PIMED-06 Acidez del suelo - antoniojordan.weebly.com · Acidez del suelo El valor de pH del suelo...
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Principios, Instrumentación y Metodologías en Ecología y Edafología Módulo de Edafología 1 er curso 2 o cuatrimestre Grado en Biología Universidad de Sevilla PIMED - 06 Acidez del suelo Factores que influyen en el pH del suelo. Relación del pH con las propiedades del suelo. Contenido del suelo en carbonatos y caliza activa Bloque 3: Variables químicas
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Principios, Instrumentación y Metodologías en Ecología y EdafologíaMódulo de Edafología1er curso2o cuatrimestre
Grado en BiologíaUniversidad de Sevilla
PIMED-06Acidez del sueloFactores que influyen en el pH del suelo. Relación del pH con las propiedades del suelo. Contenido del suelo en carbonatos y caliza activa
Bloque 3: Variables químicas
Concepto de pH El agua puede disociarse de la siguiente manera:
H2O 2 H+ + O2-
La velocidad con que transcurren la reacción de disociación(V1) y la reacción de asociación (V2) es la siguiente:
V1 = K1 × [H2O]V2 = K2 × [H+] × [OH-]
De modo que la constante de equilibrio se puede definirmediante la siguiente ecuación:
Keq = K1/K2 = [H+] × [OH-] / [H2O]
En condiciones estándar, la constante de equilibrio del aguaes 1.8 × 10-16 M (valor experimental)
Concepto de pH
Suponiendo que la concentración de agua, [H2O], se mantiene constante en todo momento, ya que la variación es despreciable, su valor será:
[H2O] = (1000 g/L) × (18 g/mol)-1 = 55.55 M
A partir de estas ecuaciones, puede determinarse el valor del producto iónico del agua (Kw):
Kw = [H+] × [OH-] = Keq × [H2O] = (1.8 × 10-16) × 55.55 M = 10-14
Aplicando logaritmos decimales a la ecuación:
log10 [H+] + log10 [OH-] = log10 (10-14) = -14
Concepto de pH
log10 [H+] + log10 [OH-] = log10 (10-14) = -14
Si definimos el pH como el negativo dellogaritmo decimal de la concentración deprotones y el pOH como el negativo dellogaritmo decimal de la concentración de OH-,tenemos lo siguiente:
pH = -log10 [H+] pOH = - log10 [OH-]
pH + pOH = 14
Concepto de pH
La suma de pH y pOH es constante, de modoque un incremento en uno de ellos vaacompañado de una disminución del otro.
De esta manera, se considera que pH = 7 es elpunto neutro, ya que en ese punto, pH = pOH:
[H+] = [OH-] = 10-7
Valores de pH por debajo de 7 corresponden acondiciones ácidas, mientras que por encima de7, se trata de condiciones básicas.
Acidez del suelo
El valor de pH del suelo proporciona información acerca de los efectos perjudiciales de la acidez, aunque no permite diagnosticar las causas.
La superficie de los coloides del suelo puede estar cargada negativamente debido a los átomos de oxígeno con electrones desapareados y a los grupos hidroxilos no compartidos, así como a las sustituciones isomórficas en los grupos tetraédricos u octaédricos de los cristales de arcilla.
Las cargas pueden estar relacionadas con la cantidad de protones de la siguiente manera:
R-OH R-O- + H+
Acidez del suelo
Este tipo de cargas se denomina pH-dependientes, ya que cuanto mayor es la concentración de protones en la solución del suelo, mayor es el número de cargas que pueden ser bloqueadas.
Las cargas que se originan por procesos de sustitución isomórfica en las arcillas se conocen como cargas permanentes, ya que no dependen del pH.
C=O
O–
C=O
O–
H+H+
C=O
OH
C=O
OH
Carga pH-dependiente
Acidez del suelo
Sin embargo, la idea de que los suelos ácidosson los que tienen su complejo de intercambiosaturado en protones ha ido cediendo frente ala de que los suelos ácidos no son simplementesuelos-H3O+ o suelos-H+, sino suelos-Al3+.
H3O+
H+
Al3+
Acidez del suelo
En medio ácido, la estructura cristalina delas arcillas saturadas por protonescolapsa, liberando Al3+, Mg2+, Fe3+, etc.
Los cationes de aluminio o magnesiopasan a la solución del suelo, mientrasque el hierro precipita como Fe2O3
(observándose un color rojo más o menosintenso).
