CAPITULO II

RELACIONES BÁSICAS SUELO-PLANTA

Dinámica de la solución del suelo.Intercambio iónico. Capacidad de intercambio catiónico de los suelos. Bases intercambiables y nutrición vegetal. Movimiento de iones hacia las raíces

La asimilabilidad o disponiblidad de los nutrientes del suelo es el resultado de procesos físicos, químicos y biológicos que se dan en el suelo.

La figura siguiente muestra la dinámica de las relaciones entre varios componentes del suelo resultante de esos procesos.

Relaciones entre varios componentes del suelo

Solución del suelo

Absorción porla planta

Fertilizantes,lluvia, drenaje,evaporación

Iones Intercambiables

adsorbidos

Fase sólidadel suelo

Aire del suelo

Materia orgánicaY

microorganismos

Adaptado de W.Lindsay, 1979. “Equilibrio químico en el suelo”.

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Dinámica de la solución del suelo• Las plantas absorben nutrientes (cationes y aniones) a partir de la

solución del suelo y liberan pequeñas cantidades de iones tales como H+,OHˉ, y HCO3¯. ( Reacciones 1 y 2).

• Esos cambios en la concentración de iones en la solución del suelo son compensados a partir de iones adsorbidos en la superficie de los minerales del suelo (arcillas) que pasan a la solución del suelo (Reacciones 5 y 6).

• Los suelos contienen minerales que pueden disolverse y reponer iones a la solución del suelo (Reacción 7) . A su vez aumentos en la concentración de iones en la solución del suelo resultantes de la fertilización pueden hacer que algunos sustancias precipiten como minerales. (Reacción 8 ).

Dinámica de la solución del suelo• Los microrganismos del suelo toman iones de la solución del suelo para

incorporarlos como tejido microbiano (Reacción 9). Cuando los microorganismos mueren liberan nutrientes a la solución del suelo (Reacción 10).

• Tanto las raíces como los microrganismos utilizan O2 y respiran CO2(Reacciones 11 y 12 ).

Procesos naturales (lluvia, evaporación, drenaje) y actividades humanas como el agregado de fertilizantes, afectan la concentración de iones en la solución del suelo interaccionando con los procesos químicos y biológicos antes mencionados. (Reacciones 3 y 4). Por ejemplo el agregado de superfosfato a la solución del suelo aumenta la concentración de H2PO4ˉen la solución. Pero con el tiempo esa concentración disminuye debido a la absorción de H2PO4ˉ por las plantas, y la retención o fijación del mismo por el suelo.

Dinámica de la solución del suelo

Todos estos procesos y reacciones son importantes para determinar la disponibildad o asimilabilidad de nutrientes. Sin embargo dependiendo del nutriente específico algunos procesos son más importantes que otros. Por ejemplo:Los procesos biológicos son más importantes para N y S.

Las reacciones de intercambio (adsorción, desorción) son más importantes para Ca, Mg y K.

Las reacciones de adsorción y precipitación son más importantes para el P.

INTERCAMBIO IONICO

Intercambio iónico:Proceso reversible por medio del cual cationes y aniones de las fases sólida del suelo se intercambian con cationes y aniones de la solución del suelo. En general se considera más importante el intercambio catiónico que el aniónico ya que este último es de poca magnitud en la mayoría de los suelos agrícolas.

Capacidad de intercambio catiónico (CIC):Representa la cantidad total de cargas negativas que pueden atraer cationes de la solución del suelo. Tradicionalmente se expresa en miliequivalentes/100 grs de suelo pero recientemente se le expresa en centimol de carga/kilo de suelo.(1 meq/100 grs de suelo = 1 cmol/kg de suelo).El origen de las cargas negativas radica en los coloides minerales y orgánicos del suelo.

