CAPACIDAD DE INTERCAMBIO
CAPACIDAD DEINTERCAMBIO
COLOIDES
CARGAS NEGATIVAS
CARGAS POSITIVAS
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICA
INORGANICOS ORGANICOS
-ARCILLAS -OXIDOS DE Fe Y Al -ALOFANO
HUMUS
Intercambio catiónico
Definición: proceso a través del cual los cationes retenidos por los coloides de suelo pueden ser liberados a la solución, y un ion presente en la solución pasa a ser retenido por el coloide.
Importancia agronómica: determina la capacidad del suelo (poder buffer) de responder frente a cambios en la composición catiónica de la solución, asegurando la nutrición de las plantas
Características del intercambio catiónico
Regulado por la ley de acción de masas
Micela-Ca++ + 2Na+ Micela-2Na+ + Ca++
Generalmente equivalencia química Proceso reversibleLímite generalmente netoEquilibrio rápido y dinámico - intercambio
continuo
1 meq de un elemento X = 1 me de un elemento Y
Estructura de las unidades básicas de arcillas: (a) octahédrica, (b) capa octahédrica, (c) tetrahédrica y (d) capa tetrahédrica.
-INESTABILIDAD -POTENCIAL NUTRICIONAL
SUSTITUCION ISOMORFICA
NATURALEXPONTANEAIRREVERSIBLE
TETRAEDROS DE Si=0.042nm
TETRAEDROS DE Al=0.051 nm
SUST.ISOMORF
3+Al
SUSTITUCION ISOMORFICA
ARCILLAS
FILOSILICATOS
TIE
MP
O
MINERALES PRIMARIOS
ARCILLAS 2:1
ARCILLAS 1:1
OXIDOS DE Fe y Al
PR
EC
IPIT
AC
ION
+ T
EM
PE
RA
TU
RA
ORDEN DE SUELOS
MINERALES DOMINANTES
METEORIZACION
MOLLISOLS FELDESPATOS, VERMICULITA
SIO2
VERTISOLS SMECTITAS
SIO2
INCEPTISOLS SMECTITAS, CAOLINITAS
SIO2
ALFISOLS CAOLINITAS, SMECTITAS
SIO2
ULTISOLS CAOLINITAS, SESQUIOXIDOS
SIO2
OXISOLS SESQUIOXIDOS, CAOLINITAS
MENOS
MAYOR
DESILICACION
SUPERFICIE ESPECÍFICA
Caolinita de elevada cristalinidad hasta 15 m2/g Caolinita de baja cristalinidad hasta 50 m2/g Halloisita hasta 60 m2/g Illita hasta 50 m2/g Montmorillonita 80-300 m2/g Sepiolita 100-240 m2/g Paligorskita 100-200 m2/g
CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO
Caolinita: 3-5 Halloisita: 10-40
Illita: 10-50 Clorita: 10-50
Vermiculita: 100-200 Montmorillonita: 80-200
Sepiolita-paligorskita: 20-35
CAPACIDAD DE ABSORCIÓN HIDRATACIÓN E
HINCHAMIENTO
PLASTICIDAD TIXOTROPÍA
CARACTERISTICAS GENERALES
DE LAS ARCILLAS
Características de cargas de coloides representativos.