Acidez del suelo
Los efectos de la acidez sobre las plantas están estrechamente ligados a la toxicidad del aluminio de la solución del suelo.
pH 6.5 pH 5.5 pH 5.2
Raíces de algodón
Algodón
Canuto del Montero. P. N. Los Alcornocales, Cádiz
Pico del Aljibe, P. N. Los Alcornocales, Cádiz
Acidez del suelo
El pH en agua no es un parámetro estable, ya que se ve afectado por la estación del año, el estado de desarrollo del cultivo, y diversos factores ecológicos.
Entre estos factores se encuentra el CO2de la atmósfera del suelo, resultado de la respiración de la biomasa edáfica, que puede ocasionar una cierta acidificación del suelo:
CO2 (g) + H2O HCO3- + H+
Acidez del suelo
El suelo puede clasificarse según el valor de su pH.
◦ La reacción del suelo hace referencia a su grado de acidez o basicidad, y generalmente se expresa por medio del pH.
◦ La reacción del suelo es un concepto que se usa frecuentemente en lugar de pH, indicando que el suelo es un sistema que depende de varios subsistemas que interaccionan entre sí, y no depende sólo del valor de la acidez.
ACIDEZ NEUTRALIDAD ALCALINIDAD
3 121110987654
Mu
y fu
erte
Mu
y fu
erte
Fuer
te
Mo
der
ada
Lige
ra
Larg
a
Mo
der
ada
Fuer
te
MATERIALES ACÍDICOS
SUELOS MINERALES DE REGIONES HÚMEDAS
SUELOS MINERALES DE REGIONES ÁRIDAS
SUELOS FUERTEMENTE
ALCALINOS
SUELOS APTOS PARA LA AGRICULTURA
MAYORÍA DE SUELOS MINERALES
Efecto del pH sobre las propiedades del suelo
pH Propiedadesfísicas
Propiedadesquímicas
Propiedadesbiológicas
Efecto del pH sobre las propiedades físicas del sueloEl pH afecta a las siguientes propiedades físicas:
Dispersión / floculación de los coloides
Estructura
Porosidad
Conductividad hidráulica
Régimen de humedad y temperatura
Efecto del pH sobre las propiedades físicas del suelo
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
pH
H+
H+
H+
H+
H+
pH
Ca2+
Ca2+
Ca2+
H+ H+
H+
H+
H+
Efecto del pH sobre las propiedades físicas del sueloLos suelos excesivamente ácidos suelen poseer una estructura poco desarrollada y una baja porosidad, lo que origina una serie de consecuencias importantes, entre otras:
Mala aireación
Dificultad del laboreo
Reducido desarrollo radicular en las plantas
Baja permeabilidad del suelo
Mayor erodibilidad del suelo
Efecto del pH sobre las propiedades físicas del sueloEstos efectos no se deben directamente a la fuerte presencia de protones o de aluminio en el suelo, sino a:
La falta de cationes Ca2+, causa de la floculación de las arcillas
La mala calidad de la materia orgánica humificada
Efecto del pH sobre las propiedades químicas del sueloEl pH afecta a las siguientes propiedades químicas:
Meteorización química
Movilidad de elementos tóxicos (como el Al, el Mn y metales pesados)
Disponibilidad de nutrientes (como el Ca, Mg, Mb o P)
Descomposición de la materia orgánica y mineralización del nitrógeno
Adsorción de aniones (como fosfatos, sulfatos, cloruros)
Hidromorfía
Alteración de los minerales de la arcilla
Catedral de Santa María (Burgos)
Catedral de San Miguel (New York)
Efecto del pH sobre las propiedades químicas del suelo El pH del suelo afecta a la nutrición
mineral de las plantas, ya que existe una fuerte relación entre la acidez y la solubilidad de los nutrientes.
Efecto del pH sobre las propiedades químicas del suelo
El pH del suelo afecta a la nutrición mineral de las plantas, ya que existe una fuerte relación entre la acidez y la solubilidad de los nutrientes.
Los fosfatos (PO43-), por ejemplo, son insolubles en
medios muy ácidos (en los que se encuentra como FePO4 o AlPO4) o muy básicos (Ca3(PO4)2).
ACIDEZ NEUTRALIDAD ALCALINIDAD
FePO4
AlPO4 Ca3(PO4)2
PO43-
PO4H22-
PO4H3-
Efecto del pH sobre las propiedades químicas del suelo
Los suelos muy ácidos pueden sufrir un empobrecimiento en nutrientes, debido a la saturación del complejo de cambio por H+ o Al3+, lo que provoca la expulsión de otros cationes a la solución del suelo. Estos cationes resultarán más accesibles para las plantas, pero también pueden perderse por lavado.
