Un ejemplo de un
compuesto iónico es NaCl (sal de mesa). Cuando se forma un compuesto iónico, el
elemento que tiene mayor electronegatividad (en este caso Cl) tratará de
quitarle electrones al otro con menor electronegatividad (Na) y se convertirán
en anión (-) y catión (+), respectivamente. Los electrones quedan
"prestados" en la última órbita del Cl y al mismo tiempo en la del
Na, haciendo que el Cl complete su octeto (8 electrones, en su última capa),
cumpliendo con la Ley del Octeto o Ley de Lewis.
Cuando se combinan
átomos de elementos metálicos (de bajo potencial de ionización, por lo que es
fácil arrancarles electrones) con átomos de elementos no metálicos (de alta
afinidad electrónica, por lo que ganan electrones con facilidad) el camino que
suelen seguir estos átomos para completar su última capa es que el átomo del
metal pierde electrones y el del no metal los gane.
Las sustancias iónicas
forman redes cristalinas en estado sólido debido a la forma en la que se
acomodan las moléculas del compuesto. Esto provoca que sean sólidos frágiles
(no se pueden deformar, sólo fracturar).
En disoluciones acuosas,
los compuestos iónicos se separan en cationes y aniones (ver ionización) y se
pegan al elemento con carga opuesta (en este ejemplo: Na+ O-, Cl- H+ ) y ocurre
una disociación electrolítica, donde el agua se convierte en conductora de
electricidad debido al flujo de iones en presencia de una corriente eléctrica.
v La electrólisis (agua).
Si el agua no es
destilada, la electrólisis no sólo separa el oxígeno y el hidrógeno, sino los
demás componentes que estén presentes como sales, metales y algunos otros
minerales (lo que hace que el agua conduzca la electricidad no es el puro H2O,
sino que son los minerales. Si el agua estuviera destilada y fuera 100% pura,
no tendría conductividad.)
Es importante hacer
varias consideraciones:
Nunca deben unirse los
electrodos, ya que la corriente eléctrica no va a conseguir el proceso y la
batería se sobrecalentará y quemará.
Debe utilizarse siempre
corriente continua (energía de baterías o de adaptadores de corriente), nunca
corriente alterna (energía del enchufe de la red).
La electrólisis debe
hacerse de tal manera que los dos gases desprendidos no entren en contacto, de
lo contrario producirían una mezcla peligrosamente explosiva (ya que el oxígeno
y el hidrógeno resultantes se encuentran en proporción estequiometria).
Una manera de producir
agua otra vez, es mediante la exposición a un catalizador. El más común es el
calor; otro es el platino en forma de lana fina o polvo. El segundo caso debe
hacerse con mucho cuidado, incorporando cantidades pequeñas de hidrógeno en
presencia de oxígeno y el catalizador, de manera que el hidrógeno se queme
suavemente, produciendo una llama tenue. Lo contrario nunca debe hacerse.
v ¿Cuál es el alimento para las plantas?
Para ello necesitan
aire, agua, algunas sustancias, que hay en el suelo y la luz del Sol. La alimentación de las plantas comprende tres
fases: la absorción de agua por la raíz, la fabricación de la savia elaborada y
el reparto de la savia elaborada por toda la planta. Estas tres fases del
proceso se producen constantemente. Las plantas absorben el agua del suelo a
través de la raíz. Disueltas en el agua que toma la raíz, entran también en la
planta otras sustancias que estaban en el suelo. Estas sustancias se llaman
sales minerales, y son muy importantes para la alimentación de las
plantas. La mezcla del agua con las
sales minerales se llama savia bruta. Para que la planta pueda fabricar su
alimento, la savia bruta tiene que llegar a las hojas. El transporte de la
savia bruta hasta las hoja se realiza por el tallo, á través de unos tubos muy
finos llamados vasos leñosos.
v ¿Cómo mejorar un suelo deficiente en sales? ¿Cómo se obtienen
las sales? ¿A qué se debe la acidez del
suelo y cuál es la importancia de
conocer la acidez del suelo?
En las zonas áridas y
semiáridas, como la del Sureste español, la salinidad constituye el principal
factor limitante de la fertilidad de los suelos. En estas zonas, el riego es
una práctica imprescindible y las lluvias son demasiado escasas como para arrastrar
las sales lejos del alcance de las raíces, lo mismo que sucede en cultivos
protegidos (invernaderos). En condiciones húmedas, las sales solubles
originariamente presentes en los materiales del suelo y las formadas por
transformación de minerales, son llevadas a capas inferiores, hacia acuíferos
subterráneos y finalmente transportados a los océanos.