TIPO DE COLOIDE
CARGA NEGATIVA CARGA POSITIVA cmol / kg
Premanente cmol/kg
Constante %
Variable %
ORGANICO 200 10 90 0
SMECTITA 100 95 5 0
VERMICULITA
150 95 5 0
MICA FINA 30 80 20 0
CLORITA 30 80 20 0
CAOLINITA 8 5 95 2
HALLOYSITA*
18 33 67 15
GIBBSITA 4 0 100 5
GOETITA 4 0 100 5
ALOFANA* 51 20 80 17
TURBA* 136 28 72 6
FUENTE: BRADY 1990 * CITADO EN SANCHEZ PEDRO 1976
Origen de las cargas en coloides orgánicos:
•compuestos de estructura variable, compleja, poco definida
•- compuestos inestables
•- tamaño de micelas pequeño
• - grupos carboxilo --COOH
• - grupos fenólicos --OH
• - grupos enólicos --OH
CARGA PERMANENTE
FRACCION ORGANICA
FRACCION INORGANICA
CARGA EN FUNCION DEL pH o VARIABLE
CIC
me/100g
pH4.0 7.0
pH CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA cmol(+) kg-1
MO ARCILLA SUELO
2.5 36 38 5.8
3.5 73 46 7.5
5.0 127 54 9.7
6.0 131 56 10.8
7.0 163 60 12.3
8.0 213 64 14.8
PRATT AND BAIR, 1962
pH 4.0 pH + 7.0
AcNH4+ BUFERADA o TAMPONADA A pH 7.0
K Ca Al Al Ca Ca Ca Ca K
Al Mg Al Al Mg Ca k Mg Ca
OH OH O-(1)
Si Si Si
OH(+½H) OH O(-½)
Al Al Al
OH((+½H) OH OH(-½)
H+ OH-
CARACTERISTICA ANFOTERICA
S
M
x
DOBLE CAPA DIFUSA
CAPACIDAD TAMPÓN
Solución y oxidación de pirita y otros sulfuros
pH : 2-4
Compuestos alumínicos pH : 4-5.5
Complejo de cambio pH : 5.5-6.8
Materia orgánica y minerales pH : 6.8-7.2
Carbonatos de Ca y Mg pH : 7.2-8.5
Sodio de cambio y carbonato sódico sólido
pH : 8.5-10.5
RETENCION DE CATIONES•CARACTERISTICAS DE INTERCAMBIADOR
MATERIA ORGANICA :Na < K < NH4+ <Mg< Ca < Ba < Mn
CAOLINITA : Na < H < K < Mg < Ca
MONTMORILLONITA :Na < K < H < Mg < Ca
MICA : Na < Mg < Ca < K < H
Ac. HUMICO : Na < K < Mg < Ca < H
REDUCCION EN LA RELATIVA FACILIDAD DE DESPLAZAMIENTO
•CARACTERISTICAS DEL ELEMENTO
-VALENCIA : CATIONES DE MAYOR VALENCIA SON MAS FUERTEMENTE RETENIDOS.
-DIAMETRO EFECTIVO E HIDRATACION: LOS CATIONES DE MENOR DIAMETRO SON MAS HIDRATADOS POR LO QUE SON MENOS FUERTEMENTE RETENIDOS
H+>Al+++>Ca++>Mg++>K+>NH4+>Na+>Li+
MATERIA ORGANICA
DEL SUELO
Origen de las cargas en óxidos e hidróxidos:
- AlOH + H+ AlOH2+
carga dependiente del pH o de tipo variable
Cationes de intercambio: son los cationes asociados al suelo que pueden intercambiarse con los de la solución sin que se descompongan los sólidos del
suelo
a) Bases de intercambio: le confieren al suelo un carácter básico : Ca++, Mg++, K+ y Na+
b) Aluminio (Al+++ ) o acidez intercambiable: el Al hexahidratado, le confiere al suelo acidez, pudiendo ceder protones por disociación de sus moléculas de agua
Terminologías
A pH > O IGUAL A 7.0 V ES 100%
RETENCION DE ANIONES
•RUPTURA DE ENLACES Si-O
Al – OH
OH
•CARACTER ANFOTERICO DE LOS COLOIDES:
VARIA DE ACUERDO CON EL COMPUESTO, PUES CADA UNO DE ELLOS PRESENTA UN DETERMINADO pH PARA MANIFESTAR SU CARÁCTER ANFOTERICO
DOBLE CAPA DIFUSA
LOS ANIONES SON ADSORBIDOS COMO EFECTO RESIDUAL DE LA DESORCION DE CATIONES
OXISOL cmol(+)/kg INCEPTISOL cmol(+)/kg
pH Cl- SO42- PO4
3- pH Cl- SO42-
6.7 0.3 2.0 41.2 6.8 0 22.0
5.8 2.4 7.1 50.8 5.6 0 36.5
4.0 6.0 ----- 88.2 4.0 0.05 47.4
RESUMEN DE LAS RELACIONES.