H
H
H
H H
H H
pH pH
Efecto del pH sobre las propiedades químicas del suelo
pH9
B
Cu Zn
Fe Al Mn
pH4 pH5 pH6 pH7 pH8
N K S
P
Ca Mg
A partir de varios autores
Efecto del pH sobre las propiedades químicas del suelo
A partir de Jordán (2000)
Efecto del pH sobre las propiedades químicas del suelo
A partir de Jordán (2000)
Efecto del pH sobre las propiedades químicas del suelo
A partir de Jordán (2000)
Efecto del pH sobre las propiedades biológicas del sueloEl pH afecta a las siguientes propiedades biológicas:
Relaciones bacterias / hongos.
Población bacteriana.
Humificación.
Fijación de nitrógeno.
Movilidad y absorción de nutrientes.
Efecto del pH sobre las propiedades biológicas del suelo En los suelos ácidos se observa una ralentización de
la actividad biológica.◦ La acidez del suelo afecta negativamente a la
distribución de la fauna edáfica (como laslombrices) o la biomasa bacteriana.
◦ Los procesos microbianos como la nitrificación(NH4
+ NO3
-) o la fijación de nitrógenoatmosférico son inapreciables por debajo de pH4.5, y muestran una velocidad óptima a pH 6-6.5.
Sin embargo, en suelos neutros o ligeramentebásicos, el número de microorganismos es superior,siendo más activos cuando aumenta la caliza activadel suelo. La mineralización se lleva a cabocorrectamente.
Efecto del pH sobre las propiedades biológicas del suelo
Ferrufino et al. (2000).
Efecto del pH sobre las propiedades biológicas del suelo
Fuente: Department of Agriculture and Food (Government of Western Australia)
Efecto del pH sobre las propiedades biológicas del suelo
Yano y Takaki, 2005
Raíces de patata (30 días).(A) Sin micorrizas, pH 4.2; (B) con micorrizas, pH 4.2;(C) sin micorrizas, pH 5.2; (D) con micorrizas, pH 5.2.
Efecto del pH sobre las propiedades biológicas del suelo
Voigt et al. 1998
Efecto del pH sobre las propiedades biológicas del suelo
Deal et al., 2012. DOI: 10.1016/j.biombioe.2011.12.017
Efecto del pH sobre la actividad biológica del suelo Si el pH del suelo es demasiado elevado, de
nuevo los procesos microbianos se venafectados.
◦ La nitrificación es prácticamente inexistente apH 9.
Los efectos del pH sobre la actividad microbianadel suelo y sobre la solubilidad de los nutrienteso los elementos fitotóxicos tiene grandesconsecuencias sobre el crecimiento vegetal, porlo cual se puede delimitar un pH óptimo paracada especie cultivada o natural.
Efecto del pH sobre la actividad biológica del suelo
pH Tipo de suelo Vocación o aptitud
3.0 – 4.5 Extremadamente ácido Pantanos, matorral o bosques acidófilos
4.5 – 5.0 Muy fuertemente ácido Matorral o prados
5.0 – 5.5 Muy ácido Prados, cultivos de especies acidófilas (centeno)
5.5 – 6.0 Ácido Prados y algunos cultivos (maíz)
6.0 – 6.8 Ligeramente ácido Todos los cultivos excepto las leguminosas calcícolas
6.8 – 7.3 Neutro Todos los cultivos
7.3 – 8.5 Alcalino Todos los cultivos excepto las especies calcífugas
> 8.5 Muy alcalino Dificultad o fracaso de los cultivos europeos corrientes
Efecto del pH sobre la actividad biológica del suelo
Bosque pantanoso (suelo encharcado y muy ácido)
Efecto del pH sobre la actividad biológica del suelo
Bosque acidófilo (alcornocal)
Efecto del pH sobre la actividad biológica del suelo
Prado sobre suelo ácido
Efecto del pH sobre la actividad biológica del suelo
Suelo neutro-básico (mayoría de cultivos)
Efecto del pH sobre la actividad biológica del suelo
Encinar (suelo ácido, neutro o básico)
Efecto del pH sobre la actividad biológica del suelo
Vegetación halófila de marisma (suelo alcalino)
Bosque sobre suelo calcáreo (Font Roja, Alicante)
El pinsapar más meridional de
Europa
Destacamento de la Legión (?)
