Suelo
Definición
El suelo es una mezcla de materia orgánica, minerales, gases, líquidos y organismos que juntos sostienen la vida. El cuerpo de tierra de la tierra es la pedosfera, que tiene cuatro funciones importantes: es un medio para el crecimiento de las plantas; es un medio de almacenamiento, suministro y purificación de agua; es un modificador de la atmósfera de la Tierra; es un hábitat de organismos; todos los cuales, a su vez, modifican el suelo.
La pedosfera interactúa con la litosfera, la hidrosfera, la atmósfera y la biosfera. El término pedolito , usado comúnmente para referirse al suelo, se traduce en piedra triturada . El suelo consiste en una fase sólida de minerales y materia orgánica (la matriz del suelo), así como una fase porosa que contiene los gases (la atmósfera del suelo) y el agua (la solución del suelo). En consecuencia, los suelos a menudo se tratan como un sistema de tres estados de sólidos, líquidos y gases.
El suelo es un producto de la influencia del clima, el relieve (elevación, orientación y pendiente del terreno), los organismos y sus materiales originales (minerales originales) que interactúan a lo largo del tiempo. Continuamente se desarrolla a través de numerosos procesos físicos, químicos y biológicos, que incluyen la erosión asociada con la erosión. Dada su complejidad y su fuerte conexión interna, los ecólogos del suelo lo consideran un ecosistema.
La mayoría de los suelos tienen una densidad aparente seca (densidad del suelo teniendo en cuenta los vacíos cuando están secos) entre 1.1 y 1.6 g / cm, mientras que la densidad de partículas del suelo es mucho más alta, en el rango de 2.6 a 2.7 g / cm. Poco del suelo del planeta Tierra es más antiguo que el Pleistoceno y ninguno es más antiguo que el Cenozoico, aunque los suelos fosilizados se conservan desde la época del Arcaico.
La ciencia del suelo tiene dos ramas básicas de estudio: edafología y pedología. La edafología se ocupa de la influencia de los suelos en los seres vivos. La pedagogía se centra en la formación, la descripción (morfología) y la clasificación de los suelos en su entorno natural. En términos de ingeniería, el suelo se incluye en el concepto más amplio de regolito, que también incluye otros materiales sueltos que se encuentra por encima de la roca madre, como puede ser encontrado en la Luna y otros cuerpos celestes, también. El suelo se conoce comúnmente como tierra o tierra ; técnicamente, el término suciedad debe restringirse a suelo desplazado.
Visión de conjunto
Funciones
El suelo es un componente principal del ecosistema de la Tierra. Los ecosistemas del mundo se ven afectados de manera profunda por los procesos que se llevan a cabo en el suelo, desde el agotamiento de la capa de ozono y el calentamiento global hasta la destrucción de la selva y la contaminación del agua. Con respecto al ciclo del carbono de la Tierra, el suelo es un reservorio de carbono importante, y es potencialmente uno de los más reactivos a la perturbación humana y al cambio climático. A medida que el planeta se calienta, se ha predicho que los suelos agregarán dióxido de carbono a la atmósfera debido a la mayor actividad biológica a temperaturas más altas, una retroalimentación positiva (amplificación). Sin embargo, esta predicción ha sido cuestionada al considerar los conocimientos más recientes sobre la rotación del carbono en el suelo.
El suelo actúa como un medio de ingeniería, un hábitat para los organismos del suelo, un sistema de reciclaje de nutrientes y residuos orgánicos, un regulador de la calidad del agua, un modificador de la composición atmosférica, y un medio para el crecimiento de la planta, por lo que es un proveedor de importancia crítica de servicios de los ecosistemas . Como el suelo tiene una gran variedad de nichos y hábitats disponibles, contiene la mayor parte de la diversidad genética de la Tierra. Un gramo de tierra puede contener miles de millones de organismos, que pertenecen a miles de especies, principalmente microbianas y en su mayoría aún inexploradas. El suelo tiene una densidad procariota media de aproximadamente 10 organismos por gramo, mientras que el océano no tiene más de 10 organismos procarióticos por mililitro (gramo) de agua de mar. El carbono orgánico retenido en el suelo eventualmente se devuelve a la atmósfera a través del proceso de respiración llevado a cabo por organismos heterotróficos, pero una parte sustancial se retiene en el suelo en forma de materia orgánica del suelo; la labranza generalmente aumenta la velocidad de la respiración del suelo, lo que lleva a la reducción de la materia orgánica del suelo. Como las raíces de las plantas necesitan oxígeno, la ventilación es una característica importante del suelo. Esta ventilación se puede lograr a través de redes de poros de suelo interconectados, que también absorben y retienen el agua de lluvia, lo que la hace fácilmente disponible para la absorción de las plantas. Dado que las plantas requieren un suministro casi continuo de agua, pero la mayoría de las regiones reciben lluvias esporádicas, la capacidad de retención de agua de los suelos es vital para la supervivencia de la planta. la ventilación es una característica importante del suelo. Esta ventilación se puede lograr a través de redes de poros de suelo interconectados, que también absorben y retienen el agua de lluvia, lo que la hace fácilmente disponible para la absorción de las plantas. Dado que las plantas requieren un suministro casi continuo de agua, pero la mayoría de las regiones reciben lluvias esporádicas, la capacidad de retención de agua de los suelos es vital para la supervivencia de la planta. la ventilación es una característica importante del suelo. Esta ventilación se puede lograr a través de redes de poros de suelo interconectados, que también absorben y retienen el agua de lluvia, lo que la hace fácilmente disponible para la absorción de las plantas. Dado que las plantas requieren un suministro casi continuo de agua, pero la mayoría de las regiones reciben lluvias esporádicas, la capacidad de retención de agua de los suelos es vital para la supervivencia de la planta.
Los suelos pueden eliminar eficazmente las impurezas, eliminar los agentes patógenos y degradar los contaminantes, esta última propiedad se denomina atenuación natural. Típicamente, los suelos mantienen una absorción neta de oxígeno y metano, y sufren una liberación neta de dióxido de carbono y óxido nitroso. Los suelos ofrecen a las plantas soporte físico, aire, agua, moderación de temperatura, nutrientes y protección contra toxinas. Los suelos proporcionan nutrientes fácilmente disponibles a las plantas y animales mediante la conversión de materia orgánica muerta en diversas formas de nutrientes.
Descripción
Un suelo típico contiene aproximadamente 50% de sólidos (45% de mineral y 5% de materia orgánica) y 50% de vacíos (o poros), de los cuales la mitad está ocupada por agua y la otra mitad por gas. El porcentaje de mineral y contenido orgánico del suelo puede tratarse como una constante (en el corto plazo), mientras que el contenido de agua y gas en el suelo se considera altamente variable por lo que un aumento en uno se equilibra simultáneamente con una reducción en el otro. El espacio de los poros permite la infiltración y el movimiento del aire y el agua, los cuales son críticos para la vida en el suelo. La compactación, un problema común con los suelos, reduce este espacio, impidiendo que el aire y el agua lleguen a las raíces de las plantas y los organismos del suelo.
Con tiempo suficiente, un suelo indiferenciado desarrollará un perfil de suelo que consiste en dos o más capas, denominadas horizontes del suelo, que difieren en una o más propiedades, como en su textura, estructura, densidad, porosidad, consistencia, temperatura, color y reactividad Los horizontes difieren mucho en grosor y generalmente carecen de límites definidos; su desarrollo depende del tipo de material de origen, los procesos que modifican esos materiales principales y los factores de formación del suelo que influyen en esos procesos. Las influencias biológicas en las propiedades del suelo son más fuertes cerca de la superficie, mientras que las influencias geoquímicas en las propiedades del suelo aumentan con la profundidad. Los perfiles maduros del suelo generalmente incluyen tres horizontes maestros básicos: A, B y C. El solumnormalmente incluye los horizontes A y B.
La textura del suelo está determinada por las proporciones relativas de las partículas individuales de arena, limo y arcilla que componen el suelo. La interacción de las partículas minerales individuales con la materia orgánica, el agua y los gases a través de procesos bióticos y abióticos hace que esas partículas floculen (se peguen) para formar agregados o agregados. Donde se pueden identificar estos agregados, se puede decir que se desarrolla un suelo, y se puede describir más en términos de color, porosidad, consistencia, reacción (acidez), etc.
El agua es un agente crítico en el desarrollo del suelo debido a su participación en la disolución, precipitación, erosión, transporte y deposición de los materiales que componen el suelo. La mezcla de agua y materiales disueltos o suspendidos que ocupan el espacio de poro del suelo se denomina solución del suelo. Como el agua del suelo nunca es agua pura, pero contiene cientos de sustancias orgánicas y minerales disueltas, se la puede llamar con mayor precisión solución de suelo. El agua es fundamental para la disolución, precipitación y lixiviación de minerales del perfil del suelo. Finalmente, el agua afecta el tipo de vegetación que crece en un suelo, lo que a su vez afecta el desarrollo del suelo, un feedback complejo que se ejemplifica en la dinámica de los patrones de vegetación en bandas en regiones semiáridas.
Los suelos suministran nutrientes a las plantas, la mayoría de las cuales se mantienen en su lugar mediante partículas de arcilla y materia orgánica (coloides). Los nutrientes pueden adsorberse sobre superficies minerales de arcilla, unirse a minerales de arcilla (absorbidos) o unirse a compuestos orgánicos como parte del organismos vivos o materia orgánica del suelo muerto. Estos nutrientes unidos interactúan con el agua del suelo para amortiguar la composición de la solución del suelo (atenuar los cambios en la solución del suelo) a medida que las plantas absorben los nutrientes, las sales se lixivian o los ácidos o los álcalis se agregan.
La disponibilidad de nutrientes de las plantas se ve afectada por el pH del suelo, que es una medida de la actividad de los iones de hidrógeno en la solución del suelo. El pH del suelo es una función de muchos factores de formación del suelo, y generalmente es más bajo (más ácido) donde la meteorización es más avanzada.
La mayoría de los nutrientes de las plantas, con la excepción del nitrógeno, se originan a partir de los minerales que componen el material de origen del suelo. Parte del nitrógeno se origina de la lluvia como ácido nítrico diluido y amoníaco, pero la mayor parte del nitrógeno está disponible en los suelos como resultado de la fijación de nitrógeno por parte de las bacterias. Una vez en el sistema suelo-planta, la mayoría de los nutrientes se reciclan a través de organismos vivos, plantas y residuos microbianos (materia orgánica del suelo), formas ligadas a minerales y la solución del suelo. Tanto los microorganismos vivos como la materia orgánica del suelo son de importancia crítica para este reciclaje y, por lo tanto, para la formación del suelo y la fertilidad del suelo. La actividad microbiana en los suelos puede liberar nutrientes de minerales o materia orgánica para su uso por las plantas y otros microorganismos, secuestrarlos (incorporarlos) en las células vivas,
Historia de estudios
Fertilidad
La historia del estudio del suelo está íntimamente ligada a la necesidad urgente de los humanos de proporcionarles alimento y alimentar a nuestros animales. A lo largo de la historia, las civilizaciones han prosperado o disminuido en función de la disponibilidad y la productividad de sus suelos.
Al historiador griego Jenofonte (450-355 a. C.) se le atribuye haber sido el primero en exponer los méritos de los cultivos de abono verde: "Pero las malezas que caen sobre la tierra, convertidas en tierra, enriquecen el suelo tanto como el estiércol. "
La "Cría" de Columella, alrededor del 60 EC, abogó por el uso de la cal y que el trébol y la alfalfa (estiércol verde) deberían ser revertidos, y fue utilizado por 15 generaciones (450 años) bajo el Imperio Romano hasta su colapso. Desde la caída de Roma hasta la Revolución Francesa, el conocimiento del suelo y la agricultura pasó de padres a hijos y, como resultado, el rendimiento de los cultivos fue bajo. Durante la Edad Media europea, el manual de Yahya Ibn al-'Awwam, con su énfasis en el riego, guió a la población del norte de África, España y Medio Oriente; una traducción de este trabajo finalmente se llevó al sudoeste de los Estados Unidos cuando estaba bajo influencia española. Olivier de Serres, considerado el padre de la agronomía francesa, fue el primero en sugerir el abandono del barbecho y su reemplazo por praderas de heno dentro de rotaciones de cultivos, y destacó la importancia del suelo (el terroir francés) en el manejo de los viñedos. Su famoso libro Le Théâtre d'Agriculture et mesnage des champs contribuyó al surgimiento de la agricultura moderna y sostenible y al colapso de viejas prácticas agrícolas como el levantamiento de la basura forestal para la enmienda de cultivos (la miseria francesa ) y asalto, que arruinó los suelos de Europa occidental durante la Edad Media e incluso más tarde según las regiones.
Los experimentos sobre lo que hizo crecer a las plantas condujeron a la idea de que la ceniza que quedaba cuando se quemaba la materia vegetal era el elemento esencial, pero ignoraba el papel del nitrógeno, que no se deja en el suelo después de la combustión, creencia que prevaleció hasta el siglo XIX. . Alrededor de 1635, el químico flamenco Jan Baptist van Helmont pensó que había demostrado que el agua era el elemento esencial de su famoso experimento de cinco años con un sauce cultivado solo con la adición de agua de lluvia. Su conclusión vino del hecho de que el aumento en el peso de la planta aparentemente había sido producido solo por la adición de agua, sin reducción en el peso del suelo. John Woodward († 1728) experimentó con varios tipos de agua que van desde lo limpio a lo lodoso y encontró agua fangosa lo mejor, y entonces concluyó que la materia terrenal era el elemento esencial. Otros concluyeron que era humus en el suelo el que transmitía esencia a la planta en crecimiento. Aún otros sostuvieron que el principio de crecimiento vital era algo que pasaba de plantas o animales muertos a las plantas nuevas. A comienzos del siglo XVIII, Jethro Tull demostró que era beneficioso cultivar (remover) el suelo, pero su opinión de que la agitación hacía que las partes finas del suelo estuvieran disponibles para la absorción de la planta era errónea.
A medida que se desarrolló la química, se aplicó a la investigación de la fertilidad del suelo. El químico francés Antoine Lavoisier demostró alrededor de 1778 que las plantas y los animales deben [arder] oxígeno internamente para vivir y fue capaz de deducir que la mayor parte del peso de 165 libras del sauce de van Helmont deriva del aire. Fue el agricultor francés Jean-Baptiste Boussingault quien a través de la experimentación obtuvo pruebas que demostraban que las principales fuentes de carbono, hidrógeno y oxígeno para las plantas eran el aire y el agua, mientras que el nitrógeno se tomaba del suelo. Justus von Liebig en su libro Química orgánica en sus aplicaciones a la agricultura y la fisiología (publicado en 1840), afirmó que los químicos en las plantas deben provenir del suelo y del aire y que para mantener la fertilidad del suelo, los minerales usados deben ser reemplazados. Sin embargo, Liebig creía que el nitrógeno provenía del aire. El enriquecimiento del suelo con guano por los Incas fue redescubierto en 1802 por Alexander von Humboldt. Esto condujo a su explotación minera y la del nitrato chileno y a su aplicación al suelo en los Estados Unidos y Europa después de 1840.