REACCION DEL SUELO o pH DEL SUELO
pH DEL SUELO Y DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES
Valor óptimo de pH: 5 – 6 Máxima disponibilidad de nutrientes
Valores altos de pH: Disponibilidad reducida de nutrientes
Valores bajos de pH: Disponibilidad reducida de nutrientes
Niveles tóxicos de Al, Mn
RESPUESTA DE ALGUNOS CULTIVOS A LA APLICACION DE NUTRIENTES
Cultivo N P K Ca Mg Fe Cu Zn Mn BBrocoli A A A M M A M M M MTomate A A A A M A M M M MEspárrago A M A M M M B B B MPimiento A M A M M B B B M BArroz A M M B B A M A A MMaíz A M B B B M M A B BPapa A A A M M M M M M BCítricos A A A M M A A A A BVid A A A M M A B M A MA: Alta ; B: Baja : M: Media
SALES SOLUBLES ACIDAS,BASICAS O NEUTRAS QUE APARECEN POR: -METEORIZACION DE MINERALES -MINERALIZACION DE LA MO -AGUA DE RIEGO -ADICION DE FERTILIZANTES -ESTADO OXIDO REDUCTIVO
OXIDOS DE Fe, Al, QUE EN MEDIO ACIDO PUEDEN MODIFICAR EN FORMA SIGNIFICA EL pH
EL HUMUS QUE TIENE GRUPOS FUNCIONALES DEL TIPO: CARBOXILIXCOS, FENOLICOS, ENOLICOS, etc
PRODUCCIÓN DE CO2
QUE PASA A H2CO3GENERANDO
HIDROGENIONES
PRESENCIA DE ACIDOS ORGANICOS DE BAJO PESO MOLECULAR, ACETICO, CÍTRICO, etc
PRESENCIA DE ACIDOS FUERTES COMO EL SULFURICO, NITRICO, POR ACTIVIDAD MICROBIAL
FACTORES QUE AFECTAN EL pH
pH crítico y óptimo
Especie pH Crítico pH Optimo
Papa 5 5,4
Avena 5,3 5,8
Maíz 5,5 6,1
Soja 5,8 6,4
Alfalfa 6,1 6,7
Nivel de rendimiento en función del pH edáfico
EspeciepH
4,7 5 5,7 6,8 7,5
Maíz 34% 73% 83% 100% 85%
Soja 65% 70% 80% 100% 93%
Alfalfa -- -- 42% 100% 100%
NIVEL DE RENDIMIENTO EN FUNCIÓN DEL pH EDÁFICO
ESPECIEpH
4,7 5 5,7 6,8 7,5
Maíz 34% 73% 83% 100% 85%
Soja 65% 70% 80% 100% 93%
Alfalfa -- -- 42% 100% 100%
BAJA PRECIPITACION
ALTA
EVAPO.