Arcilla tipo caolinita SiO2

Al2O3

SiO2

Al2O3

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---

----

---

Unión HLas cargas negativasse originan solo en losbordes de fractura

- - - - - - - - - -------

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- - - - - - - -

- - - - - - - - -

- - - - - - - - -

-------

-------

espacio intercapa

Arcilla tipo montmorillonita

Las cargas negativas se originanen los bordes de fractura y en losespacios intercapas

SiO2

Al2O3

SiO2

SiO2

Al2O3

SiO2

Existen distintos tipos de arcilla 2:1 que se diferencian por la naturaleza del material presente en la intercapa y por distintos reordenamientos moleculares en la capa de Al. Se mencionarán solo 3 tipos:

Montmorillonita: Tiene agua en la intercapa. Por eso se expande cuando húmeda y se contrae cuando seca (Vertisoles).

Illita o mica: Tiene K en la intercapa. Y tiene también distintos reordenamientos moleculares en el capa de Al lo que reduce su CIC respecto a la montmorillonita.

Vermiculita: Similar a la illita pero tiene Mg en la intercapa. Su CIC es bastante parecida a la de la montmorillonita.

Materia orgánica coloidal (humus)

La materia orgánica descompuesta del suelo es de naturaleza coloidal. A diferencia de los minerales de arcilla no tiene estructura cristalina. Se presenta simplemente como una masa orgánica con cargas negativas en la superficie. Las mismas se originan por la pérdida de H a partir de grupos -COOH y -OH.Estos coloides generalmente se presentan recubriendo las partículas de suelo en el horizonte superficial de los suelos minerales o como la fracción coloidal dominante en suelos orgánicos.

Capacidad de intercambio catiónico de algunos minerales arcillosos y del

humus

___________________________Coloide CIC, meq/100grs ___________________________caolinita 1-10illita 20-40vermiculita 120-150montmorillonita 80-150humus 150-300

______________________________

Capacidad de intercambio catiónico de fracciones minerales y orgánicas de varios suelos

CIC, meq/100 grsTipo de suelo __________________

% de MO MO Arcilla Suelo_________________________________________________

Franco arenoso fino 2.6 2.9 7.0 9.9

Franco limoso 2.2 5.5 9.4 14.9

Franco arcillo limoso 6.0 15.1 13.2 28.3

Franco arcilloso 12.1 28.2 18.7 46.9__________________________________________________ Fuente: Black, C.A. 1975. Relaciones Suelo-Planta.

Fertilidad del suelo y capacidad de intercambio catiónico

• El complejo de intercambio de los suelos está siempre saturado de cationes. Los más comunes son : Ca++, Mg++, y K+. En suelos minerales muy ácidos aparecen cantidades importantes de Al+++.

• Los cationes intercambiables son la principal fuente de Ca, Mg, y K para la nutrición de las plantas. Y desde que los mismos no son lavados, representan el mecanismo natural de un suelo para asegurar la provisión de esos nutrientes a las plantas.

% de saturación en basesEs el % de la CIC del suelo ocupado por cationes básicos ( Ca++, Mg++, K+, Na+).

La asimilabildad de nutrientes tales como Ca, Mg, y K aumenta al aumentar el % de saturación en bases.

A su vez la relación entre el % SB y la asimilabilidad de los cationes está afectado por la naturaleza de los coloides:Como regla general, suelos con alta proporción de arcillas 1:1 o de materia orgánica suministran cationes a la solución del suelo a % SB más bajos que suelos con predominancia de arcillas tipo 2:1.

Capacidad de intercambio catiónico y fertilidad de suelos

La CIC es una de las propiedades químicas más importantes del suelo ya que es un indicador de la fertilidad del mismo o por lo menos de su fertilidad potencial. Los cationes intercambiables constituyen la fuente inmediata más importante de suministro de Ca, Mg y K a las plantas por parte del suelo.

La proporción de cationes intercambiables en la mayoría de los suelos agrícolas es en el orden: Ca > Mg > K > Na. Salvo en suelos alcalinos (blanqueales) la cantidad de Na es normalmente muy pequeña. El Al intercambiable aparece en proporciones importantes en suelos minerales de pH < 5.2 y aumenta a medida que los suelos se hacen más ácidos. La cantidad de H intercambiable aún en suelos ácidos no es de gran magnitud, y se detecta algo más en suelos ácidos con altos contenidos en materia orgánica. Finalmente en los suelos hay un % pequeño de la CIC ocupado por los micronutrientes catiónicos (Cu, Fe, Zn, Mn).

