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Los Análisis Físicos y Químicos de Suelos

en la Cartografía Edafológica de INEGI

Biól. Amós Antonio Pérez Hernández

Subdirector de Análisis de Materiales

Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática

Amos.perez@inegi.gob.mx

A partir de 1968, año en que se inicia formalmente los trabajos de inventario de

recursos naturales, a nivel nacional, mediante la producción cartográfica por parte de

la Comisión de Estudios del territorio nacional y Planeación (CETENAP), el

Departamento a partir de 1970 viene realizado sistemáticamente los análisis físicos y

químicos de muestras de suelo, empleando las técnicas establecidas mundialmente

por: FAO/UNESCO/1968, FAO/UNESCO/ISRIC/1988, FAO/ISRIC/UISS/1988 y

WRB/2000, y desde 1978 realiza los análisis de muestras de agua empleando

técnicas normativas de la FAO, todo conducente al inventario nacional del recurso

suelo a escalas: 1 50 000, 1: 250 000, 1: 100 000, y agua a 1: 250 000 y 1 000 000.

Las técnicas establecidas por las diferentes organizaciones a través de tres décadas

y medio en promedio, han sido implementadas y/o adecuadas en el Laboratorio del

Departamento de acuerdo a la infraestructura existente.

Como primer referencia bibliográfica importante de este Laboratorio, se usó el

Boletín de Suelos de la FAO No. 10: Métodos Físicos y Químicos de Análisis de

Suelos y de Aguas (1970). En el año 2000, se publica la Norma Oficial Mexicana de

Recursos Naturales No. 021, que establece las especificaciones de fertilidad,

salinidad y clasificación de suelos, estudio, muestreo y análisis, en la cual participó

activamente el personal del Laboratorio, principalmente en el apartado de Análisis

para Clasificación de Suelos. Recientemente y, considerando las actualizaciones

metodológicas del Departamento de Edafología, se está revisando la publicación

“Procedures for soil análisis. Technical Paper of ISRIC, 6th. Ed.

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Departamento de Análisis de Suelos y Agua

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Para llevar a cabo el análisis de las muestras de suelo, se llevan a cabo los

siguientes pasos:

Muestreo de Campo

Laboratorio de Análisis de Suelo y Agua

Registro

Preparación de Muestras

Análisis Físicos y Químicos

Correlación de Resultados

Reportes

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Registro : Consiste en ordenar y controlar las muestras de suelo, que llegan al

laboratorio, así como organizar la información recopilada en campo y entregada por

los responsables del muestreo. Se revisará que cada muestra porte la etiqueta con

los datos requeridos para su identificación y se asignará un número interno que las

identificará en el proceso de análisis y reporte de resultados.

Preparación : Durante este proceso las muestras se secan, se destruyen los

agregados hasta que la fracción sea menor a 2mm, envasan, etiquetan y se

almacenan en espera de ser analizadas.

ANÁLISIS Es la etapa más importante que se lleva a cabo en el laboratorio por personal

profesional y técnico especializado; ya que de los resultados de ésta depende la

correlación o corrección de las hipótesis planteadas por los especialistas edafólogos

en etapas previas del trabajo cartográfico.

El suelo tiene cuatro componentes importantes: minerales, materia orgánica, aire y

agua. La fase sólida (mineral y orgánica) ocupa generalmente hasta el 50% de su

volumen total, el resto lo ocupan las fases líquida y gaseosa.

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Los suelos, por el hecho de ser cuerpos dinámicos varían mucho en su composición

química. Esta variación se debe a distintos factores que intervienen en su formación

entre los cuales se encuentran: roca madre, clima, vegetación, topografía y tiempo.

Los análisis físicos y químicos que realiza el Laboratorio de Análisis de Materiales

del INEGI, a las muestras de suelo con fines de clasificación, son los establecidos

por Procedure for Soil Analysis, FAO/ISRIC, 6th Edition 1995, modificados por

INEGI.

Análisis Físicos Textura: La textura del suelo está determinada por las cantidades relativas de arena

(0.05 a 2 mm), limo (0.002 a 0.05 mm) y arcilla (menor de 0.002 mm). Se realizará el

análisis de tamaño de partículas utilizando la técnica del hidrómetro de Bouyoucos y

en casos especiales la de la pipeta, para determinar el porcentaje de arcilla, limo y

arena. Este método se basa en medir la densidad de la suspensión del suelo, la cual

está en función de la velocidad de sedimentación de cada una de las partículas; a

partir de los valores obtenidos se determinará la Clasificación Textural, ésto permite

ubicar al suelo, en estudio dentro de la clase textural correspondiente.