El trabajo de Liebig fue una revolución para la agricultura, por lo que otros investigadores comenzaron la experimentación basada en él. En Inglaterra, John Bennet Lawes y Joseph Henry Gilbert trabajaron en la Estación Experimental Rothamsted, fundada por la primera, y (re) descubrieron que las plantas tomaban nitrógeno del suelo, y que las sales debían estar en un estado disponible para ser absorbidas por las plantas. Sus investigaciones también produjeron el "superfosfato", que consiste en el tratamiento ácido de la roca de fosfato. Esto condujo a la invención y uso de sales de potasio (K) y nitrógeno (N) como fertilizantes. El amoníaco generado por la producción de coque se recuperó y se utilizó como fertilizante. Finalmente, se entendió la base química de los nutrientes entregados al suelo en el estiércol y, a mediados del siglo XIX, se aplicaron fertilizantes químicos. Sin embargo,
En 1856, J. Thomas Way descubrió que el amoníaco contenido en los fertilizantes se transformó en nitratos, y veinte años más tarde Robert Warington demostró que esta transformación la realizaban organismos vivos. En 1890, Sergei Winogradsky anunció que había encontrado a la bacteria responsable de esta transformación.
Se sabía que ciertas leguminosas podían absorber nitrógeno del aire y fijarlo en el suelo, pero llevó el desarrollo de la bacteriología hacia finales del siglo XIX para comprender el papel que juegan las bacterias en la fijación del nitrógeno. La simbiosis de las bacterias y las raíces leguminosas, y la fijación del nitrógeno por la bacteria, fueron descubiertas simultáneamente por el agrónomo alemán Hermann Hellriegel y el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck.
La rotación de cultivos, la mecanización, los fertilizantes químicos y naturales llevaron a duplicar los rendimientos de trigo en Europa occidental entre 1800 y 1900.
Formación
Los científicos que estudiaron el suelo en relación con las prácticas agrícolas lo habían considerado principalmente como un sustrato estático. Sin embargo, el suelo es el resultado de la evolución de materiales geológicos más antiguos, bajo la acción de procesos bióticos y abióticos (no asociados con la vida). Después de que comenzaron los estudios de la mejora del suelo, otros comenzaron a estudiar la génesis del suelo y, como resultado, también los tipos de suelo y las clasificaciones.
En 1860, en Mississippi, Eugene W. Hilgard estudió la relación entre el material rocoso, el clima y la vegetación, y el tipo de suelo que se desarrolló. Se dio cuenta de que los suelos eran dinámicos y consideró la clasificación de tipos de suelo. Lamentablemente, su trabajo no continuó. Al mismo tiempo, Vasily Dokuchaev (alrededor de 1870) dirigía un equipo de científicos del suelo en Rusia que realizó un estudio exhaustivo de los suelos, descubriendo que las rocas básicas similares, el clima y los tipos de vegetación conducen a capas y tipos de suelo similares, y estableció los conceptos para clasificaciones de suelos. Debido a las barreras del idioma, el trabajo de este equipo no se comunicó a Europa occidental hasta 1914 a través de una publicación en alemán de Konstantin Dmitrievich Glinka, un miembro del equipo ruso.
Curtis F. Marbut fue influenciado por el trabajo del equipo ruso, tradujo la publicación de Glinka al inglés y, al ser puesto a cargo de la Encuesta Nacional de Suelos Cooperativos de los Estados Unidos, la aplicó a un sistema nacional de clasificación de suelos.
Formación
La formación del suelo, o pedogénesis, es el efecto combinado de los procesos físicos, químicos, biológicos y antropogénicos que trabajan en el material parental del suelo. Se dice que el suelo se forma cuando la materia orgánica se ha acumulado y los coloides se lavan hacia abajo, dejando depósitos de arcilla, humus, óxido de hierro, carbonato y yeso, produciendo una capa distinta llamada horizonte B. Esta es una definición algo arbitraria ya que las mezclas de arena, limo, arcilla y humus apoyarán la actividad biológica y agrícola antes de ese momento. Estos elementos se mueven de un nivel a otro por el agua y la actividad animal. Como resultado, se forman capas (horizontes) en el perfil del suelo. La alteración y el movimiento de materiales dentro de un suelo provoca la formación de horizontes de suelo distintivos. Sin embargo, las definiciones más recientes de suelo de abrazo de suelo sin ninguna materia orgánica,
Un ejemplo del desarrollo de un suelo comenzaría con la intemperie del lecho rocoso del flujo de lava, que produciría el material original puramente mineral a partir del cual se forma la textura del suelo. El desarrollo del suelo procedería más rápidamente de la roca desnuda de los flujos recientes en un clima cálido, bajo lluvias abundantes y frecuentes. Bajo tales condiciones, las plantas (en una primera etapa líquenes que fijan nitrógeno y cianobacterias luego plantas epilíticas superiores) se establecen muy rápidamente en la lava basáltica, a pesar de que hay muy poco material orgánico. Las plantas son soportadas por la roca porosa ya que está llena de agua que contiene nutrientes que transporta minerales disueltos de las rocas. Las grietas y los bolsillos, la topografía local de las rocas, contendrían materiales finos y albergarían raíces de plantas. Las raíces de las plantas en desarrollo están asociadas con hongos micorrízicos resistentes a los minerales que ayudan a romper la lava porosa, y por estos medios la materia orgánica y un suelo mineral más fino se acumulan con el tiempo. Tales etapas iniciales del desarrollo del suelo se han descrito en volcanes, inselbergs y morrenas glaciales.
Factores
La forma en que se produce la formación del suelo está influenciada por al menos cinco factores clásicos que se entrelazan en la evolución de un suelo. Ellos son: material parental, clima, topografía (relieve), organismos y tiempo. Cuando se reordenan al clima, al alivio, a los organismos, al material de los padres y al tiempo, forman el acrónimo CROPT.
Contenido para adultos
El material mineral del que se forma un suelo se llama material parental. La roca, ya sea que su origen sea ígneo, sedimentario o metamórfico, es la fuente de todos los materiales minerales del suelo y el origen de todos los nutrientes de la planta con la excepción de nitrógeno, hidrógeno y carbono. A medida que el material original se erosiona químicamente y físicamente, se transporta, se deposita y se precipita, se transforma en un suelo.
Los materiales minerales parentales típicos del suelo son:
- Cuarzo: SiO 2
- Calcita: CaCO 3
- Feldespato: KAlSi 3 O 8
- Mica (biotita): K (Mg, Fe) 3 AlSi 3 O 10 (OH) 2
Los materiales para padres se clasifican según la forma en que fueron depositados. Los materiales residuales son materiales minerales que han resistido en su lugar desde la roca madre primaria. Los materiales transportados son aquellos que han sido depositados por el agua, el viento, el hielo o la gravedad. El material de cumulose es la materia orgánica que ha crecido y se acumula en el lugar.
Los suelos residuales son suelos que se desarrollan a partir de las rocas madre subyacentes y tienen la misma química general que esas rocas. Los suelos encontrados en mesetas, mesetas y llanuras son suelos residuales. En los Estados Unidos, apenas el tres por ciento de los suelos son residuales.
La mayoría de los suelos provienen de materiales transportados que han sido movidos a muchas millas por el viento, el agua, el hielo y la gravedad.
- Los procesos eólicos (movimiento por el viento) son capaces de mover limo y arena fina a cientos de millas, formando suelos de loess (60-90 por ciento de limo), común en el medio oeste de América del Norte, Europa noroccidental, Argentina y Asia Central. La arcilla rara vez se mueve con el viento, ya que forma agregados estables.
- Los materiales transportados por agua se clasifican como aluviales, lacustres o marinos. Los materiales aluviales son aquellos movidos y depositados por el agua que fluye. Los depósitos sedimentarios asentados en lagos se llaman lacustres. El lago Bonneville y muchos suelos alrededor de los Grandes Lagos de los Estados Unidos son ejemplos. Los depósitos marinos, como los suelos a lo largo de las costas del Atlántico y del Golfo y en el Valle Imperial de California en los Estados Unidos, son las capas de antiguos mares que se han revelado como la tierra levantada.
- El hielo mueve el material parental y hace depósitos en forma de morrenas terminales y laterales en el caso de los glaciares estacionarios. Los glaciares que se retiran salen de las morrenas de tierra más lisas y, en todos los casos, las llanuras de afloramiento se dejan cuando los depósitos aluviales se mueven aguas abajo del glaciar.
- El material parental movido por la gravedad es obvio en la base de pendientes pronunciadas como conos de astrágalo y se denomina material coluvial.
El material principal de cumulose no se mueve, pero se origina de material orgánico depositado. Esto incluye los suelos de turba y lodo y los resultados de la preservación de residuos vegetales por el bajo contenido de oxígeno de un nivel freático elevado. Mientras que la turba puede formar suelos estériles, los suelos de suciedad pueden ser muy fértiles.
Desgaste
La intemperie del material original adopta la forma de meteorización física (desintegración), meteorización química (descomposición) y transformación química. En general, los minerales que se forman bajo altas temperaturas y presiones a grandes profundidades dentro del manto de la Tierra son menos resistentes a la intemperie, mientras que los minerales formados a baja temperatura y ambiente de presión de la superficie son más resistentes a la intemperie. La intemperie generalmente se limita a los primeros metros de material geológico, porque las tensiones y fluctuaciones físicas, químicas y biológicas generalmente disminuyen con la profundidad. La desintegración física comienza cuando las rocas que se han solidificado en las profundidades de la Tierra están expuestas a una presión más baja cerca de la superficie y se hinchan y se vuelven mecánicamente inestables. La descomposición química es una función de la solubilidad mineral, la tasa de la cual se duplica con cada aumento de temperatura de 10 ° C, pero depende en gran medida del agua para efectuar cambios químicos. Las rocas que se descompondrán en unos pocos años en climas tropicales permanecerán inalterables durante milenios en los desiertos. Los cambios estructurales son el resultado de la hidratación, la oxidación y la reducción. La meteorización química es principalmente el resultado de la excreción de ácidos orgánicos y compuestos quelantes por bacterias y hongos, que se cree que aumentan bajo el efecto invernadero actual.
- Desintegración física es la primera etapa en la transformación del material original en suelo. Las fluctuaciones de temperatura causan la expansión y contracción de la roca, dividiéndola a lo largo de las líneas de debilidad. El agua puede entrar en las grietas y congelarse y causar la división física del material a lo largo de un camino hacia el centro de la roca, mientras que los gradientes de temperatura dentro de la roca pueden causar la exfoliación de "conchas". Los ciclos de humedecimiento y secado causan que las partículas de tierra se desgasten a un tamaño más fino, al igual que el frotamiento físico del material cuando es movido por el viento, el agua y la gravedad. El agua puede depositar dentro de las rocas minerales que se expanden al secarse, lo que acentúa la roca. Finalmente, los organismos reducen el tamaño del material parental y crean grietas y poros a través de la acción mecánica de las raíces de las plantas y la actividad de excavación de los animales.
- La descomposición química y los cambios estructurales se producen cuando los minerales se vuelven solubles en agua o cambian de estructura. Los primeros tres de la siguiente lista son cambios de solubilidad y los últimos tres son cambios estructurales.
- La solución de sales en agua es el resultado de la acción de moléculas de agua bipolares en compuestos de sal iónica que producen una solución de iones y agua, eliminando esos minerales y reduciendo la integridad de la roca, a una velocidad que depende del flujo de agua y los canales de poro.
- La hidrólisis es la transformación de minerales en moléculas polares mediante la división del agua intermedia. Esto da como resultado pares solubles ácido-base. Por ejemplo, la hidrólisis de ortoclasa-feldespato lo transforma en arcilla de silicato ácido e hidróxido de potasio básico, ambos son más solubles.
- En la carbonatación , la solución de dióxido de carbono en agua forma ácido carbónico. El ácido carbónico transformará la calcita en un bicarbonato de calcio más soluble.
- La hidratación es la inclusión de agua en una estructura mineral, lo que hace que se hinche y lo deje estresado y se descomponga fácilmente.
- La oxidación de un compuesto mineral es la inclusión de oxígeno en un mineral, lo que hace que aumente su número de oxidación y se hinche debido al tamaño relativamente grande de oxígeno, dejándolo estresado y más fácilmente atacado por agua (hidrólisis) o ácido carbónico (carbonatación) .
- La reducción , lo opuesto a la oxidación, significa la eliminación de oxígeno, por lo tanto, se reduce el número de oxidación de una parte del mineral, lo que ocurre cuando el oxígeno es escaso. La reducción de minerales los deja eléctricamente inestables, más solubles e internamente estresados y fácilmente descompuestos. Se produce principalmente en condiciones de anegación.
De lo anterior, la hidrólisis y la carbonatación son las más efectivas, en particular en regiones de alta precipitación, temperatura y erosión física. La meteorización química se vuelve más efectiva a medida que aumenta el área de superficie de la roca, por lo que se ve favorecida por la desintegración física. Esto se debe a gradientes climáticos latitudinales y altitudinales en la formación de regolitos.
La saprolita es un ejemplo particular de un suelo residual formado a partir de la transformación de granito, metamórficos y otros tipos de roca madre en minerales de arcilla. La saprolita, a menudo denominada [granito meteorizado], es el resultado de procesos de erosión que incluyen: hidrólisis, quelación de compuestos orgánicos, hidratación (la solución de minerales en agua con el catión resultante y pares de aniones) y procesos físicos que incluyen congelación y descongelación. La composición mineralógica y química del material de la roca madre primaria, sus características físicas, incluido el tamaño de grano y el grado de consolidación, y la velocidad y el tipo de intemperie transforman el material original en un mineral diferente. La textura, el pH y los constituyentes minerales de la saprolita se heredan de su material original. Este proceso también se llama arenización, lo que resulta en la formación de suelos arenosos (arenas graníticas), gracias a la resistencia mucho mayor del cuarzo en comparación con otros componentes minerales del granito (micas, anfíboles, feldespatos).
Clima
Las principales variables climáticas que influyen en la formación del suelo son la precipitación efectiva (es decir, la precipitación menos la evapotranspiración) y la temperatura, que afectan las tasas de procesos químicos, físicos y biológicos. La temperatura y la humedad influyen en el contenido de materia orgánica del suelo a través de sus efectos sobre el equilibrio entre la producción primaria y la descomposición: mientras más frío o más seco el clima, el carbono atmosférico menor se fija como materia orgánica mientras que la materia orgánica menor se descompone.
El clima es el factor dominante en la formación del suelo, y los suelos muestran las características distintivas de las zonas climáticas en las que se forman, con una retroalimentación del clima mediante la transferencia de carbono almacenado en los horizontes del suelo a la atmósfera. Si las temperaturas cálidas y la abundancia de agua están presentes en el perfil al mismo tiempo, los procesos de meteorización, lixiviación y crecimiento de la planta se maximizarán. De acuerdo con la determinación climática de los biomas, los climas húmedos favorecen el crecimiento de los árboles. En contraste, los pastos son la vegetación nativa dominante en regiones subhúmedas y semiáridas, mientras que arbustos y matorrales de varios tipos dominan en áreas áridas.
El agua es esencial para todas las principales reacciones químicas a la intemperie. Para ser efectivo en la formación del suelo, el agua debe penetrar en el regolito. La distribución estacional de la lluvia, las pérdidas por evaporación, la topografía del sitio y la permeabilidad del suelo interactúan para determinar qué tan efectivamente las precipitaciones pueden influir en la formación del suelo. Cuanto mayor sea la profundidad de la penetración del agua, mayor será la profundidad de la erosión del suelo y su desarrollo. El exceso de agua que se filtra a través del perfil del suelo transporta materiales solubles y suspendidos desde las capas superiores (eluviación) a las capas inferiores (iluviación), incluidas las partículas de arcilla y la materia orgánica disuelta. También puede llevar materiales solubles en las aguas de drenaje de la superficie. Por lo tanto, el agua percolada estimula las reacciones de meteorización y ayuda a diferenciar los horizontes del suelo. Igualmente, una deficiencia de agua es un factor importante para determinar las características de los suelos de las regiones secas. Las sales solubles no se lixivian de estos suelos, y en algunos casos se acumulan a niveles que reducen el crecimiento de plantas y microbios. Los perfiles de suelo en regiones áridas y semiáridas también son aptos para acumular carbonatos y ciertos tipos de arcillas expansivas (calcrete o caliche horizontes). En suelos tropicales, cuando el suelo se ha visto privado de vegetación (por ejemplo, por deforestación) y se somete a una intensa evaporación, el movimiento capilar ascendente del agua, que ha disuelto sales de hierro y aluminio, es responsable de la formación de una capa dura superficial de laterita o bauxita, respectivamente, que es impropio para la cutivación, un caso conocido de degradación irreversible del suelo (lateritización, bauxitización).
