La química del suelo o química edáfica es el estudio de las características químicas del suelo. La química del suelo se ve afectada por la composición mineral, materia orgánica, aire, agua, microorganismos y diferentes factores ambientales. Todas estas fases influyen entre sí: las reacciones de los sólidos con el agua y aire, las de los microorganismos con los minerales y materia orgánica. La parte de la química que estudia los suelos estudia todas estas reacciones, aunque suele hacer énfasis en la (di)solución del suelo, constituida por la fina película acuosa que rodea las partículas de suelo. Esto, junto con la meteorización, ciclo del agua, interacción del suelo con la atmósfera, es lo que se conoce como química del suelo.
Historia La capacidad para producir alimentos ha sido un factor fundamental para la evolución de la sociedad. El escritor romano Agrícola resumió los conocimientos primitivos de la época; y sus consejos prácticos sobre el cultivo de la tierra fueron insuperables hasta el . Desde la época de los romanos hasta el Renacimiento, la observación y experimentación carecieron de estímulo en el mundo occidental. Sin experimentación, el progreso era imposible.
A principios de la década de 1850, un químico consultor de la Royal Agricultural Society en Inglaterra, llamado J. Thomas Way, realizó muchos experimentos sobre cómo los suelos intercambian iones. Como resultado de su trabajo diligente y arduo, se le considera el padre de la química del suelo. Pero después de él, muchos otros científicos de renombre también contribuyeron a esta rama de la ecología, incluidos Edmund Ruffin, Linus Pauling y muchos otros.
El suelo como sistema disperso El suelo puede considerarse como un sistema disperso constituido por 3 fases: sólida, líquida y gaseosa, que constituye el soporte mecánico y, en parte, el sustento de las plantas. De estas tres fases, la sólida presenta una mayores estabilidad, menor capacidad de variación, por lo que es la que se utiliza para la caracterización del suelo.
Fase sólida Está constituida por parte mineral (principal reserva de nutrientes de las plantas) y orgánica. Existen partículas más o menos gruesas: piedras, gravas, arenas, limos, arcillas... A mayor tamaño, menor actividad físico-química, por lo que menor interés agronómico. El contenido total de materia orgánica que normalmente se encuentra en el suelo es pequeño, y normalmente solo en su capa superficial, con alrededor del 3-5% en peso, del cual, el 85-90% es humus.
Humus
La descomposición de residuos de plantas y animales en el suelo produce una recirculación del carbono hacia la atmósfera en forma de CO2 y una asimilación dentro del tejido microbiano (biomasa del suelo) y parte es transformado en humus. En un sentido muy amplio, se entiende por humus a la totalidad de materias orgánicas que, por ser difícilmente degradables, se han acumulado en el mismo después de un conjunto de descomposiciones y transformaciones químicas y bioquímicas.
Fase líquida También denominada disolución del suelo, es el agua que queda retenida dentro del suelo con diferente intensidad, según lo permeable o no que sea el suelo. Esa agua es capaz de disolver los iones solubles que se encuentra en el suelo, que pueden ser una fuente de nutrientes o una fuente de contaminación del nivel freático, dependiendo de la textura del suelo.
Fase gaseosa También denominada atmósfera o aire del suelo. Está constituida principalmente por nitrógeno, oxígeno, vapor de agua y dióxido de carbono.
Factores que influyen en la formación del suelo Los principales factores que intervienen que intervienen en la formación del suelo y que determinan sus propiedades finales son: Clima: La lluvia (humedad) y temperatura son los factores climáticos más importantes. Organismos. Relieve. Material parental: La composición mineral de la roca madre es responsable de la de los suelos que se forman a partir de ella. Tiempo. Acción del hombre.
