4.2 Acidez Del Suelo
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Acidez del suelo
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Acidez del suelo
El agua
pH
pH
pH del suelo
Logaritmo negativo de la concentración del ión H+
pH = -log(H+)
Importancia:-clasificación de suelos
-estudios de génesis
-fertilidad de suelos
Efectos del pH
Influye en las propiedades físicas, químicas y biológicas.
• 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. En pH alcalino, la arcilla se dispersa, se destruye la estructura y existen malas condiciones desde el punto de vista físico (porosidad, aireación, conductividad hidráulica).
• Propiedades químicas y fertilidad. La asimilación de nutrientes del suelo está influenciadas por el pH, ya que determinados nutrientes se pueden bloquear en determinadas condiciones de pHy no son asimilables para las plantas.
• Propiedades biológicas. La diferente disponibilidad de nutrientes en función del pH del suelo afecta al desarrollo de los organismos del suelo.
pH del suelo
• Ejemplos: • pH< 5.2 • -posible presencia de Al intercambiable • -alta capacidad de fijación de fósforo • -baja disponibilidad de molibdeno
• pH > 6.5 • -baja disponibilidad de nutrientes Fe, Zn, B
En la determinación de laboratorio:
-relación suelo: solución: 1:2.5; 1:1; pasta saturada
-solución utilizada: agua, sales (KCl, NaF)
Factores que influyen en el pH
Factores que influyen en el pH
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.
• Factores bióticos. 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 Ca2+, Mg2+, K+, Na+... de los cambiadores.
• Complejo adsorbente. Según que esta saturado con cationes de reacción básica (Ca2+, Mg2+...) o de reacción ácida (H+ o Al3+). También dependiendo de la naturaleza del cambiador variará la facilidad de liberar los iones adsorbidos.
Ejemplos de pH en suelos de Galicia
4.35.0AC
4.54.9A
KClH2O
Granito de dos micas
5.66.1BC
5.26.3A
KClH2O
Serpentinitas
3.45.4E
3.35.1A
KClH2OArenisca
Efectos del pH (USDA)
Na intercambiable alto. Toxicidad Na, BMovilidad de P
Escasa actividad microbianaEscasa disponibilidad de micronutrientes
Fuertemente alcalino>10.0
Presencia de Na2CO3Alcalino9.1-10.0
Problemas de clorosis férrica. El pH suele deberse a MgCO3Ligeramente alcalino8.5-9.0
Disminuye la disponibilidad de P y B.Deficiencia de: Co, Cu, Fe, Mn, ZnEn suelos calizos: clorosis férrica
Básico7.9-8.4
Suelos con CaCO3Medianamente básico7.4-7.8
Mínimos efectos tóxicos. Si pH<7, los carbonatos no son establesNeutro6.6-7.3
Máxima disponibilidad de nutrientesLigeramente ácido6.1-6.5
Intervalo adecuado para la mayoría de los cultivosMedianamente ácido5.6-6.0
Exceso: Co, Cu, Fe, Mn, Zn Defecto: Ca, K, N, Mg, Mo, P, SSin carbonatos, escasa actividad bacteriana
Fuertemente ácido5.1-5.5
Posible toxicidad por Al y MnMuy fuertemente ácido4.5-5.0
Muy desfavorableExtremadamente ácido<4.5
EfectoEvaluaciónpH
Relación entresolubilidad de
nutrientes y pH en un medio orgánico
••El pH no El pH no debedebe excederexceder 5.5, con 5.5, con el el mejormejor rangorango entreentre 4.54.5--5.5.5.5.
••El El encaladoencalado debedebe ser ser realizadorealizadocon con cuidadocuidado..
••CaSOCaSO44 o CaNOo CaNO33 puedenpuedenproporcionarproporcionar Ca sin Ca sin aumentaraumentar el el pH.pH.
••La La presenciapresencia de Ca, Mg o Na en de Ca, Mg o Na en enmiendasenmiendas puedepuede aumentaraumentar el el pH.pH.
••FFóósforosforo, , BoroBoro y y ManganesoManganeso son son difdifíícilesciles de de movilizarmovilizar a pH a pH elevadoelevado..
Soil pHSoil pH
••El El mejormejor rangorango de pH se de pH se encuentraencuentra entreentre 5.55.5--6.56.5
Relación entresolubilidad de
nutrientes y pH en un mediomineral
Rangos óptimos de pH de varios cultivos
10098999377OatSource: Ohio Experiment Station. 1938.
99100897668Wheat93100807965Soybean85100837334Corn95100664731Timothy
1001004292Alfalfa100894920Sweet clover7.56.85.75.04.7
Relative yield at pH listedCrop
Yields of Crops grown in a CornYields of Crops grown in a Corn--Small GrainSmall Grain--Meadow Meadow Rotation at Different Soil pH Levels.Rotation at Different Soil pH Levels.