Las influencias directas del clima incluyen:
- Una acumulación superficial de cal en áreas de baja precipitación como caliche
- Formación de suelos ácidos en áreas húmedas
- Erosión de suelos en laderas empinadas
- Deposición de materiales erosionados aguas abajo
- Muy intenso desgaste químico, lixiviación y erosión en regiones cálidas y húmedas donde el suelo no se congela
El clima afecta directamente la velocidad de erosión y lixiviación. El viento mueve la arena y partículas más pequeñas (polvo), especialmente en las regiones áridas donde hay poca cobertura vegetal, depositándola cerca o lejos de la fuente de arrastre. El tipo y la cantidad de precipitación influyen en la formación del suelo al afectar el movimiento de iones y partículas a través del suelo, y ayudan en el desarrollo de diferentes perfiles de suelo. Los perfiles de suelo son más distintos en climas húmedos y fríos, donde los materiales orgánicos pueden acumularse, que en climas húmedos y cálidos, donde los materiales orgánicos se consumen rápidamente. La efectividad del agua en la meteorización del material de roca madre depende de las fluctuaciones de temperatura estacionales y diarias, que favorecen los esfuerzos de tracción en minerales de roca y, por lo tanto, su desagregación mecánica, un proceso llamado fatiga térmica.. Por el mismo proceso, los ciclos de congelación-descongelación son un mecanismo efectivo que rompe rocas y otros materiales consolidados.
El clima también influye indirectamente en la formación del suelo a través de los efectos de la cubierta vegetal y la actividad biológica, que modifican las tasas de reacciones químicas en el suelo.
Topografía
La topografía, o relieve, se caracteriza por la inclinación (pendiente), la elevación y la orientación del terreno. La topografía determina la tasa de precipitación o escorrentía y la tasa de formación o erosión del perfil del suelo superficial. El entorno topográfico puede acelerar o retrasar el trabajo de las fuerzas climáticas.
Las pendientes empinadas fomentan la rápida pérdida de suelo por la erosión y permiten que entren menos precipitaciones al suelo antes de correr y, por lo tanto, poca deposición de minerales en los perfiles inferiores. En las regiones semiáridas, la menor precipitación efectiva en pendientes más pronunciadas también resulta en una cobertura vegetal menos completa, por lo que hay menos contribución de la planta a la formación del suelo. Por todas estas razones, las pendientes pronunciadas evitan que la formación de suelo llegue muy lejos de la destrucción del suelo. Por lo tanto, los suelos en terrenos empinados tienden a tener perfiles poco profundos y poco desarrollados en comparación con los suelos en los sitios más cercanos y de mayor nivel.
En los pantanos y depresiones donde el agua de escorrentía tiende a concentrarse, el regolito suele estar más profundamente degradado y el desarrollo del perfil del suelo es más avanzado. Sin embargo, en las posiciones más bajas del paisaje, el agua puede saturar el regolito a tal grado que el drenaje y la aireación están restringidos. Aquí, la meteorización de algunos minerales y la descomposición de la materia orgánica se retardan, mientras que la pérdida de hierro y manganeso se acelera. En tal topografía baja, se pueden desarrollar características de perfil especiales características de los humedales. Las depresiones permiten la acumulación de agua, minerales y materia orgánica y, en el extremo, los suelos resultantes serán pantanos salinos o turberas. La topografía intermedia ofrece las mejores condiciones para la formación de un suelo agrícola productivo.
Organismos
El suelo es el ecosistema más abundante en la Tierra, pero la gran mayoría de los organismos en el suelo son microbios, muchos de los cuales no han sido descritos. Puede haber un límite de población de alrededor de mil millones de células por gramo de suelo, pero las estimaciones del número de especies varían ampliamente de 50,000 por gramo a más de un millón por gramo de suelo. El número total de organismos y especies puede variar ampliamente según el tipo de suelo, la ubicación y la profundidad.
Las plantas, los animales, los hongos, las bacterias y los humanos afectan la formación del suelo (ver biomantol del suelo y stonelayer). Los animales del suelo, incluyendo la macrofauna del suelo y la mesofauna del suelo, mezclan los suelos a medida que forman madrigueras y poros, permitiendo que la humedad y los gases se muevan, un proceso llamado bioturbación. De la misma manera, las raíces de las plantas penetran en los horizontes del suelo y abren los canales al descomponerse. Las plantas con raíces pivotantes profundas pueden penetrar muchos metros a través de las diferentes capas de suelo para extraer nutrientes de un perfil más profundo. Las plantas tienen raíces finas que excretan compuestos orgánicos (azúcares, ácidos orgánicos, mucílegos), se desprenden de las células (en particular en su punta) y se descomponen fácilmente, agregando materia orgánica al suelo, un proceso llamado rizodeposición.. Los microorganismos, incluidos los hongos y las bacterias, efectúan intercambios químicos entre las raíces y el suelo y actúan como una reserva de nutrientes en un punto de acceso biológico del suelo llamada rizosfera. El crecimiento de las raíces a través del suelo estimula las poblaciones microbianas, estimulando a su vez la actividad de sus depredadores (notablemente la ameba), aumentando la tasa de mineralización, y en el último turno el crecimiento de la raíz, una retroalimentación positiva llamada bucle microbiano del suelo. Fuera de la influencia de la raíz, en la mayoría de las bacterias, la mayoría de las bacterias se encuentran en estado quieto, formando microagregados, es decir colonias mucilaginosas a las que se pegan partículas de arcilla, ofreciéndoles protección contra la desecación y depredación de la microfauna del suelo (protozoos y nematodos bacteriófagos). Los microagregados (20-250 μm) son ingeridos por la mesofauna y la macrofauna del suelo, y los cuerpos bacterianos son parcial o totalmente digeridos en sus entrañas.
Los humanos impactan en la formación del suelo al eliminar la cubierta vegetal con erosión, anegamiento, lateritización o podzolización (según el clima y la topografía) como resultado. Su labranza también combina las diferentes capas de suelo, reiniciando el proceso de formación del suelo a medida que el material menos erosionado se mezcla con las capas superiores más desarrolladas, lo que da como resultado un aumento neto del índice de meteorización mineral.
Las lombrices de tierra, las hormigas, las termitas, los topos, las ardillas, así como algunos milpiés y escarabajos tenebriónidos mezclan el suelo cuando se entierran, afectando significativamente la formación del suelo. Las lombrices ingieren partículas de tierra y residuos orgánicos, mejorando la disponibilidad de nutrientes de las plantas en el material que pasa a través de sus cuerpos. Airean y revuelven el suelo y crean agregados estables del suelo, después de haber interrumpido los enlaces entre las partículas del suelo durante el tránsito intestinal del suelo ingerido, lo que garantiza una fácil infiltración de agua. Además, a medida que las hormigas y termitas construyen montículos, transportan materiales del suelo de un horizonte a otro. Otras funciones importantes son cumplidas por las lombrices en el ecosistema del suelo, en particular su intensa producción de moco, tanto dentro del intestino como como un forro en sus galerías, ejercen un efecto primador sobre la microflora del suelo,
En general, la mezcla del suelo con las actividades de los animales, a veces llamada pedoturbación, tiende a deshacer o contrarrestar la tendencia de otros procesos de formación del suelo que crean horizontes distintos. Las termitas y las hormigas también pueden retrasar el desarrollo del perfil del suelo al desnudar grandes áreas de suelo alrededor de sus nidos, lo que conduce a una mayor pérdida de suelo por la erosión. Animales grandes como topos, topos y perros de la pradera se adentran en los horizontes inferiores del suelo, llevando materiales a la superficie. Sus túneles a menudo se abren a la superficie, fomentando el movimiento de agua y aire hacia las capas subsuperficiales. En áreas localizadas, mejoran la mezcla de los horizontes inferior y superior al crear, y luego rellenar, túneles subterráneos. Las madrigueras de animales viejos en los horizontes inferiores a menudo se llenan con material del suelo desde el horizonte A suprayacente,
La vegetación impacta los suelos de muchas maneras. Puede prevenir la erosión causada por la lluvia excesiva que podría resultar de la escorrentía superficial. Siembra sombra en los suelos, manteniéndola fresca y disminuyendo la evaporación de la humedad del suelo o, por el contrario, mediante la transpiración, las plantas pueden perder humedad, dando lugar a relaciones complejas y muy variables entre el índice de área foliar (medición de intercepción de luz) y la pérdida de humedad. en general, las plantas evitan que el suelo se seque durante los meses más secos mientras lo secan durante los meses más húmedos, actuando así como un amortiguador contra la fuerte variación de humedad. Las plantas pueden formar nuevos químicos que pueden degradar minerales, tanto directa como indirectamente a través de hongos micorrízicos y bacterias de la rizosfera, y mejorar la estructura del suelo. El tipo y cantidad de vegetación depende del clima, la topografía, características del suelo y factores biológicos, mediados o no por actividades humanas. Los factores del suelo como la densidad, la profundidad, la química, el pH, la temperatura y la humedad afectan en gran medida el tipo de plantas que pueden crecer en un lugar determinado. Las plantas muertas, las hojas caídas y los tallos comienzan su descomposición en la superficie. Allí, los organismos se alimentan de ellos y mezclan el material orgánico con las capas superiores del suelo; estos compuestos orgánicos añadidos se vuelven parte del proceso de formación del suelo.
Las actividades humanas influyen ampliamente en la formación del suelo. Por ejemplo, se cree que los nativos americanos regularmente provocan incendios para mantener varias áreas extensas de pastizales de las praderas en Indiana y Michigan, aunque también se defiende el clima y los herbívoros mamíferos (por ejemplo, bisontes) para explicar el mantenimiento de las Grandes Llanuras de América del Norte. En tiempos más recientes, la destrucción humana de la vegetación natural y la posterior labranza del suelo para la producción de cultivos ha modificado abruptamente la formación del suelo. Del mismo modo, el riego del suelo en una región árida influye drásticamente en los factores de formación del suelo, al igual que la adición de fertilizantes y cal a los suelos de baja fertilidad.
Hora
El tiempo es un factor en las interacciones de todo lo anterior. Mientras que una mezcla de arena, limo y arcilla constituye la textura de un suelo y la agregación de esos componentes produce peds, el desarrollo de un horizonte B distintivo marca el desarrollo de un suelo o pedogénesis. Con el tiempo, los suelos evolucionarán características que dependen de la interacción de los factores de formación de suelo enumerados anteriormente. Lleva décadas hasta varios miles de años para que un suelo desarrolle un perfil, aunque la noción de desarrollo del suelo ha sido criticada, ya que el suelo está en constante cambio bajo la influencia de factores fluctuantes que forman el suelo. Ese período de tiempo depende fuertemente del clima, el material de los padres, el alivio y la actividad biótica. Por ejemplo, el material recientemente depositado de una inundación no muestra desarrollo del suelo ya que no ha habido tiempo suficiente para que el material forme una estructura que defina más el suelo. La superficie original del suelo está enterrada, y el proceso de formación debe comenzar de nuevo para este depósito. Con el tiempo, el suelo desarrollará un perfil que depende de la intensidad de la biota y el clima. Si bien un suelo puede lograr una estabilidad relativa de sus propiedades durante períodos prolongados, el ciclo de vida del suelo finalmente termina en las condiciones del suelo que lo dejan vulnerable a la erosión. A pesar de la inevitabilidad del retroceso y la degradación del suelo, la mayoría de los ciclos del suelo son largos. Si bien un suelo puede lograr una estabilidad relativa de sus propiedades durante períodos prolongados, el ciclo de vida del suelo finalmente termina en las condiciones del suelo que lo dejan vulnerable a la erosión. A pesar de la inevitabilidad del retroceso y la degradación del suelo, la mayoría de los ciclos del suelo son largos. Si bien un suelo puede lograr una estabilidad relativa de sus propiedades durante períodos prolongados, el ciclo de vida del suelo finalmente termina en las condiciones del suelo que lo dejan vulnerable a la erosión. A pesar de la inevitabilidad del retroceso y la degradación del suelo, la mayoría de los ciclos del suelo son largos.
Los factores que forman el suelo continúan afectando a los suelos durante su existencia, incluso en paisajes "estables" que duran mucho tiempo, algunos durante millones de años. Los materiales se depositan en la parte superior o son soplados o lavados desde la superficie. Con adiciones, remociones y alteraciones, los suelos siempre están sujetos a nuevas condiciones. Si estos cambios son lentos o rápidos, depende del clima, la topografía y la actividad biológica.
Propiedades físicas
Las propiedades físicas de los suelos, en orden de importancia decreciente para los servicios del ecosistema, como la producción de cultivos, son textura, estructura, densidad aparente, porosidad, consistencia, temperatura, color y resistividad. La textura del suelo está determinada por la proporción relativa de los tres tipos de partículas minerales del suelo, llamadas tierras separadas: arena, limo y arcilla. En la siguiente escala más grande, las estructuras del suelo se llaman peds o más comúnmente agregados del suelo se crean a partir del suelo que se separa cuando los óxidos de hierro, carbonatos, arcilla, sílice y humus, recubren las partículas y hacen que se adhieran a estructuras secundarias más grandes y relativamente estables. La densidad aparente del suelo, cuando se determina en condiciones de humedad estandarizadas, es una estimación de la compactación del suelo. La porosidad del suelo consiste en la parte vacía del volumen del suelo y está ocupada por gases o agua. La consistencia del suelo es la capacidad de los materiales del suelo para mantenerse unidos. La temperatura y el color del suelo son autodefinidos. La resistividad se refiere a la resistencia a la conducción de corrientes eléctricas y afecta la velocidad de corrosión de estructuras metálicas y de concreto que están enterradas en el suelo. También ayuda a estimar la humedad del suelo. Estas propiedades varían a través de la profundidad del perfil del suelo, es decir, a través de los horizontes del suelo.
| Propiedad / comportamiento | Arena | Limo | Arcilla |
|---|---|---|---|
| Capacidad de retención de agua | Bajo | Medio a alto | Alto |
| Aireación | Bueno | Medio | Pobre |
| Tasa de drenaje | Alto | Lento a mediano | Muy lento |
| Nivel de materia orgánica del suelo | Bajo | Medio a alto | Alto a mediano |
| Descomposición de la materia orgánica | Rápido | Medio | Lento |
| Calentamiento en primavera | Rápido | Moderar | Lento |
| Compactabilidad | Bajo | Medio | Alto |
| Susceptibilidad a la erosión eólica | Moderado (Alto si es arena fina) | Alto | Bajo |
| Susceptibilidad a la erosión hídrica | Bajo (a menos que sea arena fina) | Alto | Bajo si se agrega, de lo contrario alto |
| Potencial de contracción / hinchamiento | Muy bajo | Bajo | Moderado a muy alto |
| Sellado de estanques, presas y vertederos | Pobre | Pobre | Bueno |
| Idoneidad para la labranza después de la lluvia | Bueno | Medio | Pobre |
| Potencial de lixiviación contaminante | Alto | Medio | Bajo (a menos que esté agrietado) |
| Capacidad de almacenar nutrientes de plantas | Pobre | Medio a alto | Alto |
| Resistencia al cambio de pH | Bajo | Medio | Alto |
Textura
Los componentes minerales del suelo son arena, limo y arcilla, y sus proporciones relativas determinan la textura del suelo. Las propiedades que están influenciadas por la textura del suelo incluyen la porosidad, la permeabilidad, la infiltración, la tasa de contracción-hinchazón, la capacidad de retención de agua y la susceptibilidad a la erosión. En el triángulo ilustrado de clasificación de texturas del USDA, el único suelo en el que no predomina arena, limo ni arcilla se denomina marga. Mientras que incluso la arena, el limo o la arcilla puros pueden considerarse suelos, desde la perspectiva de la agricultura convencional, un suelo franco con una pequeña cantidad de materia orgánica se considera "ideal", ya que los fertilizantes o el estiércol se usan actualmente para mitigar las pérdidas de nutrientes debido a rendimientos de cultivos a largo plazo. Los componentes minerales de un suelo franco pueden ser 40% arena, 40% limo y el resto 20% arcilla por peso.
