CATIONES EN EL SUELO by ptq12475

VIEWS: 0 PAGES: 28

									CATIONES EN EL SUELO
               Autores:
          •   Rosi Bellido
          •   Javier Rodríguez
          •   Ana Gallego
          •   Carolina Rebolledo
          •   Aritz
                   Introducción
   El suelo contiene en disolución ciertos cationes los cuales
    son fundamentales para la fertilidad que necesitan las
    plantas. La capacidad de intercambio catiónico (CEC) de
    un suelo, es simplemente una medida de la cantidad de
    sitios sobre la superficie del suelo, que pueden retener
    iones cargados positivamente(cationes) por fuerza
    electrostática. Los cationes retenidos electrostáticamente,
    son fácilmente intercambiables con otros cationes en la
    solución del suelo y están así rápidamente disponibles
    para que los tomen los vegetales.
                   Introducción
   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++.
            1. CAMBIO IÓNICO

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-


●   Es proceso dinámico que se desarrolla en la superficie de las
    partículas. 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.
         1.1Teorías del intercambio iónico
●   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.
       1.2 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:
Sustituciones atómicas dentro de la red:
Existencia de bordes (superficies descompensadas).
• Disociación de los OH de las capas basales.
• 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.
             CCC de algunos de los materiales más comunes en los suelos:


Naturaleza de la   CCC,
partícula          meq/100g
                                Como vemos la naturaleza del cambiador confiere
                                mayor a menor capacidad de cambio. Cada 1% de
 Cuarzo y
                   1-2          arcilla puede repercutir en medio miliequivalente en
feldespatos
                                la capacidad de cambio de cationes del suelo. Si en
Óxidos e hidróx. Fe
                    4
                                vez de arcilla nos referimos a la materia orgánica,
y Al
                                cada 1% puede repercutir en 2 miliequivalentes más
Caolinita          3-15         (miliequivalente / 100gr = cmol(+)Kg-1).
ilita y clorita    10-40

Montmorillonita    80-150

Vermiculita        100-160

Materia orgánica   300-500
 2.-PRINCIPALES FACTORES DE LOS
  QUE DEPENDE EL CONTENIDO DE
      CATIONES EN EL SUELO
2.1-Tipo de roca

 Dependiendo de la naturaleza de los materiales el suelo va a evolucionar de
forma diferente. Por ejemplo, los suelos formados sobre rocas graníticas se
caracterizan por su elevado contenido en silicio y aluminio y su bajo contenido
en elementos alcalinos ( Na y K) y en alcalinotérreos ( Ca y Mg), las rocas
sedimentarias y magmáticas son ricas en iones ácidos (Al3+, H+), en cambio
la degradación de rocas calizas, son ricas en iones básicos(Ca2+, Mg2+, K+,
Na+), esto influye muy directamente sobre el PH de los suelos. La presencia,
también, de aire y agua capacitada por la porosidad del perfil, van a dar una
concentración de grupos hidroxilo (OH-) y de cationes (H+), muy
determinativos en el carácter ácido o básico del suelo.
            2.2-Factor biótico
       Los residuos de la actividad orgánica son de naturaleza ácida.
            2.3-pH
En un estudio químico del suelo nos daremos cuenta que a parte de la zona estructural del suelo
o substrato, existen los elementos nutritivos o abonos en forma de sales minerales más o menos
solubles, la parte soluble en contacto con el agua (H2O) se encuentra disociada en dos iones. Lo
que quiere decir que en el suelo no hay sales, sino iones: aniones y cationes.
CATIONES - ANIONES
Ca ++ Calcio PO4--- Fosfato
Mg++ Magnesio SO4 – Sulfato
K+ Potasio CO3 Carbonato
NH4+ Amonio NO3- Nitrato
Na+ Sodio CL0 Cloruro
Todos los microelementos
Y H+ Hidrógeno
El complejo arcilloso-húmico (substrato) puede fijar diversos cationes básicos, así como los
cationes hidrógeno (H+), siendo éstos retenidos más fuertemente por el complejo. La presencia,
en mayor o menor cantidad de iones H+ con relación a los iones básicos, determina la reacción
o acidez del suelo que se representa por el PH. , Éste valor varía teóricamente entre 0 a 14, pero
en la práctica, entre 4,5 a 8,5.
• El pH es uno de los principales responsables en la disponibilidad de
  nutrientes para las plantas, influyendo en la mayor o menor asimilabilidad de
  los diferentes nutrientes
• Considerando en conjunto los efectos producidos por los diferentes valores
  de ph en cuanto a la absorción de los nutrientes, puede decirse que el pH
  “ideal” está entre 6 y 7, presentándose en zonas húmedas valores entre 5-7 y
  7- 8,5 para zonas áridas.
• Con pH muy ácidos: hay una intensa alteración de minerales y la estructura
  se vuelve inestable.
• Con 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 esta
  influenciadas por el pH, ya que determinados nutrientes se pueden bloquear
  en determinadas condiciones de pH y no son asimilable para las plantas.
      Disponibilidad de los nutientes en función del pH del suelo:




En la imagen se muestra la disponibilidad de los distintos nutrientes para
distintos valores del pH del Suelo (a mayor grosor de las bandas, más
asimilables son). En cualquier caso, cabe señalar que tales gráficos son
orientativos y generalmente basados en el comportamiento de las plantas de
mayor interés agropecuario.
En cualquier caso, el diagrama la susodicha disponibilidad se encuentra
condicionada por múltiples factores y propiedades de los suelos, tales como su
mineralogía, la cual nos dicta la solubilidad de los de los distintos minerales.
También depende del grado de saturación del complejo de cambio o absorbente y
de sus agregados (formados por la unión de las arcillas y la materia orgánica)
Estos últimos factores son criterios de diagnóstico en numerosas clasificaciones
del suelo, por lo que sus cartografías nos proporcionan una primera aproximación
al problema que estamos tratando.
Bajo ciertas circunstancias, el pH afecta a la actividad microbiana indispensable
con vistas a la transformación de elementos que se presentan en formas no
asimilables hacia otras que sí lo son.
 Este, es el caso del nitrógeno, cuyas formas inorgánicas son todas solubles
independientemente del pH reinante (biodisponibilidad pH independiente).
Sin embargo, como ya mentamos, cuando el pH excede valores de 8 o es inferior a 6, la
actividad microbiana se ve entorpecida, disminuyendo tanto la liberación de amonio como
su oxidación a nitrato, por lo que disminuye la concentración de las formas asimilables de
este elemento.



Reiteramos que conviene tener en cuenta que
estos valores son meramente aclaratorios, y
que la mayoría de las plantas presentan una
notable adaptabilidad a un amplio rango,
siendo este factor mucho más crítico respecto
a la influencia que ejerce sobre la dinámica de
los nutrientes que han de ser absorbidos por
las plantas.
Los sistemas radiculares de las Plantas pueden ser dañados bajo ambientes iónicos
muy ácidos (pH inferior a 5) en diversas especies. Las enmiendas de carbonato cálcico
son los sistemas más económicos y ampliamente usados con vistas a corregir tal
acidez del suelo. Empero bajo pH extremadamente ácidos (inferiores a 3) pueden surgir
problemas con tales prácticas.



                                  Del mismo modo cuando el pH supera el umbral
                                  de 9 pueden aparecer efectos directos del OH- o
                                  HCO3-, sobre la absorción de fósforo, hierro,
                                  molibdeno y otros nutrientes y oligoelementos.
                                 2.4-Clima
Donde las precipitaciones son intensas se produce
un lavado de bases en el suelo, y por precolación
se van llevando los elementos que le dan
alcalinidad, tendiendo el suelo a la acidez. En
zonas áridas, no existen lavados y los suelos son
alcalinos

El agua de lluvia contienen una pequeña
cantidad de gas carbónico y es capaz de disolver
la caliza existente en el suelo, de tal forma que el
calcio es arrastrado a capas más profundas en
forma de bicarbonato de calcio.
                             2.5-Vegetación
Un mecanismo que influye en la acidificación de los suelos es la actividad radicular, más concretamente la
absorción de nutrientes. Todas las plantas sin excepción, coníferas o no, nativas o exóticas, agrícolas o
forestales, extraen del suelo cationes básicos (Ca++, K+, Mg ++) para emplearlos en la producción de
biomasa. Durante el proceso de absorción de estos nutrientes el balance de cargas al interior de la raíz debe
mantenerse, de modo que cuando se absorben Ca++, K+ y/o Mg++, se liberaran a la solución del suelo H+
para restablecer, al interior de la raíz, el balance eléctrico (Bohn et al., 1985). Los H+ liberados entran en
solución del suelo incrementando su concentración y aumentando la acidez.
                                                     •   Otro mecanismo responsable de la acidificación
                                                         del suelo es accionado por la acumulación de la
                                                         materia orgánica sobre la superficie del suelo
                                                         mineral. Una vez depositada, la materia orgánica
                                                         entra en descomposición formando ácidos
                                                         orgánicos (COOH) que al desplazarse al interior
                                                         del suelo liberan H+ . Este H+ reemplaza a los
                                                         cationes básicos (Ca++, K+ y Mg++) en las
                                                         superficies de las arcillas, propiciando un
                                                         ambiente más ácido.
                                                     •   Restos orgánicos con alta relación C/N.
3.-OTROS FACTORES QUE AFECTAN A
LOS CATIONES DEL SUELO
  3.1-Hidrólisis del aluminio
Responsable por la acidificación de los suelos es el proceso de la hidrólisis del aluminio(Al). El
proceso se inicia con el ion aluminio trivalente (Al+3) al que se le van neutralizando sus cargas
positivas gracias a la hidrolización del agua (H2O ↔ H+ + OH-). Durante este proceso, el ion
Al+3, una vez removido de la superficie de las arcillas, reacciona con el agua presente en el suelo
dando como resultado compuestos hidratados de Al así como iones libres de H+ que al ser
liberados a la solución del suelo incrementan la acidez. La presencia en solución de los diferentes
tipos de iones de Al está determinada por el pH del suelo. El ion Al+3 que se encuentra solo
representa a valores de pH inferiores a 4,7.
3.2- Nitrificación
Dado que las plantas solo se nutren de elementos químicos que se encuentren en el
suelo en forma iónica, los complejos compuestos orgánicos ricos en nitrógeno (N) deben
sufrir alteraciones hasta llegar a su expresión química más simple, la forma mineral. El
proceso de conversión de amonio (NH4+) a nitrato (NO3 -) se conoce como nitrificación.
                  (2NH4 + + 3O2 ���� 2NO3 - + 4 H+ + H2O + energía)