SUELO:ALTO MOVIMIENTO ASCENDENTE DE LA SOLUCION SUELO
SUELOS POCOEVOLUCIONADOS
pH NEUTROS A BASICOS
SALINIDAD
CLORUROS: ClNa, CaCl2 ,
MgCl2, KCl
SULFATOS:MgSO4, Na2SO4,
NITRATO: NaNO3,
KNO3
CARBONATOS:Na2CO3
BICARBONATOS:NaCO3H
SALES MAS COMUNES
SALINIDAD
DESORDENES FISIOLOGICOS:PRESENCIA DE IONES, ENZIMAS, ORGANELOS
DESEQUILIBRIOS IONICOS:REDUCCION SIGNIFICATIVA EN EL RECICLAJE DE LIPIDOS
REDUCCION DEL POTENCIAL.AJUSTE OSMOTICO
ASIMILACION DE CO2
SINTESIS DE PROTEINAS: FALTA DE AGUA O TOXICIDAD DE UN ION ESPECIFICO
RESPIRACION: A > TASA = > GASTO DE GLUCOSA
RECICLADO DE HORMONAS:< SINTESIS DE CITOQUININAS,> SINTESIS DE Ac ABSICICO, < TRANSPORTE DE CITOQUININAS A LAS PARTES AEREAS
EFECTO DE LAS SALES EN LA BOMBA DE PROTONES(ATPasa)DEL TONOPLASTO – Mettler et al 1982-
ION MONOVALENTE SAL – 10 mM
ESTIMULACION ATP-asa - % DEL CONTROL
TESTIGO 10
KCl- CONTROL 100
NaCl 102
NaBr 87
KNO3 21
K2SO4 3
GUÍA PARA LA INTERPRETACIÓN DEL AGUA DE RIEGO (Ayres and Westcot, 1985. FAO)
Problema Potencial Unidades Grado de Restricción de Uso
Ninguno Ligero a Moderado Severo
Salinidad (afecta la disponibilidad de agua al cultivo)
C.E.w. * dS/m < 0.7 0.7 – 3.0 > 3.00
TSD mg/l < 450 450 – 2000 > 2000
Infiltración (afecta la tasa de infiltración del aguaen el suelo)
SAR = 0 – 3 y C.E. w > 7 0.7 – 0.2 < 0.2
= 3 – 6 > 1.2 1.2 – 0.3 < 0.3
= 6 – 9 > 1.9 1.9 – 0.5 < 0.5
= 12 – 20 > 2.9 2.9 – 1.3 < 1.3
= 20 – 40 > 5.0 5.0 – 2.9 < 2.9
Toxicidad Ión Específico (afecta la sensibilidad del cultivo)
Sodio (Na+) SAR < 3 3 – 9 > 9
Cloro (Cl-) meq/l < 4 4 – 10 > 10
Boro (B) mg/l < 0.7 0.7 – 3.0 > 3.0
Efectos Misceláneos(afecta la suceptibilidad del cultivo)
Nitrógeno (N-NO3-) >30
Bicarbonato (HCO3-) mg/l < 5 5 – 30 >8.5
pH meq/l < 1.5 1.5 – 8.5
Rango Normal 6.5 – 8.4
CONCENTRACIONES MÁXIMAS DE ELEMENTOS TRAZA EN AGUAS DE RIEGO
Elemento
Concentración máxima
recomendada (mg/l)
Efectos
Al (aluminio)
5,0Puede causar la improductividad en suelos ácidos, pero en suelos alcalinos el ion
precipita desapareciendo toda posible toxicidad (pH > 5,5).
As (arsénico)
0,10La toxicidad para las plantas varía ampliamente, entre los 12 mg/l para la especie
Sudan grass y los 0,05 mg/l para el arroz.
Be (berilio) 0,10La toxicidad para las plantas varía ampliamente, entre los 5 mg/l para la col rizada y
los 0,05 mg/l para algunas clases de judías.
Cd (cadmio)
0,01
Tóxico para las judías, remolachas y nabos a concentraciones bajas de hasta 0,1 mg/l en soluciones de nutrientes. Se recomienda adoptar límites conservadores debido al
potencial de acumulación en plantas y suelos hasta alcanzar concentraciones que pueden resultar dañinas para el hombre.
Co (cobalto) 0,05Tóxico para los tomates a concentraciones de 0,1 mg/l en soluciones de nutrientes. Su
efecto tiende a quedar anulado en suelos neutros y alcalinos.