La arena y el limo son productos de la erosión física y química de la roca madre; la arcilla, por otro lado, es el producto de la precipitación de la roca madre disuelta como un mineral secundario, excepto cuando se deriva de la erosión de la mica. Es la relación área superficial / volumen (área de superficie específica) de las partículas del suelo y las cargas eléctricas iónicas desequilibradas dentro de las que determinan su papel en la fertilidad del suelo, medida por su capacidad de intercambio catiónico. La arena es menos activa, tiene la superficie específica menos específica, seguida de limo; la arcilla es la más activa. El mayor beneficio de la arena para el suelo es que resiste la compactación y aumenta la porosidad del suelo, aunque esta propiedad solo representa arena pura, no arena mezclada con minerales más pequeños que llenan los vacíos entre los granos de arena. El limo es mineralógicamente parecido a la arena, pero con su área de superficie específica más alta es más activo química y físicamente que la arena. Pero es el contenido de arcilla del suelo, con su área superficial específica muy alta y generalmente gran cantidad de cargas negativas, lo que le da al suelo su alta capacidad de retención de agua y nutrientes. Los suelos arcillosos también resisten la erosión del viento y el agua mejor que los suelos limosos y arenosos, ya que las partículas se unen estrechamente entre sí, y eso con un fuerte efecto de mitigación de la materia orgánica.
La arena es el más estable de los componentes minerales del suelo; consiste en fragmentos de roca, principalmente partículas de cuarzo, que varían en tamaño de 2.0 a 0.05 mm (0.0787 a 0.0020 in) de diámetro. El limo tiene un tamaño de 0.05 a 0.002 mm (0.002 a 0.00008 in). La arcilla no se puede resolver con microscopios ópticos ya que sus partículas tienen un diámetro de 0.002 mm (7.9 × 10 in) o menos y un grosor de solo 10 angstroms (10 m). En suelos de textura media, la arcilla a menudo se lava hacia abajo a través del perfil del suelo (un proceso llamado eluviación) y se acumula en el subsuelo (un proceso llamado iluviación). No existe una relación clara entre el tamaño de los componentes minerales del suelo y su naturaleza mineralógica: las partículas de arena y limo pueden ser calcáreas y silíceas, mientras que la arcilla de textura (0.002 mm (7.9 ×10 in)) puede estar hecho de partículas de cuarzo muy finas, así como de minerales secundarios de varias capas. Los componentes minerales del suelo que pertenecen a una determinada clase de textura pueden compartir propiedades relacionadas con su área superficial específica (por ejemplo, retención de humedad) pero no las relacionadas con su composición química (por ejemplo, la capacidad de intercambio catiónico).
Los componentes del suelo de más de 2.0 mm (0.079 in) se clasifican como roca y grava y se eliminan antes de determinar los porcentajes de los componentes restantes y la clase de textura del suelo, pero se incluyen en el nombre. Por ejemplo, un suelo franco arenoso con un 20% de grava se denominaría franco arenoso de grava.
Cuando el componente orgánico de un suelo es sustancial, el suelo se llama suelo orgánico en lugar de suelo mineral. Un suelo se llama orgánico si:
- La fracción mineral es 0% de arcilla y la materia orgánica es 20% o más
- La fracción mineral es de 0% a 50% de arcilla y la materia orgánica está entre 20% y 30%
- La fracción mineral es 50% o más de arcilla y materia orgánica 30% o más.
Estructura
La aglomeración de los componentes texturales del suelo de arena, limo y arcilla hace que se formen agregados y la asociación adicional de esos agregados en unidades más grandes crea estructuras del suelo llamadas peds (una contracción de la palabra pedolito). La adhesión de los componentes texturales del suelo por sustancias orgánicas, óxidos de hierro, carbonatos, arcillas y sílice, la rotura de esos agregados de la expansión-contracción causada por los ciclos de congelación-descongelación y mojado-secado, y la acumulación de agregados por el suelo los animales, las colonias microbianas y las puntas de las raíces dan forma al suelo en distintas formas geométricas. Los peds evolucionan en unidades que tienen diversas formas, tamaños y grados de desarrollo. Un terrón de tierra, sin embargo, no es un ped, sino más bien una masa de suelo que resulta de la perturbación mecánica del suelo, como el cultivo. La estructura del suelo afecta la aireación, el movimiento del agua, conducción del calor, crecimiento de la raíz de la planta y resistencia a la erosión. El agua, a su vez, tiene un fuerte efecto en la estructura del suelo, directamente a través de la disolución y precipitación de minerales, la destrucción mecánica de los agregados (apagado) e indirectamente al promover el crecimiento de plantas, animales y microbios.
La estructura del suelo a menudo da pistas sobre su textura, contenido de materia orgánica, actividad biológica, evolución pasada del suelo, uso humano y las condiciones químicas y mineralógicas bajo las cuales se formó el suelo. Si bien la textura se define por el componente mineral de un suelo y es una propiedad innata del suelo que no cambia con las actividades agrícolas, la estructura del suelo puede mejorarse o destruirse mediante la elección y el calendario de las prácticas agrícolas.
Clases estructurales del suelo:
- Tipos: forma y disposición de peds
- Platy: los peds se aplanan uno encima del otro, de 1 a 10 mm de grosor. Se encuentra en el horizonte A de los suelos forestales y la sedimentación del lago.
- Prismático y columnar: los peds prismáticos son largos en la dimensión vertical, 10-100 mm de ancho. Los peds prismáticos tienen tapas planas, peds columnares tienen tapas redondeadas. Tienden a formarse en el horizonte B en suelos con alto contenido de sodio donde la arcilla se ha acumulado.
- Angulares y subangulares: los bloques compactos son cubos imperfectos, de 5-50 mm, angulares tienen bordes filosos, subangulares tienen bordes redondeados. Tienden a formarse en el horizonte B donde la arcilla se ha acumulado e indican una pobre penetración de agua.
- Granular y miga: Esferas esferoidales de poliedros, 1-10 mm, que a menudo se encuentran en el horizonte A en presencia de material orgánico. Las semillas de miga son más porosas y se consideran ideales.
- Clases: tamaño de peds cuyos rangos dependen del tipo anterior
- Muy fino o muy delgado: <1 mm platy y esférico; <5 mm en bloque; <10 mm prismlike.
- Fino o delgado: 1-2 mm platy, y esférico; 5-10 mm en bloque; 10-20 mm prismlike.
- Medio: 2-5 mm platy, granular; 10-20 mm en bloque; 20-50 prismlike.
- Grueso o grueso: 5-10 mm platy, granular; 20-50 mm en bloque; 50-100 mm prismlike.
- Muy grueso o muy grueso:> 10 mm platy, granular; > 50 mm en bloque; > 100 mm prismlike.
- Grados: es una medida del grado de desarrollo o cementación dentro de los peds que resulta en su fuerza y estabilidad.
- Débil: La cementación débil permite que los peds se deshagan en los tres componentes de textura, arena, limo y arcilla.
- Moderado: los peds no son distintos en el suelo no perturbado, pero cuando se eliminan se rompen en agregados, algunos agregados rotos y un poco de material no agregado. Esto se considera ideal.
- Fuerte: las teclas son distintas antes de eliminarse del perfil y no se rompen fácilmente.
- Sin estructura: el suelo está completamente cementado en una gran masa, como losas de arcilla o sin cementación, como la arena.
En la escala más grande, las fuerzas que dan forma a la estructura de un suelo son el resultado de la hinchazón y la contracción que inicialmente tienden a actuar en sentido horizontal, lo que provoca peds prismáticos orientados verticalmente. Este proceso mecánico se ejemplifica principalmente en el desarrollo de vertisoles. El suelo arcilloso, debido a su velocidad de secado diferencial con respecto a la superficie, inducirá grietas horizontales, reduciendo las columnas a bloques compactos. Las raíces, los roedores, los gusanos y los ciclos de congelación y descongelación dividen aún más a los peds en peds más pequeños de forma más o menos esférica.
En una escala más pequeña, las raíces de las plantas se extienden en espacios vacíos (macroporos) y eliminan el agua, lo que provoca un aumento de la macroporosidad y una disminución de la microporosidad, lo que disminuye el tamaño del agregado. Al mismo tiempo, los pelos radiculares y las hifas fúngicas crean túneles microscópicos que rompen los peds.
En una escala aún más pequeña, la agregación del suelo continúa a medida que las bacterias y los hongos emiten polisacáridos pegajosos que unen el suelo en semillas más pequeñas. La adición de materia orgánica cruda alimentada por bacterias y hongos fomenta la formación de esta estructura deseable del suelo.
En la escala más baja, la química del suelo afecta la agregación o dispersión de las partículas del suelo. Las partículas de arcilla contienen cationes polivalentes que dan a las caras de las capas de arcilla cargas negativas localizadas. Al mismo tiempo, los bordes de las placas de arcilla tienen una ligera carga positiva, lo que permite que los bordes se adhieran a las cargas negativas en las caras de otras partículas de arcilla o floculen (forman grumos). Por otro lado, cuando los iones monovalentes, como el sodio, invaden y desplazan los cationes polivalentes, debilitan las cargas positivas en los bordes, mientras que las cargas de superficie negativas se fortalecen relativamente. Esto deja una carga negativa en las caras de arcilla que repelen a la otra arcilla, haciendo que las partículas se separen, y al hacerlo defloccionan las suspensiones de arcilla. Como resultado, la arcilla se dispersa y se deposita en huecos entre peds, haciendo que esos se cierren De esta manera, la estructura abierta del suelo se destruye y el suelo se vuelve impenetrable para el aire y el agua. Tal suelo sódico (también llamado suelo haline) tiende a formar semillas cilíndricas cerca de la superficie.
Densidad
La densidad de partículas del suelo es típicamente de 2.60 a 2.75 gramos por cm y generalmente no cambia para un suelo dado. La densidad de partículas del suelo es menor para suelos con alto contenido de materia orgánica, y es más alta para suelos con alto contenido de óxidos de hierro. La densidad aparente del suelo es igual a la masa seca del suelo dividida por el volumen del suelo; es decir, incluye espacio aéreo y materiales orgánicos del volumen del suelo. De este modo, la densidad aparente del suelo es siempre menor que la densidad de partículas del suelo y es un buen indicador de la compactación del suelo. La densidad aparente del suelo de la marga cultivada es de aproximadamente 1,1 a 1,4 g / cm (para el agua de comparación es de 1,0 g / cm). A diferencia de la densidad de partículas, la densidad aparente del suelo es muy variable para un suelo dado, con una fuerte relación causal con la actividad biológica del suelo y las estrategias de manejo. Sin embargo, se ha demostrado que, dependiendo de la especie y el tamaño de sus agregados (heces), las lombrices pueden aumentar o disminuir la densidad aparente del suelo. Una densidad aparente menor por sí misma no indica la idoneidad para el crecimiento de la planta debido a la influencia confusa de la textura y estructura del suelo. Una alta densidad aparente es indicativa de la compactación del suelo o una mezcla de clases de texturas del suelo en las que pequeñas partículas llenan los vacíos entre las partículas más gruesas. De ahí la correlación positiva entre la dimensión fractal del suelo, considerada como un medio poroso, y su densidad aparente, que explica la pobre conductividad hidráulica del limo arcilloso limoso en ausencia de una estructura faunística. Una densidad aparente inferior por sí misma no indica la idoneidad para el crecimiento de la planta debido a la influencia de confusión de la textura y estructura del suelo. Una alta densidad aparente es indicativa de la compactación del suelo o una mezcla de clases de texturas del suelo en las que pequeñas partículas llenan los vacíos entre las partículas más gruesas. De ahí la correlación positiva entre la dimensión fractal del suelo, considerada como un medio poroso, y su densidad aparente, que explica la pobre conductividad hidráulica del limo arcilloso limoso en ausencia de una estructura faunística. Una densidad aparente inferior por sí misma no indica la idoneidad para el crecimiento de la planta debido a la influencia de confusión de la textura y estructura del suelo. Una alta densidad aparente es indicativa de la compactación del suelo o una mezcla de clases de texturas del suelo en las que pequeñas partículas llenan los vacíos entre las partículas más gruesas. De ahí la correlación positiva entre la dimensión fractal del suelo, considerada como un medio poroso, y su densidad aparente, que explica la pobre conductividad hidráulica del limo arcilloso limoso en ausencia de una estructura faunística.
| Tratamiento e identificación del suelo | Densidad a granel g / cm | Porcentaje de espacio poro |
|---|---|---|
| Suelo superficial labrado de un campo de algodón | 1.3 | 51 |
| Intersecciones traficadas donde las ruedas pasaron a la superficie | 1.67 | 37 |
| Bandeja de tráfico a 25 cm de profundidad | 1.7 | 36 |
| Suelo no disturbado debajo del pan de tráfico, suelo franco arcilloso | 1.5 | 43 |
| Suelo de limo limoso rocoso bajo bosque de álamo temblón | 1.62 | 40 |
| Suelo superficial de arena franca | 1.5 | 43 |
| Turba descompuesta | 0.55 | sesenta y cinco |
Porosidad
El espacio poroso es la parte del volumen masivo de suelo que no está ocupada por materia mineral u orgánica, sino que es un espacio abierto ocupado por gases o agua. En un suelo productivo de textura media, el espacio total de poro es típicamente alrededor del 50% del volumen del suelo. El tamaño de poro varía considerablemente; los poros más pequeños (criptoporas; <0.1 μm) retienen el agua con demasiada fuerza para que las usen las raíces de las plantas; el agua disponible para la planta se mantiene en ultramicroporas, microporos y mesoporos (0.1-75 μm); y los macroporos (> 75 μm) generalmente se llenan de aire cuando el suelo está en capacidad de campo.
La textura del suelo determina el volumen total de los poros más pequeños; los suelos arcillosos tienen poros más pequeños, pero un espacio de poro total más grande que las arenas, a pesar de una permeabilidad mucho más baja. La estructura del suelo tiene una gran influencia en los poros más grandes que afectan la aireación del suelo, la infiltración de agua y el drenaje. La labranza tiene el beneficio a corto plazo de aumentar temporalmente el número de poros de mayor tamaño, pero estos pueden degradarse rápidamente por la destrucción de la agregación del suelo.
La distribución del tamaño de poro afecta la capacidad de las plantas y otros organismos para acceder al agua y al oxígeno; los poros grandes y continuos permiten la transmisión rápida de aire, agua y nutrientes disueltos a través del suelo, y los poros pequeños almacenan el agua entre los eventos de lluvia o riego. La variación del tamaño de poro también divide el espacio de poro del suelo de tal forma que muchos organismos microbianos y faunísticos no compiten directamente entre sí, lo que puede explicar no solo la gran cantidad de especies presentes, sino también el hecho de organismos funcionalmente redundantes (organismos con el mismo nicho) pueden coexistir dentro del mismo suelo.