Como subproducto de este proceso se producen iones H+ que contribuyen a aumentar la
acidez del suelo.
3.3-Lluvia ácida


Efectos de la lluvia ácida en el suelo y la vegetación:

Aumenta la acidez del agua de ríos y lagos, lo que causa daños a la vida acuática, tanto piscícola
(peces de ríos) como vegetal. También incrementa la acidez de los suelos, lo que se traduce en
cambios en la composición de los mismos, generando lixiviación (lavado) de nutrientes
importantes para las plantas, tales como: calcio, nitrógeno, fósforo, etc, y movilizando metales
tóxicos como el cadmio, níquel, manganeso, plomo, mercurio, cromo, etc, que de esta forma se
introducen también en las corrientes de agua así como en la cadena trófica.

La vegetación expuesta directamente a la lluvia ácida sufre no sólo las consecuencias del
deterioro del suelo, sino también un daño directo que puede llegar a ocasionar quema de follaje y
caída de hojas y frutos
Dinámica de la lluvia ácida
Independientemente de su origen, ya sea
industrial o natural, los gases
contaminantes que de la tierra suben a la
atmósfera, después de un cierto tiempo y
durante la época de invierno precipitan
formando lo que se conoce como lluvia
ácida. Dependiendo de la dirección y
velocidad de los vientos así será el área de
afectación que generen. También sehabla
de deposición seca, cuando el
contaminante precipita sin lluvia, es decir,
lo hace por su propio peso.
                               Definiciones
    Humus: materia orgánica en descomposición que se encuentra en el suelo y procede de restos
vegetales y animales muertos. La composición química del humus varía porque depende de la acción
de organismos vivos del suelo, como bacterias, protozoos, hongos y ciertos tipos de escarabajos. El
humus es una materia homogénea,amorfa, de color oscuro e inodora. Los productos finales de la
descomposición del humus son sales minerales, dióxido de carbono y amoníaco.
   Solución del suelo. Agua del suelo junto los nutrientes disueltos en ella.
    Ión. Átomo o grupo de átomos que ha ganado o perdido electrones.
   Catión. Ión de carga positiva.
   Anión. Ión de carga negativa.
    Complejo arcilloso-húmico (complejo coloidal). Son pequeñas partículas de humus y arcilla que
están en suspensión en la solución del suelo, que por acción del calcio se coagulan formando una masa
gelatinosa, formando así el C. A-H., que determina la fertilidad del suelo. Tiene carga negativa.
   Disociación. Los compuestos químicos de la solución del suelo se disocian en cationes y aniones.
Por ejemplo, el nitrato sódico se disocia en el anión nitrato y catión sodio.
    Adsorción de cationes. El complejo arcilloso-húmico tiene carga negativa, por lo que atrae y
retiene cationes (carga +) sobre su superficie. Los cationes adsorbidos se encuentran en un
intercambio continuo y rápido con los cationes libres de la solución del suelo.


                                                  Cationes adsorbidos:
                                                  calcio, magnesio, potasio, sodio,
                                                  amonio, hidrógeno
   Intercambio de cationes: Es la sustitución de cationes del complejo arcilloso-húmico.
    Capacidad de intercambio catiónico.(C.I.C.): Es la suma total de los cationes adsorbidos por el
C. A-H, que pueden ser intercambiados por otros cationes de la solución del suelo.
   Se expresa en meq / 100 g. de suelo
    Suelos con C.I.C. < 5 meq / 100 g son suelos pobres, arenosos, poco aptos para la vida de las
plantas
   Suelos con C.I.C. > 30 meq / 100g son suelos excesivamente arcillosos, con problemas de
permeabilidad y estructura
    Suelos salinos: Un suelo es salino cuando tiene un exceso de sales solubles, cuyos iones en la
solución del suelo impiden o dificultan el desarrollo normal de las plantas. Se consideran sales
solubles las que están compuestas por los siguientes iones:
   Cationes: calcio, magnesio, sodio, potasio
   Aniones: cloruro, sulfato, bicarbonato, carbonato

								
To top