Cr (cromo) 0,10No está generalmente reconocido como elemento esencial de crecimiento. Se
recomienda adoptar límites conservadores debido a la falta de conocimiento de sus efectos tóxicos sobre las plantas.
Cu (cobre) 0,20Tóxico para varias plantas a concentraciones entre 0,1 y 1,0 mg/l en soluciones de
nutrientes.
F (flúor) 1,0 Sus efectos quedan neutralizados en suelos neutros y alcalinos.
Fe 5,0
En suelos aireados no es tóxico para las plantas, pero puede contribuir a la acidificación del suelo y a la pérdida de la escasa disponibilidad del fósforo y del
molibdeno necesarios. El uso de aspersores elevados puede provocar depósitos sobre las plantas, equipos y edificios, de aspecto desagradable
Li 2,5Tolerado por la mayoría de los cultivos a concentraciones inferiores a 5 mg/l; móvil
en el interior del suelo. Tóxico para los críticos a niveles bajos (> 0,00075 mg/l). Tiene efectos similares a los del boro.
Mn 0,20Tóxico para varios cultivos a concentraciones entre décimas de mg y varios mg/l, pero
normalmente sólo en suelos ácidos.
Mo 0,01A concentraciones normales, tanto en el suelo como en el agua, no es tóxico para las
formas de vida en el caso de cultivos de forraje plantados en suelos con elevados niveles de molibdeno disponible.
Ni 0,20Tóxico para varias plantas a concentraciones entre 0,5 y 1,0 mg/l. A pH neutro o
alcalino se reduce su toxicidad.
Pb 5,0 A concentraciones muy elevadas puede inhibir el crecimiento celular de las plantas.
Se 0,02
A concentraciones tan bajas como 0,025 mg/l ya resulta tóxico para las plantas, y es tóxico para la vida animal en cultivos de forraje plantados en suelos con niveles de selenio relativamente elevados. Es un elemento esencial para los animales, pero a
concentraciones muy bajas.
Sn -Las plantas lo excluyen de forma muy efectiva; la tolerancia específica es
desconocida.
Ti -Las plantas lo excluyen de forma muy efectiva; la tolerancia específica es
desconocida.
0,10 Tóxico para muchas plantas a concentraciones relativamente bajas.
Zn (zinc) 2,0Tóxico para muchas plantas a concentraciones muy variables; en terrenos orgánicos
o de textura fina, y a pH superiores a 6, la toxicidad es más reducida.
CONCENTRACIONES MÁXIMAS DE ELEMENTOS TRAZA EN AGUAS DE RIEGO
Elemento
Concentración máxima
recomendada (mg/l)
Efectos
METCALF & EDDY, INC. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill. 3ª Edición (1995)
CRS puede clasificarse el agua de la siguiente forma:- Agua recomendable: CRS < 1,25.- Agua poco recomendable: CRS entre 1,25 y 2.- Agua no recomendable: CRS > 2.
Clasificación de las aguas de riego en función de los grados hidrotimétricos franceses.
Tipo de agua Grados hidrotimétricos franceses
Muy blanda Menor de 7
Blanda 7-14
Semiblanda 14-22
Semidura 22-32
Dura 32-54
Muy dura Más de 54
Fuente: Junta de Extremadura (1992).
RANGO DE NITRIFICACION Y FUERZA IONICA EN LA SOLUCION SUELO EN SUELO DE pH 5.3 INFLUENCIADO POR LA FUERZA
IONICA DE SOLUCION SALINA DE CLORURO Y SULFATO ADICIONADO
POTENCIAL OSMOTICO DE SLN NH4
+
RANGO DE NITRIFICACION
POTENCIAL OSMOTICO SLN SUELO
Cl- SO4= Cl- SO4
=
KPa mg N-NO3- / kg / dia KPa
-93 1.40 2.40 -91 -79
-171 0.82 2.12 -130 -101
-338 0.10 1.88 -234 -138
-680 -0.07 1.75 -476 -210