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Los elementos químicos y la agronomía.

1Química II (10104)-UNLu-2014

Definiciones de suelo


Para un agricultor


• “Sistema disperso constituido por tres fases: sólida, líquida y gaseosa…

Estudiar el suelo para conocer sus diversas propiedades.

• …que constituye el soporte mecánico, y en parte, el sustento de las plantas.”

Estudiar para determinar variación en su productividad y hallar los medios para su conservación y mejora.

Desde un punto de vista químico y agrícola…


¿Cómo se origina el suelo?

METEORIZACIÓN

Conjunto de procesos que actúan sobre las rocas superficiales desintegrándolas y alterándolas por acción de diversos agentes de naturaleza física, química y biológica.


Meteorización Física• Aparición de tensiones en el interior de la roca, originando

roturas en sus líneas débiles sin cambios apreciables en la mineralogía de sus componentes.

• Son provocadas por distintos agentes entre los que se destacan: cambios de temperatura, alternancia entre humedad y sequedad, congelación por el hielo, cristalización de sales por hidratación y efecto mecánico de animales y plantas.

• Al disminuir el tamaño de partícula aumenta el área superficial de contacto.

Química II (10104)-UNLu-2014 7

Meteorización Química

• Transformaciones que afectan a la composición química y mineralógica de la roca, dando lugar a mezclas de minerales de composición variable y compleja.

• Estos cambios de composición están acompañados por una continua desintegración física y son importantes para la fertilidad del suelo porque posibilitan la liberación de elementos inmovilizados en las redes cristalinas del mineral.


Origen y formación del suelo.

Congelaciones (hielo)

Relieve (elevación/pendiente)

Alternancia precipitaciones

(humedad/sequedad)

Cambios temperatura (frío/calor)

Desintegración (Tiempo)

Alteración (Tiempo)

Agentes químicos (H2O, CO2, O2)

Efecto mecánico (Animales/plantas)

Agentes físicos (continuación)

Agentes biológicos (flora/fauna)

Traslado y erosión (agua, viento, gravedad)


Reacciones químicas presentes en la meteorización (I)


Disolución: Es importante en el caso de minerales o rocas solubles y depende del pH, la temperatura y de la cantidad de agua presente. Hidrólisis: Es la reacción entre cierto mineral y el agua, para dar un ácido y una base. Afecta a un gran número de silicatos alumínicos, dada su abundancia en la corteza terrestre.

Hidratación: Tienen que ver con la incorporación de moléculas de agua en la estructura cristalina del mineral, originando uno distinto.

Reacciones químicas presentes en la meteorización (II)


Carbonatación: Se trata de la reacción entre iones CO3= y HCO3- con el mineral. Estos iones se originan por la disolución del CO2 producto de la actividad de las raices y los microorganismos. Depende de la temperatura, del pH y la concentración de CO2.

Oxido-reducción: se produce sobre elementos que tienen distintos estados de oxidación: Fe – Mn. Ellos se encuentran en las rocas en forma reducida y se oxidan en contacto con el aire o por acción de bacterias.

Intercambio iónico: se producen entre la superficie de las raíces de la planta y cationes adosados en la superficie del mineral. Su continuo contacto puede provocar en este una progresiva alteración de su estructura.

Formación de complejos: se origina entre determinados compuestos orgánicos que actúan como ligandos, y cationes presentes en disolución o adsorbidos en la superficie del mineral.

El Suelo como sistema dispersoSUELO

FASE SOLIDAMateria Mineral

Materia OrgánicaFASE LIQUIDA

H2O y sales disueltas

FASE GASEOSAAire


Clasificación de las fracciones del suelo:según tamaño de partícula


Diámetro de partículas minerales en mm

Diámetro (mm) 0,002 2,0

Arcilla Limo Arena Grava

0,05

Partículas de arcillaSuelo arcilloso

Partículas de arenaSuelo arenoso


Martina

distinguir lo similar o no al original

Minerales que componen la fracción inorgánica de la fase sólida del suelo.