Propiedades químicas del suelo Los solutos, electrolíticos y no electrolíticos, contenidos en la disolución del suelo, son las fuentes de nutrientes que necesitan las plantas. Los mecanismos que permiten la entrada de iones a la solución de suelo incluyen: Intemperismo mineral. Descomposición de la materia orgánica. Lluvia y meteorización. Sales del agua de riego. Fertilización. Liberación de iones retenidos por el coloide o la fracción coloidal o arcillosa del suelo.
Los iones retenidos por el suelo son generalmente la fracción más grande de nutrientes disponibles para las plantas. Las velocidades de intemperización de los minerales, por lo común, son lentas comparadas con las necesitadas por las plantas. Los suelos retienen iones en el complejo arcillo-húmico, pero no evitan completamente las pérdidas por lixiviación, pero la retención es tan fuerte que muchas veces los iones se reciclan varias veces a través de los suelos, vegetales y animales, antes de perderse finalmente en las aguas subterráneas, los ríos y el mar.
Los suelos retienen iones y moléculas mediante el intercambio de cationes y aniones, la precipitación, atracción electrostática débil, formación de complejos con la materia orgánica del suelo y retención dentro de las células microbianas.
Intercambio iónico El intercambio iónico es el conjunto de procesos reversibles mediante los que las partículas coloidales del suelo, debido a la carga eléctrica que contienen, retienen los iones (cationes y aniones) de la disolución del suelo, liberando al mismo tiempo otros iones en cantidades equivalentes a las absorbidas, estableciéndose un equilibrio entre ambas fases. Cuando se libera un catión (K+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Zn2+, Fe3+...) del suelo, se habla de intercambio catiónico; mientras que cuando se libera un anión (Cl-, NO3-, SO42-, PO43-...) del suelo, se habla de intercambio aniónico.
Los suelos tienen mayor capacidad de adsorber cationes que aniones, por lo que es frecuente que se estudie más la capacidad de intercambio de cationes que la de aniones. La capacidad de intercambio de cationes (CIC) es la cantidad total de cationes adsorbidos de forma intercambiable que neutralizan la carga negativa de un determinado peso de suelo. Se expresa en centimoles de carga positiva por kilo de suelo (cmolc/kg):
donde S es la Suma de los cationes metálicos de intercambio alcalinos o alcalinotérreos retenidos sobre el complejo adsorbente del suelo:
H corresponde al resto de cationes que puede haber en el suelo en cantidades muy inferiores. Principalmente suele tratarse del H+.
La capacidad de intercambio aniónico es un fenómeno pH-dependiente, originado por: El bloqueo de cargas de las arcillas. El bloqueo de cargas de los complejos arcillo-húmicos. Formación de hidróxidos de hierro y/o aluminio.
En la dinámica de intercambio catiónico de un suelo influyen distintos factores: La cantidad de cationes retenidos. En suelos muy pobres es preciso realizar inicialmente una elevada aportación de abonos, cuyos iones son retenidos fuertemente por el complejo arcillo-húmico, para permitir que abonados de mantenimiento, más modestos, puedan actuar. La fuerza de retención de los cationes de cambio. No todos los cationes son adsorbidos con la misma intensidad. La energía de fijación sigue el siguiente orden: H+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > NH4+ > Na+ Los componentes coloidales del suelo. La capacidad de adsorción de las arcillas y el humus condiciona la intensidad del intercambio.
La reacción del suelo
La reacción del suelo se debe al pH del mismo. Podemos estar ante suelos ácidos (llegándose a encontrar suelos a pH=3), suelos neutros o suelos alcalinos (de hasta pH=12). Suelos neutros: son aquellos suelos en los que se presupone que las cargas negativas del suelo son compensadas por los iones alcalinos y alcalinotérreos. Suelos ácidos: son aquellos suelos en los que se han perdido esos iones alcalinos y alcalinotérreos por lixiviación. También puede acidificarse el suelo por la acción de los microorganismos, la presencia de aluminio, el abuso de fertilizantes sobre la base de nitrato de amonio, sulfato de amonio y urea, etc. Suelos alcalinos o básicos: son aquellos suelos con un alto contenido en alcalinos y alcalinotérreos, y suelen producirse por la escasez de agua. Suelos sódicos: son aquellos suelos con un elevado contenido en sodio. Son los suelos de mayor pH (pH > 8,5), y se debe al exceso de salinidad de estos suelos.