Consistencia
La consistencia es la capacidad del suelo para adherirse a sí mismo oa otros objetos (cohesión y adhesión, respectivamente) y su capacidad para resistir la deformación y la ruptura. Es de uso aproximado en la predicción de problemas de cultivo y la ingeniería de fundaciones. La consistencia se mide en tres condiciones de humedad: aire seco, húmedo y húmedo. En esas condiciones, la calidad de la consistencia depende del contenido de arcilla. En estado húmedo, se evalúan las dos cualidades de pegajosidad y plasticidad. La resistencia del suelo a la fragmentación y el desmoronamiento se evalúa en estado seco frotando la muestra. Su resistencia a las fuerzas de cizallamiento se evalúa en estado húmedo con la presión del pulgar y el dedo. Además, la consistencia cementada depende de la cementación por sustancias distintas a la arcilla, como el carbonato de calcio, sílice, óxidos y sales; el contenido de humedad tiene poco efecto en su evaluación. Las medidas de consistencia rayan en subjetivas en comparación con otras medidas como el pH, ya que emplean la sensación aparente del suelo en esos estados.
Los términos utilizados para describir la consistencia del suelo en tres estados de humedad y una última no afectada por la cantidad de humedad son los siguientes:
- Consistencia del suelo seco: suelto, suave, ligeramente duro, duro, muy duro, extremadamente duro
- Consistencia del suelo húmedo: suelto, muy friable, friable, firme, muy firme, extremadamente firme
- Consistencia del suelo húmedo: no pegajoso, ligeramente pegajoso, pegajoso, muy pegajoso; no plástico, ligeramente plástico, plástico, muy plástico
- Consistencia del suelo cementado: débilmente cementado, fuertemente cementado, endurecido (requiere martillazos para romperse)
La consistencia del suelo es útil para estimar la capacidad del suelo para soportar edificios y carreteras. A menudo se hacen medidas más precisas de la resistencia del suelo antes de la construcción.
Temperatura
La temperatura del suelo depende de la relación entre la energía absorbida y la perdida. El suelo tiene un rango de temperatura entre -20 a 60 ° C, con una temperatura media anual de -10 a 26 ° C según los biomas. La temperatura del suelo regula la germinación de la semilla, la ruptura de la latencia de la semilla, el crecimiento de la planta y la raíz y la disponibilidad de nutrientes. La temperatura del suelo tiene importantes variaciones estacionales, mensuales y diarias, las fluctuaciones en la temperatura del suelo son mucho más bajas al aumentar la profundidad del suelo. El mulching pesado (un tipo de cubierta del suelo) puede disminuir el calentamiento del suelo en verano y, al mismo tiempo, reducir las fluctuaciones en la temperatura de la superficie.
Muy a menudo, las actividades agrícolas deben adaptarse a las temperaturas del suelo al:
- maximizando la germinación y el crecimiento por el momento de la siembra (también determinado por el fotoperíodo)
- optimizar el uso de amoníaco anhidro aplicando al suelo por debajo de 10 ° C (50 ° F)
- evitando que las sacudidas y el descongelamiento debido a las heladas dañen los cultivos de raíces poco profundas
- prevenir el daño a la estructura del suelo deseable al congelar suelos saturados
- mejorar la absorción de fósforo por las plantas
Las temperaturas del suelo pueden elevarse mediante el secado de suelos o el uso de acolchados de plástico transparente. Las coberturas orgánicas reducen el calentamiento del suelo.
Existen varios factores que afectan la temperatura del suelo, como el contenido de agua, el color del suelo y el relieve (pendiente, orientación y elevación) y la cobertura del suelo (sombreado y aislamiento), además de la temperatura del aire. El color de la cubierta del suelo y sus propiedades aislantes tienen una gran influencia en la temperatura del suelo. El suelo más blanco tiende a tener un albedo más alto que una capa de suelo más negra, lo que fomenta que los suelos más blancos tengan temperaturas del suelo más bajas. El calor específico del suelo es la energía requerida para elevar la temperatura del suelo en 1 ° C. El calor específico del suelo aumenta a medida que aumenta el contenido de agua, ya que la capacidad calorífica del agua es mayor que la del suelo seco. El calor específico del agua pura es ~ 1 caloría por gramo, el calor específico del suelo seco es ~ 0.2 calorías por gramo, por lo tanto, el calor específico del suelo húmedo es ~ 0.2 a 1 caloría por gramo (0. 8 a 4.2 kJ por kilogramo). Además, se necesita una energía tremenda (~ 540 cal / g o 2260 kJ / kg) para evaporar el agua (conocido como el calor de vaporización). Como tal, el suelo húmedo por lo general se calienta más lentamente que el suelo seco; la superficie húmeda del suelo suele ser de 3 a 6 ° C más fría que la superficie seca del suelo.
El flujo de calor del suelo se refiere a la velocidad a la cual la energía térmica se mueve a través del suelo en respuesta a una diferencia de temperatura entre dos puntos en el suelo. La densidad del flujo de calor es la cantidad de energía que fluye a través del suelo por unidad de área por unidad de tiempo y tiene tanto magnitud como dirección. Para el caso simple de conducción dentro o fuera del suelo en la dirección vertical, que es más a menudo aplicable, la densidad del flujo de calor es:
En unidades SI
- es la densidad de flujo de calor, en SI las unidades son W • m
- es la conductividad de los suelos, W • m • K. La conductividad térmica a veces es constante, de lo contrario se utiliza un valor promedio de conductividad para la condición del suelo entre la superficie y el punto en profundidad.
- es la diferencia de temperatura (gradiente de temperatura) entre los dos puntos en el suelo entre los cuales se debe calcular la densidad del flujo de calor. En SI, las unidades son kelvin, K.
- es la distancia entre los dos puntos dentro del suelo, donde se miden las temperaturas y entre las cuales se calcula la densidad del flujo de calor. En SI las unidades son metros m, y donde x se mide positivo hacia abajo.
El flujo de calor está en la dirección opuesta al gradiente de temperatura, de ahí el signo menos. Es decir, si la temperatura de la superficie es más alta que a la profundidad x, el signo negativo dará como resultado un valor positivo para el flujo de calor q, y que se interpreta como el calor que se conduce al suelo.
| Componente | Conductividad térmica (W • m-1 • K-1) |
|---|---|
| Cuarzo | 8.8 |
| Arcilla | 2.9 |
| Materia orgánica | 0.25 |
| Agua | 0.57 |
| Hielo | 2.4 |
| Aire | 0.025 |
| Suelo seco | 0.2-0.4 |
| Tierra húmeda | 1-3 |
La temperatura del suelo es importante para la supervivencia y el crecimiento temprano de las plántulas. La temperatura del suelo afecta el carácter anatómico y morfológico de los sistemas de raíces. Todos los procesos físicos, químicos y biológicos en el suelo y las raíces se ven afectados en particular por el aumento de la viscosidad del agua y del protoplasma a bajas temperaturas. En general, los climas que no impiden la supervivencia y el crecimiento de la picea blanca sobre el suelo son suficientemente benignos para proporcionar temperaturas del suelo capaces de mantener sistemas de raíz de abeto blanco. En algunas partes del noroeste de la cordillera, abeto blanco ocurre en sitios de permafrost y aunque las raíces jóvenes no conglomeradas de coníferas pueden tener poca resistencia a la congelación, el sistema de raíz de abeto blanco en contenedor no se vio afectado por la exposición a una temperatura inferior a 30 ° C.
Las temperaturas óptimas para el crecimiento de la raíz del árbol varían entre 10 ° C y 25 ° C en general y para el abeto en particular. En plántulas de abeto blanco de 2 semanas de edad que luego se cultivaron durante 6 semanas en el suelo a temperaturas de 15 ° C, 19 ° C, 23 ° C, 27 ° C y 31 ° C; la altura del brote, el peso seco del tallo, el diámetro del tallo, la penetración de la raíz, el volumen de la raíz y el peso seco de la raíz alcanzaron máximos a 19 ° C.
Sin embargo, mientras que se han encontrado fuertes relaciones positivas entre la temperatura del suelo (5 ° C a 25 ° C) y el crecimiento en el álamo temblón y álamo balsámico, las especies de abeto blanco y otras han mostrado pocos o ningún cambio en el crecimiento al aumentar la temperatura del suelo. Tal insensibilidad a la baja temperatura del suelo puede ser común entre varias coníferas occidentales y boreales.
La mayoría de las amenazas están relacionadas con el deshielo del permafrost y los efectos de la reducción de existencias de carbono y el colapso del ecosistema.
Color
El color del suelo es a menudo la primera impresión que uno tiene al ver el suelo. Los colores llamativos y los patrones de contraste son especialmente notables. El Río Rojo del Sur transporta sedimentos erosionados de extensos suelos rojizos como Port Silt Loam en Oklahoma. El río Amarillo en China transporta sedimentos amarillos de los suelos de loess erosionados. Los molisoles en las Grandes Llanuras de América del Norte están oscurecidos y enriquecidos por materia orgánica. Podsols en bosques boreales tienen capas altamente contrastantes debido a la acidez y la lixiviación.
En general, el color está determinado por el contenido de materia orgánica, las condiciones de drenaje y el grado de oxidación. El color del suelo, si bien es fácil de discernir, tiene poco uso para predecir las características del suelo. Es útil para distinguir los límites de horizontes dentro de un perfil de suelo, determinar el origen del material parental del suelo, como una indicación de humedad y condiciones de anegamiento, y como un medio cualitativo para medir los contenidos orgánicos, de óxido de hierro y arcilla de los suelos. El color se registra en el sistema de color Munsell como por ejemplo 10YR3 / 4 Dusky Red , con 10YR como tono , 3 como valor y 4 como croma. Las dimensiones de color de Munsell (matiz, valor y croma) pueden promediarse entre muestras y tratarse como parámetros cuantitativos, mostrando correlaciones significativas con diversas propiedades del suelo y la vegetación.
El color del suelo está influenciado principalmente por la mineralogía del suelo. Muchos colores del suelo se deben a varios minerales de hierro. El desarrollo y distribución del color en un perfil de suelo es el resultado de la intemperie química y biológica, especialmente las reacciones redox. Como los minerales principales en el clima material del suelo del suelo, los elementos se combinan en compuestos nuevos y coloridos. El hierro forma minerales secundarios de color amarillo o rojo, la materia orgánica se descompone en compuestos húmicos negros y marrones, y el manganeso y el azufre pueden formar depósitos minerales negros. Estos pigmentos pueden producir diversos patrones de color dentro de un suelo. Las condiciones aeróbicas producen cambios de color uniformes o graduales, mientras que la reducción de los entornos (anaeróbicos) da como resultado un flujo de color rápido con patrones complejos moteados y puntos de concentración de color.
Resistividad
La resistividad del suelo es una medida de la capacidad del suelo para retardar la conducción de una corriente eléctrica. La resistividad eléctrica del suelo puede afectar la velocidad de corrosión galvánica de las estructuras metálicas en contacto con el suelo. Un mayor contenido de humedad o una mayor concentración de electrolito puede reducir la resistividad y aumentar la conductividad, lo que aumenta la tasa de corrosión. Los valores de resistividad del suelo típicamente varían de aproximadamente 1 a 100000 Ω • m, siendo los valores extremos para suelos salinos y suelos secos superpuestos a rocas cristalinas, respectivamente.
Agua
El agua que ingresa a un campo se elimina de un campo por escorrentía, drenaje, evaporación o transpiración. La escorrentía es el agua que fluye en la superficie hasta el borde del campo; el drenaje es el agua que fluye a través del suelo hacia abajo o hacia el borde del campo subterráneo; la pérdida de agua por evaporación de un campo es la parte del agua que se evapora a la atmósfera directamente desde la superficie del campo; La transpiración es la pérdida de agua del campo por su evaporación de la planta misma.
El agua afecta la formación del suelo, la estructura, la estabilidad y la erosión, pero es una preocupación principal con respecto al crecimiento de la planta. El agua es esencial para las plantas por cuatro razones:
- Constituye el 80% -95% del protoplasma de la planta.
- Es esencial para la fotosíntesis.
- Es el solvente en el que los nutrientes se transportan a, dentro y a través de la planta.
- Proporciona la turgencia por la cual la planta se mantiene en la posición adecuada.
Además, el agua altera el perfil del suelo disolviendo y volviendo a depositar los minerales, a menudo a niveles más bajos, y posiblemente dejando el suelo estéril en caso de lluvias y desagües extremos. En un suelo franco, los sólidos constituyen la mitad del volumen, el gas una cuarta parte del volumen y el agua, un cuarto del volumen del cual solo la mitad estará disponible para la mayoría de las plantas, con una fuerte variación de acuerdo con el potencial matricial.
Un campo inundado drenará el agua gravitacional bajo la influencia de la gravedad hasta que el adhesivo del agua y las fuerzas de cohesión resistan el drenaje adicional en cuyo punto se dice que alcanzó la capacidad de campo. En ese punto, las plantas deben aplicar succión para extraer agua de un suelo. El agua que las plantas pueden extraer del suelo se llama agua disponible. Una vez que el agua disponible se agota, la humedad restante se denomina agua no disponible ya que la planta no puede producir suficiente succión para extraer esa agua. Una planta debe producir succión que aumenta de cero para un campo inundado a 1/3 bar en condiciones de secano ( una barra es un poco menos de una presión atmosférica). A 15 bar de succión, punto de marchitez, las semillas no germinarán, las plantas comienzan a marchitarse y luego mueren. El agua se mueve en el suelo bajo la influencia de la gravedad, la ósmosis y la capilaridad.
La velocidad a la que un suelo puede absorber agua depende del suelo y sus otras condiciones. A medida que una planta crece, sus raíces primero eliminan el agua de los poros más grandes (macroporos). Pronto, los poros más grandes contienen solo aire, y el agua restante se encuentra solo en los poros de tamaño intermedio y más pequeño (microporos). El agua en los poros más pequeños está tan fuertemente adherida a las superficies de partículas que las raíces de las plantas no pueden arrancar. En consecuencia, no toda el agua del suelo está disponible para las plantas, con una fuerte dependencia de la textura. Cuando está saturado, el suelo puede perder nutrientes a medida que el agua se drena. El agua se mueve en un campo de drenaje bajo la influencia de la presión donde el suelo está localmente saturado y por la capilaridad tira a las partes más secas del suelo. La mayoría de las necesidades de agua de la planta provienen de la succión causada por la evaporación de las hojas de la planta (transpiración) y una fracción menor es suministrada por la succión creada por diferencias de presión osmótica entre el interior de la planta y la solución del suelo. Las raíces de las plantas deben buscar agua y crecer preferentemente en los micrositios del suelo más húmedo, pero algunas partes del sistema de raíces también pueden repeler partes secas del suelo. Una cantidad insuficiente de agua dañará el rendimiento de un cultivo. La mayor parte del agua disponible se usa en la transpiración para extraer nutrientes a la planta. La falta de agua dañará el rendimiento de un cultivo. La mayor parte del agua disponible se usa en la transpiración para extraer nutrientes a la planta. La falta de agua dañará el rendimiento de un cultivo. La mayor parte del agua disponible se usa en la transpiración para extraer nutrientes a la planta.
Fuerzas de retención de agua
El agua se retiene en un suelo cuando la fuerza adhesiva de atracción que tienen los átomos de hidrógeno del agua para el oxígeno de las partículas del suelo es más fuerte que las fuerzas de cohesión que el hidrógeno del agua siente por otros átomos de oxígeno del agua. Cuando un campo está inundado, el espacio de poro del suelo está completamente lleno de agua. El campo drenará bajo la fuerza de la gravedad hasta que alcance lo que se llama capacidad de campo, en cuyo punto los poros más pequeños se llenan con agua y los más grandes con agua y gases. La cantidad total de agua contenida cuando se alcanza la capacidad de campo es una función del área de superficie específica de las partículas del suelo. Como resultado, la arcilla alta y los suelos orgánicos altos tienen mayores capacidades de campo. La fuerza total requerida para extraer o empujar el agua fuera del suelo se denomina succión y generalmente se expresa en unidades de barras (10 pascales) que es solo un poco menor que la presión de una atmósfera. Alternativamente, pueden usarse los términos "tensión de humedad del suelo" o potencial de agua.