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Color : Está referido a la composición cromática de la luz que llega al ojo humano, el

color nos muestra evidencias o sucesos que se han producido en el suelo. Se

determinará el Color en Seco y Húmedo por medio de la Tabla Munsell. Se basa en

comparar el color observado en el suelo tanto en seco como en húmedo, con

respecto al color registrado en las Tablas de color de suelo Munsell. El color en el

suelo sirve como indicador para denominar horizontes y es determinante para la

clasificación. El color se determina mediante tres variables medibles: matiz, valor y

tono cromático. El matiz es el color espectral dominante y esta relacionado con la

longitud de onda de la luz; el valor es una medida del grado de obscuridad o

claridad del color y esta relacionado con la cantidad total de luz reflejada; el tono

cromático es una medida de la pureza o fuerza del color espectral.

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Conductividad Eléctrica (CE): La conductividad de un suelo (grado de salinidad) es

la conductividad específica a 25° C de un extracto acuoso obtenido de un mezcla de

suelo y agua de una relación definida. La medida de la Conductividad Eléctrica de

los extractos obtenidos de un suelo permite establecer una estimación

aproximadamente cuantitativa de la cantidad de sales que contiene. La relación

suelo-agua tiene influencia sobre la cantidad y composición de las sales extraidas,

siendo necesario especificar la relación. Se lleva a cabo en una relación 1:5 suelo-

agua, utilizando la técnica conductimétrica. Esta técnica se basa en medir la

capacidad de la solución del suelo para transportar una corriente electrica; el

resultado expresa la concentración total de sales presentes en el suelo con fines de

clasificación.

pH: El pH es una de las mediciones más comunes e importantes en los análisis

físico de suelo, ya que controla las reacciones químicas y biológicas en él. La

determinación del pH es afectada por varios factores tales como: el tipo y cantidad

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de constituyentes orgánicos e inorgánicos que contribuyen a la acidez del suelo, la

concentración de sales, la relación suelo solución, la presión parcial del bióxido de

carbono, etc. Se mide en una pasta con una relación 1:2.5 suelo-agua, utilizando la

técnica potenciométrica. Con ella se determina la actividad del ión hidrógeno

mediante el uso de un electrodo cuya membrana es sensible al mismo.

ANÁLISIS QUÍMICOS

Se deberán preparar reactivos y soluciones estándar que se utilizarán en cada

proceso analítico así como curvas de calibración cuando la técnica lo requiera. Se

calibrarán los equipos a utilizar durante la realización de los análisis, con el fin de

lograr la exactitud y precisión requeridas.

Materia Orgánica . La materia orgánica tiene como principal componente al carbono,

al cual acompañan numerosos elementos en proporción inferior. Es el carbono

orgánico el que se determina para posteriormente calcular la materia orgánica. Se

aplica la técnica volumétrica del método de Walkley y Black. Esta técnica se basa en

una combustión húmeda de la materia orgánica con una mezcla de dicromato de

potasio y ácido sulfúrico; valor que indica el grado de acumulación de materia

orgánica en un horizonte y se utiliza para diferenciar los suelos orgánicos de los

minerales, a partir de 1998 se reporta como Carbono Orgánico.

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Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC): El fenómeno de superficie llamado

CIC, confiere al suelo la característica de acumular nutrientes. La determinación de

las bases (K, Ca, Mg, Na) se fundamenta en el equilibrio que se establece entre una

solución extractora de Acetato de Amonio y la muestra del suelo donde se efectúa

éste intercambio. Se lleva a cabo por el método del acetato de amonio pH7 1N

(normal), destilación Kjeldahl y volumetría. Este método consiste en saturar el suelo

con un catión índice (amonio), el catión índice reemplaza a los cationes adsorbidos

(sodio, potasio, calcio y magnesio), el exceso de amonio se elimina con un solvente

orgánico, posteriormente se reemplaza el amonio adsorbido con una solución de

sodio o potasio, y finalmente se cuantifica. A partir de dicho valor se puede inferir la

cantidad de nutrientes.

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Cationes Intercambiables sodio, potasio calcio y ma gnesio : La capacidad total

de intercambio en sí misma, no posee una gran significación desde el punto de vista

de la fertilidad del suelo. Es necesario conocer la cantidad de cada uno de los

cationes presentes, además de la de hidrogeno que participa en el complejo coloidal.