Suelos ultrabásicos, ladera norte de Sierra Bermeja (Cádiz)
Residuos de actividad minera en Riotinto. Fotografía: F. Javier Rodríguez
Residuos de actividad minera en Riotinto. Fotografía: F. Javier Rodríguez
Residuos de actividad minera en Riotinto. Fotografía: F. Javier Rodríguez
Efecto del pH sobre la actividad biológica del suelo
Especie (nombre vulgar) Nombre científico Óptimo Tolerancia
Alfalfa Medicago sativa 6.5 – 7.5 6.0 – 8.0
Algodón Fagopyrum esculentum 5.2 – 6.0 4.8 – 7.5
Arroz Oryza sativa 5.0 – 7.0 4.0 – 8.0
Avena Avena sativa 5.5 – 7.0 4.0 – 7.5
Caña de azúcar Saccharum officinarum 6.0 – 7.5 4.5 – 8.5
Guisante Pisum sativum 6.0 – 7.0 5.5 – 8.0
Judía Phaseolus vulgaris 5.8 – 6.7 5.5 – 7.5
Marihuana Cannabis sativa 6.5 – 7.0 4.5 – 8.2
Naranjo amargo Citrus aurantium 5.5 – 6.5 5.0 – 8.0
Olivo Olea europaea 7.0 7.0 – 8.0
Patata Solanum tuberosum 5.0 – 5.8 4.5 – 7.0
Remolacha Beta vulgaris 7.0 – 7.6 6.0 – 8.2
Tabaco Nicotiana tabacum 5.5 – 6.0 5.5 – 8.3
Tomate Lycopersicum esculentum 6.0 – 6.7 6.0 – 8.2
Trigo Triticum sp. 6.0 – 7.0 5.8 – 8.5
Vid Vitis vinifera 5.6 – 7.0 5.8 – 8.5
Efecto del pH sobre la actividad biológica del suelo
Determinación del pH
Contenido del suelo en carbonatos
La mayoría de los suelos de pH neutro o básico contiene proporciones más o menos elevadas de carbonatos. En los suelos ácidos, los carbonatos están ausentes.
El tipo de carbonato más frecuente es la calcita (CO3Ca), aunque en los suelos puede encontrarse magnesita (CO3Mg) y dolomita (CaMg(CO3)2).
En suelos salinos y extremadamente básicos puede existir también CO3Na2.
c
Sierra de Cádiz
Contenido del suelo en carbonatos
Las características químicas más importantes de la calcita, la magnesita o la dolomita son la insolubilidad en agua y su inestabilidad en medio ácido:
CaCO3 + 2H+ Ca2+ + CO2 + H2O
Prueba cualitativa de presencia de
CaCO3
utilizando HCldiluido.
Contenido del suelo en carbonatos
Calcímetro de Bernard, utilizado
para la determinación cuantitativa de
CO3Ca
Contenido del suelo en carbonatos
Calcímetro de Eijkelkamp
Contenido del suelo en carbonatos
El principal responsable de la descomposiciónácida de los carbonatos del suelo es el CO2, yasea procedente de la atmósfera o de losprocesos respiratorios de la microbiota o lasraíces.
El dióxido de carbono puede reaccionar con lacaliza de la siguiente manera:
CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2 CO3H-
Efecto del carbonato en el suelo
El principal efecto del CO3Ca en el suelo es su capacidadreguladora del pH, de modo que un elevado contenido encaliza asegura un elevado pH del suelo.
CO3Ca
H+
H+
CO3Ca
CO3Ca
Ca2+
H2O
Ca2+H+
H+
CO3Ca
CO2
CO2
H2O
Efecto del carbonato en el suelo
El contenido en carbonatos delsuelo afecta directa oindirectamente a otraspropiedades del suelo, como: La estructura.◦ La presencia de carbonatos
en el suelo asegura unabuena estructura (exceptoen algunos casos concretoscomo los suelos salinos,donde puede existir unaelevada proporción deCO3Na2).
◦ La presencia de cationesdivalentes como Ca2+ oMg2+, junto con la materiaorgánica, contribuyen a lacementación de losmicroagregados paraoriginar macroagregados. Agregados en un suelo calcáreo
Foto: J Álvarez (UPC)
Efecto del carbonato en el suelo
La actividad biológica.◦ Los carbonatos del suelo, gracias a su
capacidad tampón, mantienen el pH envalores adecuados a la actividadmicrobiana, favoreciendo el proceso demineralización de la materia orgánica yla liberación de algunos nutrientesesenciales (como el N, P, S...), así comodificultando la descomposición de lamateria orgánica humificada(mineralización secundaria).
Efecto del carbonato en el suelo
La textura.
◦ Los carbonatos son sustancias cementantes, de modo que si elcontenido de caliza en forma de nódulos en el suelo es elevado,puede producirse un desplazamiento de la textura hacia lasfracciones más gruesas.