Problemas de los suelos ácidos
• Toxicidad por Alumino• Toxicidad por Manganeso• Deficiencia de Ca • Deficiencia de Fe inducida por
el Al• Deficiencia de Molibdeno• Deficiencia de Magnesio
ToxicidadToxicidad porpor aluminioaluminioAbsorción:
La absorción del Al3+ es pasivaRuta apoplásticaMembranas dañadas
Transporte: La mayor parte del Al3+ precipita con –OH- o P en lascélulas de la raíz o es adsorbido por la CIC de la raízUna pequeña cantidad es transportada a la parteaérea (<200 ppm)-excepto en plantas acumuladorascomo el té (>2000ppm)
Lateral root - healthy Lateral root – Al toxic
ToxicidadToxicidad porpor aluminoaluminoMecanismos:
•Al3+ interfiere con el metabolismo de P (ATP, DNA, replicación, fosforilación)•Restringe la expansión de la pared de lascélulas de la raíz•Se une a pectinas aumentando la rigidez
Tolerancia: •Algunas plantas evitan la absorción de Al3+
•Generan un pH elevado en la rizosfera•Tienen baja CIC en la raíz
•Al3+ se acumula solamente en las células de la raíz•Algunas plantas forman complejos Al3+-molécula orgánica (ácido cítrico)
El aluminio
El aluminio
El aluminio
Hidrólisis del aluminio
Total dissolved Al
Aluminum species in solution in relation to soil pH
Aluminum species in solution in relation to soil pH
A pH <5,5 hay una serie de formas de Al con cargas positivas no intercambiables, firmemente retenidas ocupando sedes de intercambio. A medida que aumenta el valor del pH, los policationes se hacen inestables y liberan sedes de intercambio, cuyo número aumentará en consecuencia. De ahí las diferencias entre los valores de CIC obtenidos a pH del suelo (CICe) y los obtenidos con una solución tamponada (acetato amónico).
El aluminio
Acidez activa y acidez potencial
• Acidez Activa: medida de la actividad de iones H+; el pH
• Acidez potencial: pH medido tras desplazar H y Al del complejo de cambio a la solución del suelo
Concepto general: suelo como ácido débil (cede H+ a la solución)
Acidez potencial
Componentes:
– Acidez de cambio
– Acidez no intercambiable
Figure 9.8
Fuentes de acidez en el sueloFuentes de acidez en el Fuentes de acidez en el suelosuelo
Acidez residual
Acidez residual
Acidez de cambio
Acidez de cambio
Acidez activa
Acidez activa
SaturaciSaturacióónn del del complejocomplejo de de cambiocambio
Saturación del complejo de cambio=
Saturación de “bases” + saturación de “ácidos” = 100%
La acidez de cambio viene determinada por Al y H en posiciones de cambio
100 X100 XCa, Mg, K, Na Ca, Mg, K, Na cambiablescambiables
CICCIC
76543
H+ , Al3+ and Al(OH)xy+
Exchangeable Ca2+
Exchangeable MgExchangeable K + Na++
Exchangeable H+
2+Effective Cation Exchange
8
Perc
ent o
f max
imum
cat
ion
hold
ing
capa
city 100
50
75
25
0
Soil pH
Capacity
Cargadependiente
del pH
Exchangeable Al3+
Cation saturation as influenced by soil pH
From Brady and Weil, 2002
CationesCationes de de cambiocambio áácidoscidos
CationesCationes de de cambiocambio nono--áácidoscidos
85% 85% ��basesbases��
100% 100% ��basesbases��
Zero ex.Zero ex.acidacid
100% 100% ��basesbases��
Zero ex. Zero ex. acidacid
CargaPermanente
Cation saturation of actual CEC at various soil pH levels
From Brady and Weil, 2002
76543
BoundBound H , Al and Al(OH)+ 3+ y+x
2+
Exchangeable MgExchangeable K + Na++
2+Effective Cation Exchange
8
Perc
ent o
f max
imum
cat
ion
hold
ing
capa
city 100
50
75
25
0
Soil pH
Capacity
Perm
anen
t cha
rge
pH-d
epen
dent
cha
rge
Exchangeable Al
Exchangeable Ca
Exchangeable H+
3+
Curvas de neutralización
Describen el comportamiento del pH de un suelo al ir añadiendo un ácido o una base
Los cambios en el pH de un suelo no son lineares, y varían muy lentamente al añadirle un ácido o una
base: el suelo es un medio tamponado
Tiene gran importancia por:
•El suelo es el soporte para el desarrollo de plantas y microorganismos
•Proporciona la capacidad de un suelo de admitir residuos
Principales tamponadores del pH del suelo
Control del pH de un suelo
Causas de la acidificación de un sueloMaterial de partida
–Oxidación de pirita:(suelos tiomórficos)Mineralogía del suelo (presencia de óxidos de Al, Fe)Contaminación, fertilización