El calcio, magnesio, sodio y potasio se determinan por la técnica de

espectrofotometría de absorción atómica. Para la determinación de calcio y

magnesio se introduce lantano al 0.5% para prevenir la formación de compuestos

refractarios de calcio y magnesio en la flama. Para la determinación de sodio y

potasio se introduce cesio al 0.1% para evitar interferencia por ionización. Los

valores obtenidos se emplearán para calcular el por ciento de saturación de bases

(PSB) y por ciento de saturación de sodio (PSI).

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% Saturación de Bases (PSB) : Se obtiene a partir de los valores obtenidos de

cationes intercambiables y CIC, este es un criterio de diagnóstico importante para

diferenciar horizontes.

Fósforo Soluble : Se mide la fracción del fósforo del suelo que esta correlacionado

con la absorción de la planta, se practica en los primeros 20 cm de profundidad.

Para está determinación existen dos técnicas, dependiendo del pH del suelo. a)

Fósforo aprovechable Olsen , para suelos con un ph mayor de 7. En este método

se extrae parte del fósforo intercambiable absorbido en las superficies de los suelos,

parte de los fosfatos de calcio y otros, y se ha obtenido una buena correlación con

las respuestas sobre el terreno. El suelo se extrae con bicarbonato de sodio 0.5 M y

los fosfatos extraídos se determinan colorimetricamente. La muestra es extractada

con una solución de bicarbonato de sodio a ph 8.5. Los fosfatos en el extracto son

determinados colorimétricamente con el método azul de molibdato de amonio y

acido ascórbico como agente reductor. El ph elevado de la solución extractora hace

que el método sea apropiado para suelos calcáreos, alcalinos o neutros que

contienen fosfatos de Ca debido a que la concentración de Ca en la solución es

contrarrestada por la precipitación de CaCO3. Como resultado la concentración de

fosfatos en la solución se puede incrementar. b) Fósforo soluble en ácido

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fluorhídrico diluido : Cuando el pH es menor de 7, las formas de fósforo ácido-

soluble, se extraen con una solución combinada de ácido clorhídrico y fluoruro de

amonio. El fosfato en el extracto se determina colorimétricamente por el método del

azul de molibdato de amonio con ácido ascórbico como agente reductor. El pH de la

solución extractora nos indica que el método es recomendable para suelos ácidos o

neutros.

Análisis Especiales

Se realizan determinaciones más específicas a solicitud del especialista responsable

del muestreo de suelos.

Carbonatos .- Se cuantificarán mediante el método de titulación rápida de Piper,

también llamado método de neutralización ácida. Las muestras se tratan con ácido

diluido y el ácido restante (el cual no reaccionó con los carbonatos presentes en el

suelo) se titula con una solución de hidróxido de sodio. Los resultados se reportan

como carbonato de calcio equivalente, debido a que la disolución no es selectiva

para la calcita, sino que también otros carbonatos se pueden disolver de la misma

manera, tal como la dolomita.

Sulfato de calcio o yeso .- Se cuantificará utilizando una técnica gravimétrica.

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El yeso se disulve mediante agitación de la muestra con agua, y posteriormente se

precipita como sulfato de bario; a partir de este valor se pueden diferenciar los

horizontes gypsicos.

Sales solubles .- Cuando se dice “sales solubles” en los suelos, significa que son

sales con una alta solubilidad, mayor que la del yeso. Las sales solubles se

determinan midiendo los cationes y aniones en los extractos de agua. Otra manera

de obtener este valor es por medio de la evaporación del agua y cuantificando

únicamente las sales presentes en el extracto de saturación. El procedimiento

descrito son para aquellos extractos de la pasta de suelo saturada con agua y una

mezcla suelo: agua en relación 1:5. La salinidad del suelo es atribuida por la

conductividad eléctrica del extracto. El extracto 1:5 es fácil de obtener y ofrece un

gran extracto, más que el extracto de saturación. Sin embargo, el extracto de

saturación se considera que da una mejor representación de las condiciones

actuales con respecto al ambiente de la planta.

RESULTADOS Y REPORTES

Una vez terminada la fase de análisis, la información generada se captura, revisa y

valida; estos resultados los utilizarán los especialistas edafólogos, en el análisis de

cada uno de los horizontes, conjuntamente con otros parámetros que se anotan en

la descripción del perfil (estructura, consistencia, porosidad, adhesividad, etc.),

presentes en el mismo y así, clasificar el suelo.

Los datos obtenidos a partir de los análisis, se integrarán en los reportes elaborados

para tal efecto.