Clasificación de humedad
Las fuerzas con las que se mantiene el agua en los suelos determinan su disponibilidad para las plantas. Las fuerzas de adhesión retienen el agua fuertemente en las superficies minerales y de humus, y menos fuertemente en sí mismas por fuerzas de cohesión. La raíz de una planta puede penetrar en un volumen muy pequeño de agua que se adhiere al suelo e inicialmente puede atraer agua que solo queda ligeramente retenida por las fuerzas de cohesión. Pero a medida que la gota se reduce, las fuerzas de adhesión del agua a las partículas del suelo producen una succión cada vez más alta, finalmente hasta 15 bar. A 15 bar de succión, la cantidad de agua del suelo se llama punto de marchitez. En esa succión, la planta no puede sostener sus necesidades de agua, ya que la transpiración sigue perdiendo agua de la planta, la turgencia de la planta se pierde y se marchita. aunque el cierre de los estomas puede disminuir la transpiración y, por lo tanto, puede retrasar el marchitamiento por debajo del punto de marchitez, en particular bajo adaptación o aclimatación a la sequía. El siguiente nivel, llamado secado al aire, ocurre a una succión de 1000 bares. Finalmente, la condición de secado en horno se alcanza a 10.000 bar de succión. Todo el agua por debajo del porcentaje de marchitamiento se denomina agua no disponible.
Contenido de humedad del suelo
Cuando el contenido de humedad del suelo es óptimo para el crecimiento de la planta, el agua en los poros de tamaño grande e intermedio puede moverse en el suelo y ser fácilmente utilizada por las plantas. La cantidad de agua que queda en un suelo drenado para la capacidad del campo y la cantidad disponible son funciones del tipo de suelo. El suelo arenoso retendrá muy poca agua, mientras que la arcilla retendrá la cantidad máxima. El tiempo requerido para drenar un campo de condiciones inundadas para un suelo franco arcilloso que comienza en 43% de agua por peso hasta una capacidad de campo de 22% es de seis días, mientras que un suelo de arena inundado a su máximo de 22% de agua tomará dos días para alcanzar una capacidad de campo de 11% de agua. El agua disponible para el loam arcilloso podría ser del 11%, mientras que para el loam de arena podría ser solo del 8% en peso.
| Textura de la tierra | Wilting Point | Capacidad de campo | Capacidad de agua disponible | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Agua por pie de profundidad del suelo | Agua por pie de profundidad del suelo | Agua por pie de profundidad del suelo | ||||
| % | en. | % | en. | % | en. | |
| Arena mediana | 1.7 | 0.3 | 6.8 | 1.2 | 5.1 | 0.9 |
| Arena fina | 2.3 | 0.4 | 8.5 | 1.5 | 6.2 | 1.1 |
| Suelo franco arenoso | 3.4 | 0.6 | 11.3 | 2.0 | 7.9 | 1.4 |
| Franco arenoso fino | 4.5 | 0.8 | 14.7 | 2.6 | 10.2 | 1.8 |
| Marga | 6.8 | 1.2 | 18.1 | 3.2 | 11.3 | 2.0 |
| Lodo limoso | 7.9 | 1.4 | 19.8 | 3.5 | 11.9 | 2.1 |
| Suelo franco arcilloso | 10.2 | 1.8 | 21.5 | 3.8 | 11.3 | 2.0 |
| Arcilla | 14.7 | 2.6 | 22.6 | 4.0 | 7.9 | 1.4 |
Los anteriores son valores promedio para las texturas del suelo ya que los porcentajes de arena, limo y arcilla varían.
Flujo de agua
El agua se mueve a través del suelo debido a la fuerza de la gravedad, la ósmosis y la capilaridad. Con una succión de la barra de cero a un tercio, el agua es empujada a través del suelo desde el punto de su aplicación bajo la fuerza de la gravedad y el gradiente de presión creado por la presión del agua; esto se llama flujo saturado. En una succión más alta, el movimiento del agua se lleva a cabo por capilaridad desde el suelo más húmedo hacia el más seco. Esto es causado por la adhesión del agua a los sólidos del suelo, y se llama flujo insaturado.
La infiltración y el movimiento del agua en el suelo está controlado por seis factores:
- Textura de la tierra
- Estructura del suelo Los suelos de textura fina con estructura granular son los más favorables para la infiltración de agua.
- La cantidad de materia orgánica. La materia gruesa es la mejor y si en la superficie ayuda a prevenir la destrucción de la estructura del suelo y la creación de costras.
- Profundidad del suelo a capas impermeables, como capas duras o roca madre
- La cantidad de agua que ya está en el suelo
- Temperatura del suelo Los suelos cálidos absorben más rápido el agua, mientras que los suelos congelados pueden no ser capaces de absorberse según el tipo de congelación.
Las tasas de infiltración de agua oscilan entre 0.25 cm (0.098 in) por hora para suelos de arcilla alta a 2.5 cm (0.98 in) por hora para arena y estructuras de suelo bien estabilizadas y agregadas. El agua fluye a través del suelo de forma desigual, en forma de los llamados "dedos de la gravedad", debido a la tensión superficial entre las partículas de agua.
Las raíces de los árboles, ya sean vivas o muertas, crean canales preferenciales para el flujo del agua de lluvia a través del suelo, aumentando las tasas de infiltración de agua hasta 27 veces.
Las inundaciones aumentan temporalmente la permeabilidad del suelo en los lechos de los ríos, lo que ayuda a recargar los acuíferos.
Saturado
El agua aplicada a un suelo es empujada por gradientes de presión desde el punto de su aplicación, donde se satura localmente, a áreas menos saturadas, como la zona vadosa. Una vez que el suelo está completamente mojado, cualquier cantidad de agua se moverá hacia abajo o se filtrará fuera del rango de las raíces de las plantas, llevando consigo arcilla, humus, nutrientes, principalmente cationes y diversos contaminantes, incluidos pesticidas, contaminantes, virus y bacterias, que pueden causar contaminación del agua subterránea. En orden de solubilidad decreciente, los nutrientes lixiviados son:
- Calcio
- Magnesio, azufre, potasio; dependiendo de la composición del suelo
- Nitrógeno; generalmente poco, a menos que se aplicara fertilizante de nitrato recientemente
- Fósforo; muy poco ya que sus formas en el suelo son de baja solubilidad.
En los Estados Unidos, el agua filtrada debido a la lluvia varía desde cero pulgadas justo al este de las Montañas Rocosas hasta veinte o más pulgadas en los Montes Apalaches y la costa norte del Golfo de México.
Insaturado
La física del suelo (modelo de tipo Darcy) predice que en succiones de menos de un tercio de la barra, el agua se mueve teóricamente en todas las direcciones a través del flujo insaturado a una velocidad que depende del cuadrado del diámetro de los poros llenos de agua, pero hay todavía no es una teoría física adecuada que vincule todos los tipos de flujo de agua en el suelo. El flujo preferencial ocurre a lo largo de macroporos interconectados, grietas, canales de raíces y gusanos, que drenan el agua por gravedad. El agua también se tira por acción capilar debido a la fuerza de adhesión del agua a los sólidos del suelo, produciendo un gradiente de succión de suelo húmedo a más seco y de macroporos a microporos. El flujo de agua (también llamado conductividad hidráulica) es principalmente del suelo de textura gruesa a horizontes de suelo de textura fina y es más lento en suelos de textura fina como la arcilla.
Absorción de agua por las plantas
De igual importancia para el almacenamiento y movimiento del agua en el suelo es el medio por el cual las plantas lo adquieren y sus nutrientes. Las plantas absorben la mayor parte del agua del suelo como absorción pasiva causada por la fuerza de tracción del agua que se evapora (transpira) desde la larga columna de agua (flujo de savia del xilema) que conduce desde las raíces hasta las hojas, según la teoría de la tensión de cohesión . El movimiento ascendente de agua y solutos (levantamiento hidráulico) está regulado en las raíces por la endodermis y en el follaje de la planta por la conductancia estomática, y puede interrumpirse en la raíz y disparar vasos de xilema por cavitación, también llamada embolia del xilema. Además, la alta concentración de sales dentro de las raíces de las plantas crea un gradiente de presión osmótica que empuja el agua del suelo hacia las raíces. La absorción osmótica se vuelve más importante durante los tiempos de baja transpiración del agua causada por temperaturas más bajas (por ejemplo, de noche) o alta humedad, y lo contrario ocurre a alta temperatura o baja humedad. Es este proceso el que causa la deglución y la marchitez, respectivamente.
La extensión de la raíz es vital para la supervivencia de la planta. Un estudio de una sola planta de centeno de invierno cultivada durante cuatro meses en un pie cúbico de suelo franco mostró que la planta desarrolló 13,800,000 raíces, un total de 385 millas de largo con 2,550 pies cuadrados de área de superficie; y 14 mil millones de raíces de pelo de 6,600 millas de longitud total y 4,320 pies cuadrados de área total; para una superficie total de 6,870 pies cuadrados (83 pies cuadrados). La superficie total del suelo franco se estimó en 560,000 pies cuadrados. En otras palabras, las raíces estuvieron en contacto con solo el 1.2% del suelo. Sin embargo, la extensión de raíz debe verse como un proceso dinámico, permitiendo que nuevas raíces exploren un nuevo volumen de suelo cada día, aumentando dramáticamente el volumen total de suelo explorado durante un período de crecimiento determinado y, por lo tanto, el volumen de agua absorbida por la raíz sistema durante este período.
Las raíces deben buscar agua ya que el flujo de agua no saturada en el suelo puede moverse solo a una velocidad de hasta 2.5 cm (una pulgada) por día; como resultado, están muriendo y creciendo constantemente mientras buscan altas concentraciones de humedad en el suelo. Una humedad del suelo insuficiente, hasta el punto de causar marchitez, causará daños permanentes y los rendimientos de los cultivos sufrirán. Cuando el sorgo granuloso estuvo expuesto a una succión del suelo tan baja como 13.0 bar durante la emergencia de la cabeza de la semilla a través de las etapas de crecimiento de la floración y la semilla, su producción se redujo en un 34%.
Uso consuntivo y eficiencia en el uso del agua
Solo una pequeña fracción (0.1% a 1%) del agua utilizada por una planta se mantiene dentro de la planta. La mayoría se pierde en última instancia por transpiración, mientras que la evaporación de la superficie del suelo también es sustancial, la relación de transpiración: evaporación varía según el tipo de vegetación y el clima, alcanzando su máximo en bosques tropicales y sumergiéndose en estepas y desiertos. La transpiración más la pérdida evaporativa de humedad del suelo se llama evapotranspiración. La evapotranspiración más el agua almacenada en la planta totaliza el uso consuntivo, que es casi idéntico a la evapotranspiración.
El agua total utilizada en un campo agrícola incluye escorrentía superficial, drenaje y uso consuntivo. El uso de acolchados sueltos reducirá las pérdidas por evaporación durante un período después de regar un campo, pero al final la pérdida evaporativa total (planta más suelo) se aproximará a la de un suelo descubierto, mientras que más agua estará inmediatamente disponible para el crecimiento de la planta. La eficiencia del uso del agua se mide por la relación de transpiración, que es la relación entre el agua total transpirada por una planta y el peso seco de la planta cosechada. Las proporciones de transpiración para cultivos oscilan entre 300 y 700. Por ejemplo, la alfalfa puede tener una tasa de transpiración de 500 y, como resultado, 500 kilogramos de agua producirán un kilogramo de alfalfa seca.
Atmósfera
La atmósfera del suelo, o gas del suelo, es radicalmente diferente de la atmósfera anterior. El consumo de oxígeno por los microbios y las raíces de las plantas, y su liberación de dióxido de carbono, disminuyen el oxígeno y aumentan la concentración de dióxido de carbono. La concentración atmosférica de CO 2 es de 0.04%, pero en el espacio de poro del suelo puede variar de 10 a 100 veces ese nivel, lo que puede contribuir a la inhibición de la respiración de la raíz. En niveles extremos, el CO 2 es tóxico. Esto sugiere un posible control de realimentación negativa del CO 2 del suelo concentración a través de sus efectos inhibidores sobre la respiración de raíz y microbiana (también llamada 'respiración del suelo'). Además, los huecos del suelo están saturados de vapor de agua, al menos hasta el punto de máxima higroscopicidad, más allá del cual se produce un déficit de presión de vapor en el espacio de poro del suelo. La porosidad adecuada es necesaria, no solo para permitir la penetración de agua, sino también para permitir que los gases se difundan dentro y fuera. El movimiento de los gases se produce por difusión desde altas concentraciones a menores, el coeficiente de difusión disminuye con la compactación del suelo. El oxígeno de la atmósfera superior se difunde en el suelo donde se consume y los niveles de dióxido de carbono en exceso de la atmósfera superior se difunden con otros gases (incluidos los gases de efecto invernadero) y con agua. La textura y la estructura del suelo afectan fuertemente la porosidad del suelo y la difusión del gas. Es el espacio poroso total (porosidad) del suelo, no el tamaño de poro y el grado de interconexión de poro (o por el contrario sellado de poro), junto con el contenido de agua, turbulencia de aire y temperatura, que determinan la velocidad de difusión de gases y fuera del suelo. La estructura del suelo y la compactación del suelo (baja porosidad) impiden el flujo de gas, y una deficiencia de oxígeno puede alentar a las bacterias anaerobias a reducir (eliminar el oxígeno) del nitrato. NO3 a los gases N 2 , N 2 O y NO, que luego se pierden en la atmósfera, agotando así el suelo de nitrógeno. El suelo aireado también es un sumidero neto de metano CH 4 pero un productor neto de metano (un fuerte gas de efecto invernadero que absorbe calor) cuando los suelos se agotan de oxígeno y están sujetos a temperaturas elevadas.
La atmósfera del suelo también es la sede de las emisiones de volátiles distintos de los óxidos de carbono y nitrógeno de diversos organismos del suelo, por ejemplo, raíces, bacterias, hongos y animales. Estos volátiles a menudo se utilizan como señales químicas, haciendo que la atmósfera del suelo sea el asiento de las redes de interacción, jugando un papel decisivo en la dinámica y la estabilidad de los ecosistemas del suelo. Los compuestos orgánicos volátiles biogénicos del suelo se intercambian con la atmósfera de la superficie, en la cual son solo 1-2 órdenes de magnitud más bajas que las de la vegetación aérea.
Composición
Las partículas del suelo se pueden clasificar por su composición química (mineralogía) y por su tamaño. La distribución del tamaño de partícula de un suelo, su textura, determina muchas de las propiedades de ese suelo, pero la mineralogía de esas partículas puede modificar fuertemente esas propiedades. La mineralogía de las partículas de tierra más finas, la arcilla, es especialmente importante.
Grava, arena y limo
Grava, arena y limo son las partículas de suelo más grandes, y su mineralogía a menudo se hereda del material original del suelo, pero puede incluir productos de meteorización (como concreciones de carbonato de calcio u óxido de hierro) o residuos de plantas y animales (como los fitolitos de sílice). El cuarzo es el mineral más común en la fracción de arena o limo ya que es resistente a la intemperie química; otros minerales comunes son feldespatos, micas y minerales ferromagnesianos como piroxenos, anfíboles y olivinos.