–Procesos de nitrificación–Lluvias ácidas
Precipitaciones–Lavado de bases > reposición de fase sólida , suelo se acidifica –Formación de ácidos inorgánicos- Transporte de sales básicas por aguas de drenaje
Procesos de hidrólisisActividad biológica
-Producción de ácidos por actividad biológica y excreciones radiculares - Respiración radicular- Descomposición y tipo de la materia orgánica (roble<eucalipto<pino)
2NO2NO33--CaCa2+2+ SOSO44
22--CaCa2+2+
CaCa2+2+
CaCa2+2+
CaCa2+2+
(NH(NH44))22SOSO44 SOSO4422-- HH22SOSO44
HH22OO HH22OO2NH2NH44
++ ++
CaCa2+2+CaCa2+2+ clayclay
CaCa2+2+ CaCa2+2+
CaCa2+2+
CaCa2+2+CaCa2+2+
2NO2NO33--
2H2H22OO
4H4H++
Nitrific
ation w
/4O 2
Soil Acidification and Ca Loss Due to N AdditionsSoil Acidification and Ca Loss Due to N Additions
Corrección de pH: necesidades de cal de un suelo
El objetivo del encalado es cambiar el pH de un suelo para llevarlo al rango en el que los elementos tóxicos son insolubles y los nutrientes son solubles
Necesidades de cal=moles de Ca2+ por kg de suelo necesarios para disminuir la acidez de un suelo al valor que consideremos oportuno
Métodos para determinar necesidades de cal
1. Valoración del suelo con Ca(OH)2
2. Agitar el suelo con una solución tampón (e.g. SMP) y medir el cambio en el pH de la solución
3. Calcular mediante información de CIC y acidez de cambio
4. Calcular mediante la determinación de la curva de neutralización del suelo
5. Determinar el Al de cambio y calcular la cantidad de enmienda necesaria para cambiar el Al por Ca
• Nota: la cantidad de enmienda calculada por estos métodosgeneralmente debe multiplicarse por 1.5 o 2 para tener en cuenta que la reacción de la enmienda puede ser lenta y/oincompleta
Reacciones de materiales de encalado
1. Cal viva:
CaO + H2O ! Ca(OH)2
Ca(OH)2 + 2H+ ! Ca2+ + 2H2O
2. Caliza:
CaCO3 + H2O ! Ca2+ + H2O + COCO22↑↑
Non-Acid Cation Saturation vs. pH
5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5Soil pH (in water)
30
40
50
60
70
80
90
100
Non
-Aci
d C
atio
ns, %
of M
ax. C
EC
for 16 Ap Horizons in the Appalachian Region of Md
Y = 25 X -90R = 0.90
2
CEC = Sum of Non-Acid Cations + Acidity Titrated to pH 8.2
For soils of similar mineralogy, pH can be used to predict amounts of acid cation to be displaced and lime needed
Data from J. Foss, U of Md.
If CEC = 10 , then 2.2 If CEC = 10 , then 2.2 cmolcmol(+) of Ca needed to (+) of Ca needed to
raise pH of 1 kg soil from raise pH of 1 kg soil from 5.5 to 6.55.5 to 6.5
Figure 9.24
Approximate amounts of limestone needed to raise Approximate amounts of limestone needed to raise pH of various soils.pH of various soils.
Materiales empleados para el encalado
Acidificación del suelo
• Si el pH es muy elevado.
• Principales materiales
– Azufre (elemental)
– Hierro (sulfato ferroso, sulfuro de hierro-pirita)
– Aluminio (sulfato de aluminio).
• S0 se oxida en agua para formar H2SO4
– ~ 1,000 kg/ha de S baja el pH del suelo en 1.0
• Fe2+ o Al3+ en FeSO4 o Al2(SO4)3 hidroliza agua para formarFeII(OH)2 + 2H2H+ + oo Al(OH)3 + 3H3H++
• También: FeII se oxida a FeIII…
4Fe2+ + 6H2O + O2 4FeIII(OH)2+ + 4H4H++!
From Hargrove and Thomas, 1981
Mineral soil alone
Mineral soil alone
Soil +
peat
Soil +
peat
Exc
hang
eabl
e A
l (cm
ol(+
)/kg
)
Soil pH
La MO del suelo puede complejar Al
Pro
file
dep
th (
cm)
0
25
50
75
100
pH
4 5 6 7
Soil pHH2OP
rofi
le d
epth
(cm
)
0
25
50
75
100Exch. Al
1.00.50 2.52.01.5
Exch. Al (cmol(=)/kg
CaCO3 applied to surface
CaSO4 applied to surfaceUntreated control soil
From Pavan et al. 1984. SSSJ 48.
-OH--OH-
-OH-
-OH-
--OHOH--
--OHOH--
--OHOH--
-OH-
-OH-
AlAl3+3+
11½½ CaCa2+2+
11½½ SOSO4422--
--OHOH-- --OHOH--
--OHOH--
SOSO4422--
-OH--OH--OH-
-OH-
-OH-
-OH-
-OH-
CaCa2+2+
Possible Mechanism For Deep “Liming”
With Gypsum.
Possible Mechanism Possible Mechanism For Deep For Deep ““LimingLiming””
With Gypsum.With Gypsum.
Al(OH)Al(OH)33
3 3 OHOH--AlAl3+3++
Goedert, W.J., E. Lobato, and S. Lourenco.1997. Nutrient use efficiency in Brazilian acid soils: Nutrient management and plant efficiency. In: Plant-Soil Interactions at Low pH. Moniz, A.C. et al. (eds.). Brazilian Soil Science Society. pp. 97-104.