Los resultados se reportarán de la siguiente manera:

- Cationes intercambiables en meq/100g (miliequivalentes por 100 gramos de suelo)

actualmente en cmol/kg. (centimoles por kilogramo de suelo), por ser las unidades

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más comunes en análisis de suelos para expresar la concentración de los elementos

cuantificados y que son utilizados por los edafólogos para su clasificación

- Conductividad eléctrica en mmhos/cm (milimhos por centímetro) actualmente en

dSm-1 (decisiemens por metro)

- Capacidad de intercambio catiónico en meq/100g (miliequivalentes por 100g de

suelo) actualmente cmol/kg. (centimoles por kilogramo de suelo)

- Materia orgánica como por ciento (%) de carbono orgánico

- Fósforo como pentóxido de fósforo (P2O5), en ppm (partes por millón) actualmente

en mg/kg (miligramos por kilogramo de suelo)

- Carbonatos en por ciento de CaCO3 (%)

- Sulfato de calcio o yeso en por ciento (%)

- Sales Solubles en meq/L (miliequivalentes por litro de extracto) actualmente en

cmol/L (centimoles por litro de extracto)

- Análisis de tamaño de partícula en por ciento (%)

- Color de acuerdo a la Tabla Munsell

Se realizarán los cálculos siguientes:

- Por ciento de saturación de bases (PSB)

- Por ciento de saturación de sodio (PSI)

La información capturada se revisará cuidadosamente, antes de ser entregada a los

usuarios, con el fin de que no presente errores.

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PRODUCCIÓN ACTUAL

Cabe hacer mención que en el Departamento de Análisis de Suelo y Agua se llevan

a cabo los análisis de las muestras de Suelo y de Agua que dan soporte a la

Cartografía Edafológica e Hidrológica.

Como puede observarse en la gráfica siguiente: La producción desde 1998 a la

fecha a tenido altibajos siendo su punto más alto en el año de 2004, con 4125

muestras analizadas, sin embargo, debido a problemas de infraestructura ésta a

disminuido y en los dos años siguientes ha diso de 2907 en el 2005 y de 2726 en el

2006.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1998 1999 2000 2001 2002 2203 2204 2205 2206

Muestras Analizadas Anual

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Sin embargo, si revisamos la producción por tipo de muestra, se observa que la

producción de análisis de muestras de agua ha sido superior a la de análisis de

muestras de suelo. Esto se debe principalmente a que las muestras de agua tienen

caducidad de 3 meses, por lo que no se pueden quedar analizadas y, a que los

análisis prácticados a las muestras de suelo consumen más tiempo con las técnicas

que se tienen actualmente.

1998 1999 2000 2001 2002 2203 2204 2205 2206

SueloAgua

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Muestras Analizadas

Suelo

Agua

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METAS DEL INEGI

Con el propósito de concluir los análisis de muestras de suelo de la Serie II, se

pretende concluir el análisis de las 3340 muestras faltantes para el próximo año.

Para lo cual se están estableciendo mecanismos de colaboración para que de forma

conjunta el Laboratorio de Análisis de Suelo y Agua del INEGI, el Laboratorio de

Suelo de la Universidad Autónoma de Nayarit y el Departamento de Suelos de la

Universidad Autónoma Agraria “Antonio Narro” realicen dichos análisis.

En breve, se pretende hacer adecuaciones estratégicas en el Laboratorio, así como

la habilitación de dos campanas de extracción de gases tóxico, para que se

incremente la producción de análisis de muestras de suelo, de un 25 a 50%.

PROYECTOS A CORTO Y MEDIANO PLAZO

1) Fortalecer las políticas de colaboración institucional, para el desarrollo de

proyectos de carácter nacional, que involucren el análisis físico y químico de

muestras de suelo.

2) Remodelación integral de las instalaciones y automatización del Laboratorio

de Análisis de Suelo y Agua.

3) Desarrollar un sistema de apoyo a la validación de resultados de laboratorio,

mediante el uso de herramientas de Sistemas de Información Geográfica.

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Bibliografía

FAO (1984) Boletín de Suelos No. 10 Métodos Físicos y Químicos de Análisis de

Suelo y Agua.

FAO/ISRIC/SICS (1999) Base Referencial Mundial del Recurso Suelo.

Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática: (2000) Los análisis Físicos

y Químicos en la Cartografía Edafológica. Guía Normotivo-Metodológica.

Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (2006) Procedimientos de

Operación Estándar. Técnicas de Análisis de Muestras de Suelo.

SEMARNAP (1996).- Inventario Nacional de Suelos, proyecto ejecutivo.

SEMARNAT. (2001) Norma Oficial Mexicana NOM-021-RECNAT-2001 que

establece las especificaciones de Fertilidad, Salinidad y Clasificación de Suelos,

Estudio, Muestreo y Análisis.