Coloides minerales; arcillas del suelo
Debido a su alta área de superficie específica y sus cargas negativas desequilibradas, la arcilla es el componente mineral más activo del suelo. Es un material coloidal y más a menudo cristalino. En los suelos, la arcilla es una clase de textura del suelo y se define en un sentido físico como cualquier partícula mineral de menos de 2 μm (8 × 10 pulgadas ) de diámetro efectivo. Muchos minerales del suelo, como yeso, carbonatos o cuarzo, son lo suficientemente pequeños como para clasificarlos como arcilla en función de su tamaño físico, pero químicamente no ofrecen la misma utilidad que los minerales de arcilla. Químicamente, la arcilla es una gama de minerales con ciertas propiedades reactivas.
Antiguamente se pensaba que las partículas de cuarzo, feldespato, mica, hornblenda o augita eran muy pequeñas, pero ahora se sabe que (con la excepción de las arcillas a base de mica) un precipitado con una composición mineralógica que depende de, pero es diferente de sus materiales principales y se clasifica como un mineral secundario. El tipo de arcilla que se forma es una función del material principal y la composición de los minerales en solución. Los minerales de arcilla continúan formándose mientras exista el suelo. Las arcillas basadas en mica resultan de una modificación del mineral de mica primaria de tal manera que se comporta y se clasifica como arcilla. La mayoría de las arcillas son cristalinas, pero algunas son amorfas. Las arcillas de un suelo son una mezcla de varios tipos de arcilla, pero predomina un tipo.
Hay cuatro grupos de arcilla: silicatos en capas; silicatos de cadena cristalina; óxidos e hidróxidos y oxi-óxidos metálicos; y amorfo; y alófanos. La mayoría de las arcillas son cristalinas y la mayoría están formadas por tres o cuatro planos de oxígeno unidos por planos de aluminio y silicio por medio de enlaces iónicos que forman una sola capa de arcilla. La disposición espacial de los átomos de oxígeno determina la estructura de la arcilla. La mitad del peso de la arcilla es oxígeno, pero en una base de volumen, el oxígeno es el noventa por ciento. Las capas de arcilla a veces se mantienen juntas a través de enlaces de hidrógeno o puentes de potasio y como resultado se hinchará menos en presencia de agua. Otras arcillas, como la montmorillonita, tienen capas que están sueltas y se hincharán mucho cuando el agua interviene entre las capas.
Hay cuatro grupos de arcillas:
- Capa Arcillas de alumino-sílice cristalinas : montmorillonita, illita, vermiculita, clorita, caolinita.
- Cristalina de cadena carbonato y minerales de sulfato : calcita (CaCO 3 ), dolomita (CaMg (CO 3 ) 2 ) y el yeso (CaSO 4 • 2H2O).
- Arcillas amorfas : mezclas jóvenes de sílice (SiO2 - OH) y alúmina (Al (OH) 3 ) que no han tenido tiempo de formar cristales regulares.
- Arcillas de sesquióxido : arcillas viejas y altamente lixiviadas que dan como resultado óxidos de hierro, aluminio y titanio.
Arcillas de aluminio-sílice
Arcillas de aluminio-sílice se caracterizan por su estructura cristalina regular. El oxígeno en los enlaces iónicos con el silicio forma una coordinación tetraédrica (silicio en el centro) que a su vez forma láminas de sílice. Dos láminas de sílice están unidas entre sí por un plano de aluminio que forma una coordinación octaédrica, llamada alúmina, con los oxígenos de la lámina de sílice de arriba y debajo. Los iones hidroxilo (OH) a veces sustituyen al oxígeno. Durante el proceso de formación de arcilla, Al puede sustituir al Si en la capa de sílice, y tanto como una cuarta parte del aluminio Al puede ser sustituido por Zn, Mg o Fe en la capa de alúmina. La sustitución de cationes de baja valencia por cationes de mayor valencia (sustitución isomorfa) proporciona a la arcilla una carga local negativa en un átomo de oxígeno que atrae y retiene el agua y los cationes del suelo cargados positivamente. algunos de los cuales son valiosos para el crecimiento de las plantas. La sustitución isomorfa ocurre durante la formación de la arcilla y no cambia con el tiempo.
- La arcilla montmorillonita está compuesta de cuatro planos de oxígeno con dos silicio y un plano central de aluminio interviniendo. Se dice que la arcilla de montmorillonita de aluminosilicato tiene una relación de 2: 1 de silicio a aluminio. Los siete planos juntos forman un solo cristal de montmorillonita. Los cristales se mantienen débilmente juntos y el agua puede intervenir, causando que la arcilla se hinche hasta diez veces su volumen seco. Ocurre en suelos que han tenido poca lixiviación, por lo tanto se encuentra en regiones áridas. Como los cristales no están unidos cara a cara, toda la superficie está expuesta y disponible para las reacciones superficiales, por lo tanto, tiene una alta capacidad de intercambio de cationes (CEC).
- Illite es una arcilla 2: 1 de estructura similar a la montmorillonita, pero tiene puentes de potasio entre las caras de los cristales de arcilla y el grado de hinchazón depende del grado de meteorización del potasio. El área superficial activa se reduce debido a los enlaces de potasio. Illite se origina en la modificación de la mica, un mineral primario. A menudo se encuentra junto con montmorillonita y sus minerales principales. Tiene CEC moderado.
- La vermiculita es una arcilla a base de mica similar a la illita, pero los cristales de arcilla se mantienen juntos más libremente por el magnesio hidratado y se hinchará, pero no tanto como la montmorillonita. Tiene CEC muy alto.
- La clorita es similar a la vermiculita, pero la unión suelta ocasionada por el magnesio hidratado ocasional, como en la vermiculita, se reemplaza por una lámina de magnesio hidratado, que une firmemente los planos por encima y por debajo. Tiene dos planos de silicio, uno de aluminio y uno de magnesio; por lo tanto, es una arcilla 2: 2. El clorito no se hincha y tiene CEC bajo.
- La caolinita es muy común, es una arcilla altamente erosionada y más común que la montmorillonita en suelos ácidos. Tiene un avión de sílice y uno de alúmina por cristal; por lo tanto, es una arcilla de tipo 1: 1. Un plano de sílice de montmorillonita se disuelve y se reemplaza por hidroxilos, que producen fuertes enlaces de hidrógeno con el oxígeno en el siguiente cristal de arcilla. Como resultado, la caolinita no se hincha en el agua y tiene una superficie específica baja, y como casi no ha ocurrido sustitución isomorfa, tiene un CEC bajo. Donde la lluvia es alta, los suelos ácidos lixivian selectivamente más sílice que la alúmina de las arcillas originales, dejando caolinita. Incluso una meteorización más intensa da como resultado arcillas de sesquióxido.
Arcillas de cadena cristalina
Los minerales de carbonato y sulfato son mucho más solubles y, por lo tanto, se encuentran principalmente en suelos desérticos donde la lixiviación es menos activa.
Arcillas amorfas
Las arcillas amorfas son jóvenes y se encuentran comúnmente en cenizas volcánicas. Son mezclas de alúmina y sílice que no han formado la forma cristalina ordenada de las arcillas de alumino-sílice que proporcionaría el tiempo. La mayoría de sus cargas negativas provienen de los iones de hidroxilo, que pueden ganar o perder un ion de hidrógeno (H) en respuesta al pH del suelo, de tal forma que amortigua el pH del suelo. Pueden tener una carga negativa proporcionada por el ion hidroxilo (OH) unido, que puede atraer un catión, o perder el hidrógeno del hidroxilo a la solución y mostrar una carga positiva que puede atraer aniones. Como resultado, pueden mostrar una CEC alta en una solución de suelo ácido o una alta capacidad de intercambio aniónico en una solución básica de suelo.
Arcillas de sesquióxido
Las arcillas sesquióxido son producto de fuertes lluvias que han lixiviado la mayor parte de la sílice de la arcilla alumino-sílice, dejando los óxidos menos solubles hierro hematita (Fe 2 O 3 ), hidróxido de hierro (Fe (OH) 3 ), hidróxido de aluminio gibbsita (Al (OH) 3 ), hidratado birnessita de manganeso (MnO 2 ). Se necesitan cientos de miles de años de lixiviación para crear arcillas sesquióxido. Sesqui es en latín "una y media": hay tres partes de oxígeno en dos partes de hierro o aluminio; por lo tanto, la relación es de uno y medio (no es cierto para todos). Están hidratados y actúan como amorfos o cristalinos. No son pegajosos y no se hinchan, y los suelos altos en ellos se comportan de manera similar a la arena y pueden pasar agua rápidamente. Pueden contener grandes cantidades de fosfatos. Sesquioxides tienen CEC bajo pero son capaces de contener aniones y cationes. Dichos suelos varían de amarillo a rojo. Tales arcillas tienden a contener el fósforo tan fuertemente que no está disponible para la absorción de las plantas.
Coloides orgánicos
El humus es el estado final de descomposición de la materia orgánica. Si bien puede durar miles de años, a mayor escala de la edad de los componentes del suelo mineral, es temporal. Está compuesto de ligninas muy estables (30%) y azúcares complejos (poliurónidos, 30%), proteínas (30%), ceras y grasas que son resistentes a la descomposición de los microbios. Su análisis químico es 60% de carbono, 5% de nitrógeno, algo de oxígeno y el resto de hidrógeno, azufre y fósforo. Sobre una base de peso seco, el CEC de humus es muchas veces mayor que el de la arcilla.
Carbono y terra preta
En el ambiente extremo de las altas temperaturas y la lixiviación causada por la fuerte lluvia de los bosques lluviosos tropicales, la arcilla y los coloides orgánicos se destruyen en gran parte. Las fuertes lluvias lavan las arcillas de aluminosilicato del suelo, dejando solo arcillas sesquióxido de bajo CEC. Las altas temperaturas y la humedad permiten que las bacterias y hongos virtualmente disuelvan cualquier materia orgánica en el suelo del bosque lluvioso durante la noche y gran parte de los nutrientes se volatilizan o lixivian del suelo y se pierden. Sin embargo, el carbón en forma de carbón es mucho más estable que los coloides del suelo y es capaz de realizar muchas de las funciones de los coloides del suelo de los suelos subtropicales. El suelo que contiene cantidades sustanciales de carbón, de origen antropogénico, se llama terra preta. La investigación sobre Terra Preta todavía es joven pero prometedora. Períodos de barbecho "
Química
La química de un suelo determina su capacidad de suministrar nutrientes de plantas disponibles y afecta sus propiedades físicas y la salud de su población microbiana. Además, la química del suelo también determina su corrosividad, estabilidad y capacidad para absorber contaminantes y filtrar el agua. Es la química de la superficie de los coloides minerales y orgánicos la que determina las propiedades químicas del suelo. "Un coloide es una partícula pequeña, insoluble, no difusible, más grande que una molécula, pero lo suficientemente pequeña para permanecer suspendida en un medio fluido sin sedimentación. La mayoría de los suelos contienen partículas coloidales orgánicas llamadas humus y partículas coloidales inorgánicas de las arcillas". El área de superficie específica muy alta de los coloides y sus cargas netas, le da al suelo su capacidad de mantener y liberar iones. Los sitios cargados negativamente en los coloides atraen y liberan cationes en lo que se conoce como intercambio de cationes. La capacidad de intercambio catiónico (CEC) es la cantidad de cationes intercambiables por unidad de peso de suelo seco y se expresa en términos de miliequivalentes de iones cargados positivamente por cada 100 gramos de suelo (o centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo;c / kg). De manera similar, los sitios con carga positiva en los coloides pueden atraer y liberar aniones en el suelo, lo que proporciona la capacidad de intercambio aniónico del suelo (AEC).
Intercambio de cationes y aniones
El intercambio de cationes, que tiene lugar entre los coloides y el agua del suelo, amortigua (modera) el pH del suelo, altera la estructura del suelo y purifica el agua de infiltración mediante la adsorción de cationes de todo tipo, tanto útiles como perjudiciales.
Las cargas negativas o positivas en las partículas coloidales les permiten contener cationes o aniones, respectivamente, en sus superficies. Los cargos son el resultado de cuatro fuentes.
- La sustitución isomorfa se produce en la arcilla durante su formación, cuando los cationes de baja valencia sustituyen a los cationes de mayor valencia en la estructura cristalina. Las sustituciones en las capas más externas son más efectivas que las capas más internas, ya que la fuerza de carga cae como el cuadrado de la distancia. El resultado neto es átomos de oxígeno con carga neta negativa y la capacidad de atraer cationes.
- Los átomos de oxígeno del borde de la arcilla no están en equilibrio iónico ya que las estructuras tetraédricas y octaédricas están incompletas.
- Los hidroxilos pueden sustituir a los oxígenos de las capas de sílice. Cuando los hidrógenos de los hidroxilos de arcilla se ionizan en solución, dejan el oxígeno con una carga negativa.
- Los hidrógenos de los grupos hidroxilo de humus pueden ionizarse en solución, dejando un oxígeno con una carga negativa.
Los cationes mantenidos en los coloides con carga negativa se resisten a ser arrastrados hacia abajo por el agua y fuera del alcance de las raíces de las plantas, preservando así la fertilidad de los suelos en áreas de lluvia moderada y bajas temperaturas.
Hay una jerarquía en el proceso de intercambio de cationes en los coloides, ya que difieren en la fuerza de adsorción del coloide y, por lo tanto, en su capacidad para reemplazarse entre sí. Si está presente en cantidades iguales en la solución de agua del suelo:
Al reemplaza H reemplaza Ca reemplaza Mg reemplaza K igual que NH reemplaza a Na
Si se agrega un catión en grandes cantidades, puede reemplazar a los otros por la fuerza de sus números. Esto se llama acción masiva. Esto es en gran parte lo que ocurre con la adición de fertilizante.
A medida que la solución del suelo se vuelve más ácida (pH bajo y una abundancia de H), los otros cationes más débilmente unidos a los coloides son empujados a la solución ya que los iones de hidrógeno ocupan esos sitios. Un pH bajo puede hacer que el hidrógeno de los grupos hidroxilo se arrastre a la solución, dejando sitios cargados en el coloide disponibles para ser ocupados por otros cationes. Esta ionización de grupos hidroxilo en la superficie de los coloides del suelo crea lo que se describe como cargas dependientes del pH. A diferencia de las cargas permanentes desarrolladas por la sustitución isomorfa, las cargas dependientes del pH son variables y aumentan al aumentar el pH. Los cationes liberados pueden ponerse a disposición de las plantas pero también son propensos a lixiviarse del suelo, lo que posiblemente haga que el suelo sea menos fértil. Las plantas pueden excretar Hinto en el suelo y, de ese modo, cambiar el pH del suelo cerca de la raíz y expulsar los cationes de los coloides.
Capacidad de intercambio de cationes (CEC)
La capacidad de intercambio de cationes debe considerarse como la capacidad del suelo para eliminar los cationes de la solución de agua del suelo y secuestrar los que se intercambiarán más adelante a medida que las raíces de las plantas liberan iones de hidrógeno a la solución. CEC es la cantidad de catión de hidrógeno intercambiable (H) que se combinará con 100 gramos de peso seco del suelo y cuya medida es de un miliequivalente por cada 100 gramos de suelo (1 meq / 100 g). Los iones de hidrógeno tienen una sola carga y una milésima parte de un gramo de iones de hidrógeno por cada 100 gramos de suelo seco da una medida de un miliequivalente de ion hidrógeno. El calcio, con un peso atómico 40 veces mayor que el hidrógeno y con una valencia de dos, se convierte en (40/2) x 1 miliequivalente = 20 miliequivalentes de ión de hidrógeno por 100 gramos de suelo seco o 20 meq / 100 g.