La salinización de los
suelos agrícolas como consecuencia de la práctica del riego constituye uno de
los ejemplos más antiguos de contaminación del suelo. La tercera parte de las
zonas de regadío mundiales se encuentran afectadas por contenidos salinos
excesivos en la actualidad, y el problema tiende a crecer, ya que la expansión
de los regadíos lleva al uso de suelos marginales hasta ahora no utilizados y a
una sobreexplotación de acuíferos subterráneos cada vez con mayor cantidad de
sales solubles. La salinidad de un suelo puede tener principalmente tres
orígenes diferentes. En primer lugar que se trate de un asentamiento salino de
por sí, es decir, suelos formados sobre yacimientos salinos, antiguas cuencas
marinas, rocas que liberen gran cantidad de sales solubles, etc. En segundo
término que exista una capa freática alta y con elevado contenido en sales, que
acumula en el suelo cada vez que crece su nivel. Y en tercer lugar que la
salinidad sea debida a los aportes salinos del agua de riego empleada (o a un
aporte incontrolado de fertilizantes); esta última forma es la más grave y
sobre ella podemos ejercer acciones de control.
Como norma general, los
abonos sólidos empleados en fertirrigación son sales altamente disociables, es
decir, en disolución se separan en sus correspondientes partes catiónica y
aniónica (lo que ya sucede en los abonos líquidos) generando un incremento
específico de la CE (ver Horticultura nº 128); esto conlleva a un aumento de la
presión osmótica de la disolución disponible en el entorno radical, lo que
dificulta la absorción hídrica por parte de la planta. En multitud de libros se
recogen tablas de sensibilidades, tolerancias y resistencias de diversos
cultivos a la salinidad en función de la CE, en este parámetro no sólo hay que
considerar la CE del agua de riego, sino que hay que añadir el incremento
sufrido en la misma al adicionar los fertilizantes. De una manera muy genérica,
ya que depende de numerosos factores (especie y estado fenológico, técnica de
riego, sistema de cultivo, calidad del agua de riego, tipo de suelo/sustrato,
condiciones climáticas, etc.) se puede considerar como idónea una CE total de
2-3 ms/cm, con un máximo de incremento de CE debido al abonado de 1 ms/cm.
CURVAS DE CE DE LOS PRINCIPALES ABONOS PARA FERTIRRIGACIÓN.
Estos valores de CE han
sido determinados en laboratorio utilizando agua pura des ionizada y
concentraciones de abonos que abarcan los rangos reales empleados en
fertirrigación, es decir, cantidades muy bajas de fertilizante en agua, las
cuales han sido establecidas mediante balanza analítica de 0.0001 g de
precisión. El hecho de determinar estas curvas en agua pura en lugar de
utilizar aguas de riego, obedece a que no existen patrones establecidos para
las mismas, es decir, cada agua de riego presenta una composición distinta que
interfiere, en mayor o menor medida, en los incrementos de CE ocasionados por
la adición de fertilizantes. Los valores de CE presentados en las curvas no
pueden ser trasladados directamente como aumentos de CE previstos en un agua de
riego determinada, ya que éstos dependen directamente de factores intrínsecos
del agua de riego, principalmente de su fuerza iónica y del tipo de iones
presentes. En cualquier caso, estas curvas sí pueden emplearse de modo
orientativo o aproximado y sirven para comparar los niveles de salinidad
inducidos por cada fertilizante estudiado. Para poder establecer este tipo de
comparaciones, resulta interesante tener en cuenta las equivalencias nutritivas
de cada uno de los fertilizantes referidos. Por ejemplo, una misma cantidad de
nitrato amónico proporciona más del doble de nitrógeno que el nitrato cálcico.
Cuando se persigue la dosificación exclusiva de este nutriente y los
incrementos de CE pueden ser limitantes del cultivo, es preciso tener claro las
cantidades relativas de cada abono necesarias para cubrir los requerimientos
nutritivos de la plantación.
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 está 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.
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 asimilable para las plantas. Alrededor de pH 6-7,5 son las
mejores condiciones para el desarrollo de las plantas.
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
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 desvitrificación, la
desulfuración, la formación de compuestos Fe+2 y Mn+2.
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 Eh. Dado que en el proceso electroquímico se produce la migración de iones
H+ y OH- y su posible descarga en los electrodos, para poner de manifiesto, la
mayor concentración de alguno de ellos en la disolución, necesitaremos un
indicador ácido base. La fenolftaleína, si debemos identificar una mayor
concentración de iones OH- y el azul de bromotimol, para reseñar la mayor
concentración de H+. Pero si no disponemos de ellos también se pueden usar
indicadores naturales (véase el tema Indicadores ácido –base I), o rojo de
metilo, verde de metilo y violeta de metilo.
En este trabajo
utilizaríamos yoduro potásico, yodato potásico y bromuro sódico.