Efecto del carbonato en el suelo
◦ La capacidad de almacenaje de nutrientes.
La abundancia de cationes como Ca2+ o Mg2+ comoconsecuencia de la descomposición de los carbonatossatura el complejo de cambio provoca eldesplazamiento de otros cationes esenciales, lo quepuede inducir una pérdida y empobrecimiento porlavado del suelo.
Efecto del carbonato en el suelo
Los nódulos de carbonato soncompuestos sólidos que forman parte delas fracciones granulométricas.
No poseen la capacidad de retención deiones que muestran las arcillas.
◦ Por lo tanto, cuanto más elevado sea elnivel de carbonatos de tamañocoloidal en el suelo, menor será sucapacidad relativa para almacenarnutrientes.
Efecto del carbonato en el suelo
La asimilabilidad de los elementosesenciales.◦ Los suelos con pH relativamente elevado
muestran casi siempre un nivel apreciable decarbonatos, que dificultan la solubilidad /asimilabilidad de diferentes elementos, como elFe, Zn, Mn, Cu, etc.
◦ En los suelos básicos, el P se encuentra en formasquímicas no solubles, como el (PO4)2Ca3 oCa10(OH)2(PO4)6.
◦ Así mismo, el exceso de Ca2+ y Mg2+ en la solucióndel suelo origina fenómenos de antagonismo.
Efecto del carbonato en el sueloResumen
Como consecuencia de todo esto, puede considerarseque el suelo necesita una cierta reserva de carbonatospara poseer unas buenas características estructurales,pero no es conveniente que este nivel sea demasiadoelevado porque se dificultan los procesos de nutriciónde las plantas.
Sin embargo, un bajo o nulo contenido en carbonatosno significa que se trate de un suelo agronómicamentedesfavorable, ya que hay que tener en cuenta otrascaracterísticas como el complejo de cambio, el pH, laactividad biológica y otros aspectos de la nutriciónvegetal.
Contenido de carbonatos en el suelo
Proporción de CO3Ca (%) Contenido
< 5 Muy bajo
5 – 10 Bajo
10 – 20 Moderado
20 – 40 Elevado
> 40 Muy elevado
Caliza activa
Otro aspecto que es necesario tener en cuenta es el tamaño de los nódulos de carbonato en el suelo, ya que las partículas de mayor tamaño ofrecerán menor superficie relativa para reaccionar, y su descomposición se llevará a cabo de manera mucho más lenta que las partículas de tamaño coloidal.
La caliza activa coincide aproximadamente con las partículas de carbonato de tamaño inferior a 50 mm (es decir, equivalente al tamaño de los limos y las arcillas).
Caliza activa
Un nivel demasiado elevado de caliza activa será contraproducente desde el punto de vista de la fertilidad del suelo.◦ En la solución del suelo
habrá abundancia de iones como Ca2+ , Mg2+ y CO3H-, así como de Ca2+ y Mg2+ en el complejo de cambio, lo cual condiciona la disponibilidad de otros nutrientes.
Hoja de liquidámbar (Liquidambar styraciflua) mostrando signos de clorosis. Fotografía: Jim Conrad.
Caliza activa
Existe una relación entre el contenido total en carbonatos del suelo y el de caliza activa, al menos en un área limitada.
La cuantificación de la caliza activa está recomendada cuando los niveles de carbonatos totales sean relativamente elevados.
◦ Generalmente se recomienda la determinación de caliza activa cuando el contenido total de carbonatos supera el 5-6%, mientras que algunos autores consideran que debe determinarse sólo cuando se supera el 8-10%.
Caliza activa
En cualquier caso, la determinación de caliza activa está indicada en suelos en los que está previsto implantar cultivos muy sensibles a la actividad del Ca2+, del Mg2+ o del CO3H- (como viñedos o árboles frutales).
Caliza activa
Contenido Efectos
< 6 % Bajo No deben esperarse problemas
6 – 9 % Moderado Pueden sufrir algún problema las especies sensibles
> 9 % Alto Pueden existir problemas graves, sobre todo en especies arbóreas
![ACIDEZ DEL SUELO Oscar Piedrahíta Junio 2009. El pH del suelo es una medida de la acidez o de la alcalinidad de la solución del suelo pH = - log[H+]](https://static.fdocuments.ec/doc/165x107/5665b4591a28abb57c90c3bf/acidez-del-suelo-oscar-piedrahita-junio-2009-el-ph-del-suelo-es-una-medida.jpg)