Fracciones no coloidales Fracciones coloidales•Gravas y piedras: Roca madre. Poca influencia sobre las propiedades del suelo. En exceso perjudiciales.

•Arenas: Cuarzo, feldespatos y micas. Poca acción sobre características del suelo, buen drenaje y aireación. Grandes cambios de temperatura.

•Limos: Cuarzo predominante, Feldespatos, micas y óxidos e hidróxidos de hierro. Propiedades adsorbentes por arcillas adheridas. Impermeabilidad.

•Arcillas: obtenidas luego de la meteorización física y química. Material complejo. Mayormente silicatos de aluminio hidratados, óxidos de Fe y Al, cuarzo fino y caliza.

Los silicatos de aluminio hidratados responden a la fórmula general: nSiO2.Al2O3.mH2O. Según la relación SiO2/Al2O3 (2 a 5) es el tipo de arcilla.

Características coloidales: carga negativa y tamaño pequeño (menor a 0,001 mm, 1 micra) 15Química II (10104)-UNLu-2014

Materia orgánica

•A pesar de ser una pequeña porción de la fase sólida del suelo (3-5%), desempeña un papel muy importante.

•Comprende todas las sustancias de origen animal o vegetal que se acumulan o aplican a los suelos, independientemente de la fase de descomposición.

•La M.O. incluye no solo la fracción del suelo sumamente descompuesta, oscura y coloidal conocida como humus, sino también a otros materiales, como raíces y parte aérea de las plantas, microorganismos, gusanos, insectos y otros animales que se depositan en el suelo y ayudan a mejorar la fertilidad.

•Mejora las propiedades físicas y químicas del suelo y el desarrollo de los cultivos.


Humus

• Residuos vegetales y animales sumamente descompuestos que representa el 85-90% de la M.O.

• Macromoléculas de color oscuro marrón –amarillento. • Son las sustancias coloidales que constituyen los

productos más resistentes a la degradación. • Varios grupos funcionales: mayormente –COOH, –OH,

pero también –NH2 y –SH• Carga neta negativa: debido mayormente a los grupos

carboxílicos disociados(-COO-)• Las sustancias húmicas disueltas poseen un peso

molecular aproximado de 1000 g/mol


Restos vegetales y animales• Tejidos originales y parcialmente descompuestos• Restos de vegetales (raíces y partes aéreas de las plantas)• Restos de animales (microorganismos, gusanos, insectos y

otros animales que se depositan en el suelo)• Están sometidos a continuo ataque por los microorganismos

vivos que los utilizan como fuente de energía y material de recuperación para compensar su propio desgaste.


Fase líquida del suelo

• Está constituida por la solución acuosa que queda retenida dentro de los poros con distinta intensidad, según la cantidad presente y el tamaño de los poros.

• Es de gran importancia en la formación, erosión y estabilidad estructural del suelo y además en los efectos directos que ejerce sobre las plantas y organismos que en el habitan.


El agua en el suelo• Es el vehículo mediante el cual se transportan los

elementos químicos esenciales que el suelo contiene, desde las raíces a las hojas, y los componentes elaborados por éstas a los restantes órganos donde son utilizados.

• Proporciona a los tejidos vegetales la consistencia necesaria para su mantenimiento en el suelo.

• Regula la temperatura de la planta evitando con ello, cambios bruscos que puedan dañar su crecimiento.

• Para las plantas el agua cumple 3 acciones básicas: • es el mayor componente del protoplasma (85-95%), • es esencial para la fotosíntesis, • le confiere la turgencia necesaria para una eficaz

recepción de la luz solar


Estados del agua en el suelo (I).• Cuando el agua entra al suelo, ya sea por riego o lluvia,

el aire es desplazado y los poros, quedan rellenos de agua. El suelo se satura de agua y entonces se dice que ha llegado a su “máxima capacidad de retención”.