A continuación se presentan datos de los análisis de caracterización y fotos de los perfiles de algunos suelos tipos del país

ANALISIS DE CARACTERIZACIÓN DE PERFILES DE SUELOS DEL URUGUAY

Horizonte Profundidad Arcilla pH Mat. Org. Bases Int. Al int. CIC % de

cm % % ----- meq/100 gr. ---- Saturación

Brunosol háplico A 0 - 15 33.0 6.9 6.5 34.7 -- 35.8 97

(Fray Bentos) B 15 - 30 35.0 6.9 5.7 33.8 -- 36 93

Brunosol lúvico A 0 - 25 23.0 5.8 3.8 17.6 -- 20.7 85

(Paso Palmar) Bt 25 - 55 50.0 5.7 1.5 32.6 -- 38.8 84

Vertisol rúptico A 0 - 50 44.5 6.3 5.5 40.9 -- 45.5 89

(Tala Rodríguez) B 50 - 100 45.6 7.5 2.5 42.3 -- 44.1 96

Planosol ócrico A 0 - 12 8.7 5.4 2.6 4.1 -- 6 68

E 12 - 25 9.0 5.6 1.7 4.7 -- 6.9 68

(Río Branco) Bt 25 - 60 35.5 6.1 1.6 21.2 -- 24.3 87

Alisol órtico A 0 - 50 11.5 5.2 1.4 3.4 0.95 6.5 51

(luvisol) Bt 50 - 100 27.1 5.2 1.1 3.9 3.7 11.9 32

Tacuarembó

Acrisol ródico A 0 - 70 14.1 5.0 1.0 1.9 0.7 3.4 54

(Rivera) Bt 70 - 150 34.5 4.9 0.7 2.7 2.3 8.9 30

Adaptado de Durán A. y F. García P. 2007. Suelos del Uruguay Vol. I. ed. Hemisferio Sur

Brunosol Háplico sobre tosca calcárea sin horizonte B. (unidad Fray Bentos).

Fuente: Durán, A. y F. García, 2007. Suelos del Uruguay vol I.

Brunosol Lúvico sobre arenisca cretácica (Unidad Chapicuy) . Fuente: Durán. A. y F. García, 2007. Suelos del Uruguay, vol I.

Vertisol Háplico de espesor homogéneo (Unidad Itapebí-Tres Arboles). Fuente: Durán, A. y F. García, 2007. Suelos del Uruguay, vol

I.

Vertisol Rúptico de espesor regularmente variable (unidad Trinidad). Fuente: Durán, A. y F.García, 2007. Suelos del Uruguay, vol I.

Planosol de horizontes A y B muy oscuros y horizonte álbico bien definido. Fuente: Durán, A. y F. García, 2007. Suelos del Uruguay, Vol

I.

Planosol de horizonte A claro y horizonte B de estructura prismática, con horizonte álbico bien definido. Fuente: Durán. A. y F. García, 2007.

Suelos del Uruguay, Vol I.

Alisol ácido moderadamente meteorizado sobre areniscas (unidad Tacuarembó). Fuente: Durán, A. y F. García, 2007. Suelos del

Uruguay, Vol I.

Acrisol Ródico muy ácido y meteorizado sobre areniscas ( unidad Rivera). Fuente: Durán, A. y F. García, 2007 Suelos del Uruguay, Vol I.

Solontez sódico de las planicies del este (unidad La Charqueada). Fuente: Durán. A. y F. García, 2007. Suelos del Uruguay, vol I.

Superficie de un solonetz de la región sedimentaria centro-oeste (unidad Fray Bentos). Fuente: Durán, A y F. García, 2007. Suelos del

Uruguay, vol I.

Superficie de terreno con blanqueales típicos ( unidad Fray Bentos). Fuente: Durán, A. y F. García. Suelos del Uruguay, vol I.

Tipos de arcillas predominantes en algunos suelos del país

Brunosoles: Montmorillonita e illita.

Vertisoles: Montomotillonita (60-70 %) e illita (25-30 %).

Planosoles: Illita y montmorillonita en proporciones variables.

Alisoles: Illita y caolinita.