En función del pH del suelo, es necesario realizar un encalado del suelo (tanto para suelos ácidos como para suelos sódicos) o utilizar ciertos fertilizantes como el azufre elemental, o incluso ácido sulfúrico o ácido fosfórico (para suelos básicos). La acidificación del suelo solo es recomendable en ciertas producciones agrícolas intensivas.
Salinidad del suelo
La cantidad de sales contenidas en la solución del suelo se mide por la conductividad eléctrica del extracto de saturación (CEes). El sodio, que causa la dispersión de las arcillas, se valora por el Porcentaje de Sodio Intercambiable (PSI). Basándose en estos parámetros los suelos se clasifican en:
- Suelos salinos: CEes > 4 dS/m
- Suelos sódicos: CEes < 4 dS/m y PSI >15%
- Suelos salino-sódicos: CEes > 4 dS/m y PSI >15%
Para la recuperación de estos suelos debe procederse de la siguiente manera: En los suelos salinos, que frecuentemente presentan una costra blanca de sales en la superficie, pero cuya estructura no se ve afectada, se debe realizar un lavado de las sales que contiene. Los lavados sirven para reducir la salinidad inicial (lavados de recuperación) o impedir que el suelo se salinice de nuevo (lavados de mantenimiento). En los suelos sódicos, se debe aportar calcio en forma de yeso o fosfoyeso cuando sean suelos ácidos; pero si son básicos, primero se debe aportar azufre elemental ó ácido sulfúrico, y después una sal de calcio soluble. En el caso de suelos neutros, con aportar la sal de calcio soluble es suficiente. En los suelos salino-sódicos se realizarán dos operaciones: primero la adición de un mejorante, que aporte calcio para desplazar al sodio, y segundo un lavado para arrastrar al sodio a capas profundas del suelo.
Propiedades biológicas del suelo El suelo es un medio vivo, en el que la materia orgánica se va descomponiendo gracias a la intensa actividad microbiana que tiene lugar en él. El agricultor debe procurar que el contenido de materia orgánica del suelo no se reduzca y que desarrolle una gran actividad biológica que favorezca su transformación.
La vida en el suelo En el suelo viven, además de las plantas, micro y macroorganismos, tales como bacterias, algas, hongos, nematodos, lombrices, etc. La biomasa microbiana es muy relevante, estimándose que puede ascender a unos 1.000-3.000 kg de peso seco por hectárea, en los primeros 20 cm. La actividad y población de estos microorganismos varía en función de la textura del suelo, pH, temperatura y suministro de agua, oxígeno, carbono y nitrógeno.
Microbioma del suelo Las bacterias intervienen en las transformaciones que sufre el nitrógeno: amonización, nitrificación y desnitrificación. Las del género Rhizobium, que viven en simbiosis con las raíces de las leguminosas, fijan el nitrógeno del aire. Los hongos pueden degradar compuestos orgánicos muy resistentes y las micorrizas proporcionan, en simbiosis con las raíces de algunas plantas, un aumento de su capacidad de absorción de agua y nutrientes, principalmente del fósforo.
Otros organismos del suelo Las lombrices, excavan galerías en el suelo y se alimentan de restos orgánicos descompuestos. Mejoran la estructura y solubilizan los elementos nutritivos. Los nematodos son especies fitoparásitas (parásitas de plantas) poseen un órgano denominado “estilete” con la cual puncionan y se alimentan frecuentemente del tejido de la raíz, particularmente de los vasos conductores, aunque algunos pueden alimentarse de otros tejidos de la planta.
Materia orgánica del suelo