En las disoluciones
aparecerán los iones de la sal, así como los iones H+ y OH-. El que se
descarguen unos u otros en los electrodos, siempre se descargará primero, el
que necesite menos trabajo, lo cual, dejando aparte fenómenos secundarios
(sobretensiones [1][1] [1], solvataciones, reacciones anómalas etc), que
afectan fundamentalmente a los iones H+ y OH-, dependerá de los potenciales
normales de reducción de las distintas formas y será regulado por la ecuación
de Nernst. De esta manera se pueden ordenar los iones en sus respectivas carreras
hacia los electrodos, por su mayor facilidad de descarga.
Si cubrimos unos
milímetros del fondo de la caja Petri con una disolución diluida de KI, en la
disolución aparecerán los iones K+, H+, I- y OH- . De acuerdo con lo enunciado
antes, en el ánodo, se descarga primero el ion yoduro, según el proceso:
En el ánodo (+) : 2I- - 2e = I2(s)
En el cátodo (-): 2H+ +2e = H2(g)
El K+ no se descargar,
por lo que en disolución surge un exceso de OH- respecto de los iones H+, que
se puede caracterizar por un aumento del pH , lo cual podrá provocar la
aparición del color rojo violáceo de la fenolftaleína.
En el entorno de los
electrodos, se modifica instantáneamente la concentración de H+ y OH-
(inicialmente el pH sería 7). La desaparición de H+ al descargarse en el cátodo
hace que en esa zona aumente especialmente la concentración de iones OH- Los
procesos se podrían explicar, a un nivel elemental. Existen al principio en la
disolución, indicando las flechas, aquéllos, que según los procesos redox, se
descargarán. El indicador fenolftaleína, actuará como “chivato”, en aquellas
zonas cuyo pH suba de 10 (vira de incoloro a rojizo-violáceo a pH>10).
El
Modelo de Enlace Iónico
Este enlace se produce
cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la
izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no
metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente
los períodos 16 y 17). En este caso los átomos del metal ceden electrones a los
átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos,
respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas
eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto
iónico.
COMO SE
DISUELVEN LAS SALES
Las verdaderas sales son
sólidas y sus redes negativas están formadas por iones positivos y negativos.
Cuando se disuelven en agua, permanecen ionizados al 100%. Prácticamente no
existen en forma de moléculas. En estado sólido las llamamos electrolitos.
Existe un grupo de compuestos que tienen propiedades iguales a las de las
sales, aunque la mayoría no lo son. Usualmente cuando están expuestas al agua,
forman soluciones acuosas, y reciben el nombre de seudoelectrolito. Su
estructura molecular es semipolar, pero al exponerlas al agua se disocian o
ionizan y conducen corrientes eléctricas; esto se debe a las reacciones
químicas reversibles con las moléculas de agua produciendo los iones. Todos los
ácidos y la mayoría de las sales atmosféricas, como sales en general,
pertenecen al grupo de los seudoelectrolitos. En la solución acuosa de un
seudoelectrolito existen iones negativos, positivos y moléculas no disociadas,
por lo que entre ellos existe un equilibrio, cuyo ejemplo es la disociación de
ácido clorhídrico en agua:
HCl + H2O H3O+ + Cr
EL PAPEL DEL
AGUA EN ESTE PROCESO
La presencia de solutos
disueltos provoca cambios en la estructura y en las propiedades del agua
líquida. Por ejemplo, cuando una sal tal como NaCI se disuelve en el agua, los
iones Na+ y CI- , se hallan rodeados de una capa de dipolo del agua. Estos
iones hidratados poseen una geometría algo diferente de las agrupaciones de
moléculas de agua unidas mediante enlaces de hidrogeno; su ordenación superior
y de estructuras es más regular. la tabla 2-3 muestra las distancias
termiónicas medias en disoluciones acuosas de NaCI de función de la
concentración de la sal. Observemos cuando la concentración de NaCI es d 0.15
M, que es la concentración aproximada del NaCI es el plasma sanguíneo(y la de
sales de K+ en el citoplasma celular) Los iones Na+ y CI- hidratado poseen un
diámetro de 0.5 a 0.7 nm y un agrupamiento tetraédrico de cinco moléculas de
agua tiene un diámetro de aproximadamente 0.5 nm, está claro que debe haber un
cambio considerable en la estructura tridimensional y en la propiedades del
agua líquida cuando se disuelve NaCI en ella a la concentración aproximada con
que se encuentre en los fluidos biológicos. Las sales disueltas tienden, por
tanto a “romper” la estructura normal del agua.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA.
Semarnat. Informe de la Situación del Medio Ambiente en México:
compendio de estadísticas ambientales 2002. Semarnat. México. 2003.
Doran, J. W. 1996. Methods for
assessing soil quality. En: J.W. Doran and Alice J. Jones (Ed.). SSSA Special
Publ. 49. Soil Science Society of America Inc. Madison, WI.
http://equipo5208.blogspot.mx/2009/03/principales-fases-en-la-composicion-del.html