Acrisoles: Caolinita e illita.

Fuente: Durán, A. y F. García, 2007. Suelos del Uruguay. Volumen I.Ed. Hemisferio Sur.

Intercambio aniónico• Los fosfatos y sulfatos presentes en la solución del suelo

pueden ser adsorbidos cuando en el suelo existen sitios cargados positivamente. Este fenómeno solo adquiere importancia en suelos de zonas tropicales y subtropicales donde predominan arcillas tipo 1:1 y óxidos hidratados de Fe y Al que al perder radicales OH¯, generan cargas positivas que retienen a estos aniones.

• El mecanimo de retención de los mismos es bastante más complejo que la simple atracción electrostática responsable del intercambio de cationes. La retención parece involucrar reacciones químicas y con el tiempo los fosfatos “adsorbidos” evolucionan a formas menos solubles. ( ver Capítulo V: “Fosforo del suelo y Fertilizantes fosfatados).

Movimiento de iones hacia las raíces

Hay 3 mecanismos:

1. Intercepción radicular o Intercambio por contacto entre los iones adsorbidos en fase sólida y los adsorbidos en las raíces.

2. Flujo masivo: Los nutrientes llegan a la raíz disueltos en el agua que las plantan usan para la transpiración, o por los procesos de evaporación o percolación del agua del suelo.

3. Difusión de los iones en la solución del suelo: es el movimientode un ión desde un área de alta concentración a un área de menor concentración y ocurre en cortas distancias.

La figura siguiente ilustra como los nutrientes llegan hasta las raíces vía difusión. En este experimento realizado por Barber (1968), se estudió la absorción del radioisótopo Rb-86 por raíces de maíz ( Rb y K se comportan de manera bastante similar).Las áreas blanquecinas de la autorradiografía son las zonas donde el Rb ha desaparecido y se corresponden con las zonas donde estaban las raíces. Las zonas más oscuras indican acumulación de Rb en las raíces.

Fotografía (der.) y autorradiografía (izq) mostrando el efecto de las raíces de maíz en la distribución en el suelo de Rb-86.

Contribución relativa de los mecanismos de llegada de

nutrientes hasta la raíz Nutriente Cantidades requeridas % suministrado por

(kg/ha) para un rendimiento Intercepción Flujo Difusiónde 9000 kg/ha de maíz radicular H2O

______________________________________________________________N 190 1 97 2

P 40 3 6 94

K 195 2 20 78

Ca 40 170 400 0

Mg 45 38 250 0

S 25 5 95 0 _______________________________________________________________Fuente: S. A. Barber, 1984.

Se deduce entonces que el transporte en el agua que va hacia la raíces es el principal mecanismo para la llegada de los NO3¯ y SO4¯ ¯ que se encuentran disueltos en la solución del suelo (nutrientes móviles), mientras que la difusión es el mecanismo más importante para la llegada hasta las raíces de aquellos nutrientes que están en muy baja concentración en la solución del suelo tal como es el caso del P y K (nutrientes inmóviles) .

La difusión es un proceso que se da en distancias muy cortas (0.15 cm para K , 0.004 cm para P). De ahí la importancia del desarrollo radicular del cultivo para poder utilizar más eficientemente el P del suelo.

Para un suelo dado, la velocidad de difusión se reduce cuando el suelo tiene poca humedad o con bajas temperaturas. En cualquiera de los 2 casos la absorción de P y K por el cultivo puede verse limitada. Por eso cuando existe probabilidad de que se den esas condiciones es importante colocar por lo menos parte del fertilizante cerca de las raíces, a efectos de maximizar la disponiblidad del nutriente y su absorción por la planta en las primeras etapas de desarrollo del cultivo. La situación de bajas temperaturas puede darse, por ejemplo, en siembras muy tempranas de cultivos de verano.

Bibliografía recomendada

J. L. Havlin, J.D. Beaton. S.L.Tisdale and W. L. Nelson,1999. Soil fertility and fertilizers. Pp 13-38. Editorial Prentice Hall.

C.A. Black, 1975. Relaciones Suelo- Planta. Tomo II. pp 218-295. Editorial Hemisferio Sur.