• Una parte de ella es atraída por la gravedad y desciende a las zonas más bajas del suelo. Se llama “agua libre o gravitacional”.

• Una vez que cesa el aporte hídrico, el agua se desprende de los grandes macro poros y desciende a la zona más baja por acción de su propio peso.

• Finalizado ese drenaje se dice que el suelo está en “situación de capacidad de campo”


• A medida que el suelo se va secando disminuye la cantidad de agua debido a la absorción por la planta o por evaporación directa, la planta presenta signos de marchitez y se establece la situación de “coeficiente de marchitez” o “humedad crítica”.

• Si el agua continúa disminuyendo, se observa un marcado aumento en la retención por los sólidos del suelo. Se alcanza el denominado “coeficiente higroscópico”, que corresponde al agua que permanece en un suelo secado al aire.

• Finalmente si la película acuosa disminuye su espesor, su retención alcanza el máximo. Eliminar el agua residual implica utilizar la estufa y el horno.

• Otras formas de agua que se encuentran en el suelo: “el agua de constitución”, que es la que forma parte de los minerales arcillosos y el “vapor de agua del aire del suelo”.

Estados del agua en el suelo (II)


Fuerzas de retención del agua en suelos no saturados.A partir del momento que se alcanza la fase de capacidad de

campo, el agua contenida en los poros queda sometida a fuerzas que tienden a retenerla.

• fuerza de adherencia : atracción de las superficies sólidas hacia las moléculas de agua

Dado que son fuerzas de atracción superficial, cuanto más superficie tenga el suelo, mayor será la cantidad adsorbida. Los suelos con altos contenidos en arcillas y humus serán más húmedos que aquellos que tiene altos porcentajes de arena.

• fuerza de cohesión: atracción de las moléculas de agua entre sí Ambas fuerzas que actúan conjuntamente, hacen posible que los

sólidos del suelo retengan agua y controlen su movimiento y utilización.


Movimiento del agua en el suelo (I)• La lluvia y otras formas de precipitación, junto con

los riegos constituyen el aporte de agua a los suelos, siendo la lluvia la más importante.

• Cuando la lluvia llega a la superficie del suelo tiende a repartirse en tres fracciones: una se evapora sin llegar a penetrar en el suelo, la otra circula por la superficie (desagüe o escorrentía) o se mantiene en ella un determinado tiempo y la tercera se filtra.

• El desagüe o escorrentía del agua por desplazamiento superficial se produce por la inclinación del terreno o por su impermeabilidad. Además de la pérdida de agua se produce la de los nutrientes que son arrastrados.


Movimiento del agua en el suelo (II)

• El agua infiltrada condiciona el contenido final de humedad que mantiene el suelo. A medida que va penetrando desplaza al aire de los poros y luego sigue hacia el subsuelo ayudada por las fuerzas de gravedad y capilaridad, generando un proceso que se denomina percolación.

• Esta produce, en mayor o menor medida, pérdida de nutrientes para las plantas. Esta acción se conoce como lixiviación y suele ser muy intensa en zonas húmedas, donde los óxidos de Ca y Mg son arrastrados en gran proporción. Esta pérdida lleva a un aumento de la acidez de los suelos.

• Después de una lluvia o riego, el movimiento descendente del agua continúa hasta que el suelo alcanza su capacidad de campo (suelo no saturado). Allí coexisten poros llenos de agua y otros llenos de aire.


Utilización del agua del suelo por las plantas. Factores influyentes.

• Contenido de agua en el suelo.• Naturaleza de las plantas• Factores climáticos (temperatura y humedad ambiente),• Textura del suelo• Estructura del suelo• Espesor del suelo y su estratificación• Cantidad de materia orgánica El potencial capilar es la principal fuerza que deben vencer las

plantas para obtener agua del suelo, el que depende fuertemente de las características y composición del suelo.


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