La mayor parte de la CEC del suelo se produce en los coloides de arcilla y humus, y la falta de climas cálidos, húmedos y húmedos, debido a la lixiviación y la descomposición, respectivamente, explica la esterilidad relativa de los suelos tropicales. Las raíces de plantas vivas también tienen algo de CEC.
| Suelo | Estado | CEC meq / 100 g |
|---|---|---|
| Charlotte arena fina | Florida | 1.0 |
| Ruston franco arenoso fino | Texas | 1.9 |
| Glouchester franco | New Jersey | 11.9 |
| Lodo limoso Grundy | Illinois | 26.3 |
| Gleason arcilla franco | California | 31.6 |
| Susquehanna arcilla franco | Alabama | 34.3 |
| Davie mucky arena fina | Florida | 100.8 |
| Playa | ------ | 15 |
| Loams arenosos finos | ------ | 5-10 |
| Loams y limos limosos | ----- | 5-15 |
| Margas de arcilla | ----- | 15-30 |
| Arcillas | ----- | más de 30 |
| Sesquióxidos | ----- | 0-3 |
| Caolinita | ----- | 3-15 |
| Illite | ----- | 25-40 |
| Montmorillonita | ----- | 60-100 |
| Vermiculita (similar a la illita) | ----- | 80-150 |
| Humus | ----- | 100-300 |
Capacidad de intercambio aniónico (AEC)
La capacidad de intercambio de aniones debe considerarse como la capacidad del suelo para eliminar aniones de la solución de agua del suelo y secuestrar aquellos para su posterior intercambio a medida que las raíces de las plantas liberan aniones de carbonato a la solución de agua del suelo. Esos coloides que tienen un CEC bajo tienden a tener algo de AEC. Las arcillas amorfa y sesquióxido tienen el AEC más alto, seguido de los óxidos de hierro. Los niveles de AEC son mucho más bajos que para CEC. Los fosfatos tienden a mantenerse en sitios de intercambio de aniones.
Las arcillas de hidróxido de aluminio y de hierro pueden intercambiar sus aniones hidróxido (OH) por otros aniones. El orden que refleja la fuerza de la adhesión del anión es el siguiente:
- H 2 PO 4 reemplaza SO 4 reemplaza NO 3 reemplaza Cl
La cantidad de aniones intercambiables es de una magnitud de décimas a unos pocos miliequivalentes por 100 g de suelo seco. A medida que aumenta el pH, hay relativamente más hidroxilos, que desplazarán a los aniones de los coloides y los forzarán a la disolución y al almacenamiento; por lo tanto, AEC disminuye al aumentar el pH (alcalinidad).
Reactividad (pH)
La reactividad del suelo se expresa en términos de pH y es una medida de la acidez o alcalinidad del suelo. Más precisamente, es una medida de la concentración de iones de hidrógeno en una solución acuosa y varía en valores de 0 a 14 (ácido a básico) pero hablando prácticamente para suelos, el pH varía de 3.5 a 9.5, ya que los valores de pH más allá de esos extremos son tóxicos formas de vida.
A 25 ° C, una solución acuosa que tiene un pH de 3.5 tiene 10 moles de H (iones de hidrógeno) por litro de solución (y también 10 mol / litro de OH). Un pH de 7, definido como neutro, tiene 10 moles de iones de hidrógeno por litro de solución y también 10 moles de OH por litro; ya que las dos concentraciones son iguales, se dice que se neutralizan entre sí. Un pH de 9.5 tiene 10 moles de iones de hidrógeno por litro de solución (y también 10 moles por litro de OH). Un pH de 3.5 tiene un millón de veces más iones de hidrógeno por litro que una solución con un pH de 9.5 (9.5 - 3.5 = 6 o 10) y es más ácido.
El efecto del pH en un suelo es eliminarlo del suelo o poner a disposición ciertos iones. Los suelos con alta acidez tienden a tener cantidades tóxicas de aluminio y manganeso. Las plantas que necesitan calcio necesitan una alcalinidad moderada, pero la mayoría de los minerales son más solubles en suelos ácidos. Los organismos del suelo se ven obstaculizados por la alta acidez, y la mayoría de los cultivos agrícolas se desarrollan mejor con suelos minerales de pH 6,5 y suelos orgánicos de pH 5,5.
En áreas con mucha lluvia, los suelos tienden a la acidez ya que los cationes básicos son expulsados de los coloides del suelo por la acción masiva de los iones de hidrógeno de la lluvia, ya que estos se unen a los coloides. Las altas tasas de lluvia pueden lavar los nutrientes, dejando el suelo estéril. Una vez que los coloides se saturan con H, la adición de más iones de hidrógeno o cationes de hidroxilo de aluminio aumenta el pH aún más (más ácido) ya que el suelo se ha quedado sin capacidad de amortiguación. En áreas de lluvia extrema y altas temperaturas, la arcilla y el humus pueden ser lavados, reduciendo aún más la capacidad de amortiguación del suelo. En áreas con poca lluvia, el calcio sin blanquear empuja el pH a 8.5 y con la adición de sodio intercambiable, los suelos pueden alcanzar un pH de 10. Más allá de un pH de 9, el crecimiento de la planta se reduce. Un pH alto da como resultado una baja movilidad de micronutrientes, pero los quelatos hidrosolubles de esos nutrientes pueden corregir el déficit. El sodio puede reducirse mediante la adición de yeso (sulfato de calcio) ya que el calcio se adhiere a la arcilla más fuertemente que el sodio, lo que hace que se introduzca sodio en la solución de agua del suelo donde puede lavarse con abundante agua.
Porcentaje de saturación de base
Hay cationes que forman ácido (hidrógeno y aluminio) y cationes que forman bases. La fracción de los cationes formadores de bases que ocupan posiciones en los coloides del suelo se llama porcentaje de saturación base. Si un suelo tiene un CEC de 20 meq y 5 meq son cationes de aluminio e hidrógeno (formadores de ácido), se supone que el resto de las posiciones en los coloides (20-5 = 15 meq) están ocupados por cationes formadores de bases, de modo que la porcentaje de saturación de base es 15/20 x 100% = 75% (el cumplido 25% se supone cationes formadores de ácido). Cuando el pH del suelo es 7 (neutro), la saturación de la base es del 100 por ciento y no hay iones de hidrógeno almacenados en los coloides. La saturación de la base es casi en proporción directa al pH (aumenta al aumentar el pH). Es útil para calcular la cantidad de cal necesaria para neutralizar un suelo ácido. La cantidad de cal necesaria para neutralizar un suelo debe tener en cuenta la cantidad de iones que forman ácido en los coloides, no solo los que se encuentran en la solución de agua del suelo. La adición de suficiente cal para neutralizar la solución de agua del suelo será insuficiente para cambiar el pH, ya que los cationes que forman ácido almacenados en los coloides del suelo tenderán a restaurar las condiciones originales de pH a medida que se eliminen de esos coloides por el calcio del agregado Lima.
Buffering
La resistencia del suelo a los cambios en el pH, como resultado de la adición de ácido o material básico, es una medida de la capacidad de amortiguación de un suelo y (para un tipo de suelo particular) aumenta a medida que aumenta el CEC. Por lo tanto, la arena pura casi no tiene capacidad de amortiguación, mientras que los suelos con alto contenido de coloides tienen una gran capacidad de amortiguación. El almacenamiento en búfer se produce por intercambio de cationes y neutralización.
La adición de una pequeña cantidad de amoníaco acuoso altamente básico a un suelo hará que el amonio desplazará los iones de hidrógeno de los coloides, y el producto final será agua y amonio fijado coloidalmente, pero con un cambio permanente en el pH del suelo.
La adición de una pequeña cantidad de cal, Ca (OH) 2 , desplazará los iones de hidrógeno de los coloides del suelo, causando la fijación de calcio a los coloides y la evolución de CO 2 y agua, con poco cambio permanente en el pH del suelo.
Los anteriores son ejemplos de la amortiguación del pH del suelo. El principio general es que un aumento en un catión particular en la solución de agua del suelo causará que el catión se fije en coloides (tamponados) y una disminución en la solución de ese catión hará que se retire del coloide y se mueva a la solución ( amortiguado). El grado de amortiguación se relaciona a menudo con el CEC del suelo; cuanto mayor es la CEC, mayor es la capacidad de amortiguación del suelo.
Nutrientes
Dieciséis elementos o nutrientes son esenciales para el crecimiento y la reproducción de las plantas. Son carbono C , hidrógeno H , oxígeno O , nitrógeno N , fósforo P , potasio K , azufre S , calcio Ca , magnesio Mg , hierro Fe , boro B , manganeso Mn , cobre Cu , zinc Zn , molibdeno Mo , níquel Ni y cloro Cl . Los nutrientes necesarios para que las plantas completen su ciclo de vida se consideran nutrientes esenciales. Los nutrientes que mejoran el crecimiento de las plantas pero que no son necesarios para completar el ciclo de vida de la planta se consideran no esenciales. Con la excepción del carbono, el hidrógeno y el oxígeno, que son suministrados por el dióxido de carbono y el agua, y el nitrógeno, proporcionado a través de la fijación de nitrógeno, los nutrientes provienen originalmente del componente mineral del suelo.
La absorción de nutrientes por las plantas solo puede continuar cuando están presentes en una forma disponible para la planta. En la mayoría de las situaciones, los nutrientes se absorben en una forma iónica de (o junto con) el agua del suelo. Aunque los minerales son el origen de la mayoría de los nutrientes, y la mayor parte de la mayoría de los elementos nutrientes en el suelo se mantiene en forma cristalina dentro de los minerales primarios y secundarios, su clima es demasiado lento para soportar el rápido crecimiento de las plantas. Por ejemplo, la aplicación de minerales finamente molidos, feldespato y apatita al suelo rara vez proporciona las cantidades necesarias de potasio y fósforo a un ritmo suficiente para un buen crecimiento de las plantas, ya que la mayoría de los nutrientes permanecen unidos en los cristales de esos minerales.
Los nutrientes adsorbidos en las superficies de los coloides de arcilla y la materia orgánica del suelo proporcionan un depósito más accesible de muchos nutrientes de las plantas (por ejemplo, K, Ca, Mg, P, Zn). A medida que las plantas absorben los nutrientes del agua del suelo, el conjunto soluble se reabastece del conjunto de la superficie. La descomposición de la materia orgánica del suelo por microorganismos es otro mecanismo mediante el cual se repone el conjunto soluble de nutrientes; esto es importante para el suministro de N, S, P y B disponibles en la planta del suelo.
Gramo por gramo, la capacidad del humus para contener nutrientes y agua es mucho mayor que la de los minerales de arcilla. En general, pequeñas cantidades de humus pueden aumentar notablemente la capacidad del suelo para promover el crecimiento de las plantas.
| Elemento | Símbolo | Ion o molécula |
|---|---|---|
| Carbón | do | CO 2 (principalmente a través de hojas) |
| Hidrógeno | H | H, HOH (agua) |
| Oxígeno | O | O, OH, CO 3 , SO 4 , CO 2 |
| Fósforo | PAG | H 2 PO 4 , HPO 4 (fosfatos) |
| Potasio | K | K |
| Nitrógeno | norte | NH 4 , NO 3 (amonio, nitrato) |
| Azufre | S | SO 4 |
| Calcio | California | California |
| Hierro | Fe | Fe, Fe (ferroso, férrico) |
| Magnesio | Mg | Mg |
| Boro | segundo | H 3 BO 3 , H 2 BO 3 , B (OH) 4 |
| Manganeso | Minnesota | Minnesota |
| Cobre | Cu | Cu |
| Zinc | Zn | Zn |
| Molibdeno | Mes | MoO 4 (molibdato) |
| Cloro | Cl | Cl (cloruro) |
Procesos de captación
Los nutrientes en el suelo son absorbidos por la planta a través de sus raíces. Para ser absorbido por una planta, un elemento nutriente debe ubicarse cerca de la superficie de la raíz; sin embargo, el suministro de nutrientes en contacto con la raíz se agota rápidamente. Existen tres mecanismos básicos por los cuales los iones nutrientes disueltos en la solución del suelo entran en contacto con las raíces de las plantas:
- Flujo masivo de agua
- Difusión dentro del agua
- Intercepción por crecimiento de raíz
Los tres mecanismos funcionan simultáneamente, pero un mecanismo u otro puede ser más importante para un nutriente particular. Por ejemplo, en el caso del calcio, que generalmente es abundante en la solución del suelo, el flujo másico por sí solo puede aportar cantidades suficientes a la superficie de la raíz. Sin embargo, en el caso del fósforo, la difusión es necesaria para complementar el flujo de masa. En su mayor parte, los iones nutrientes deben viajar una cierta distancia en la solución del suelo para llegar a la superficie de la raíz. Este movimiento puede tener lugar por flujo de masa, como cuando los nutrientes disueltos se transportan junto con el agua del suelo que fluye hacia una raíz que está extrayendo activamente el agua del suelo. En este tipo de movimiento, los iones nutrientes son algo análogos a las hojas que flotan en un arroyo. En adición, los iones de nutrientes se mueven continuamente por difusión desde áreas de mayor concentración hacia las áreas de menor concentración de nutrientes alrededor de la superficie de la raíz. Ese proceso se debe al movimiento aleatorio de las moléculas. De esta forma, las plantas pueden continuar absorbiendo nutrientes incluso por la noche, cuando el agua solo se absorbe lentamente en las raíces, ya que la transpiración casi se detiene. Finalmente, la intercepción de raíces entra en juego a medida que las raíces crecen continuamente en un suelo nuevo y sin terminar.
| Nutritivo | Porcentaje aproximado proporcionado por: | ||
|---|---|---|---|
| Flujo de masa | Intercepción de raíz | Difusión | |
| Nitrógeno | 98.8 | 1.2 | 0 |
| Fósforo | 6.3 | 2.8 | 90.9 |
| Potasio | 20.0 | 2.3 | 77.7 |
| Calcio | 71.4 | 28.6 | 0 |
| Azufre | 95.0 | 5.0 | 0 |
| Molibdeno | 95.2 | 4.8 | 0 |
En la tabla anterior, los nutrientes de fósforo y potasio se mueven más por difusión que por flujo masivo en la solución de agua del suelo, ya que son rápidamente absorbidos por las raíces creando una concentración casi nula cerca de las raíces (las plantas no pueden transpirar suficiente agua para extraer más de esos nutrientes cerca de las raíces). El gradiente de concentración muy pronunciado tiene una mayor influencia en el movimiento de esos iones que el movimiento de esos por el flujo de masa. El movimiento por flujo de masa requiere la transpiración de agua de la planta, lo que provoca que el agua y los iones de solución también se muevan hacia las raíces. El movimiento por la intercepción de la raíz es más lento ya que las plantas deben extender sus raíces.
Las plantas mueven los iones de sus raíces en un esfuerzo por mover los nutrientes del suelo. El hidrógeno H se intercambia por otros cationes y carbonato (HCO 3) e hidróxido (OH) aniones se intercambian por aniones nutrientes. A medida que las raíces de las plantas eliminan los nutrientes de la solución de agua del suelo, se reponen a medida que otros iones se mueven de la arcilla y el humus (por intercambio iónico o desorción), se agregan a la intemperie de los minerales del suelo y se liberan por la descomposición de la materia orgánica del suelo . Las plantas obtienen una gran proporción de sus nutrientes de anión de la materia orgánica en descomposición, que normalmente contiene alrededor del 95 por ciento del nitrógeno del suelo, del 5 al 60 por ciento del fósforo del suelo y alrededor del 80 por ciento del azufre del suelo. Cuando se producen cultivos, la reposición de nutrientes en el suelo generalmente se debe aumentar mediante la adición de fertilizantes o materia orgánica.
Debido a que la absorción de nutrientes es un proceso metabólico activo, las condiciones que inhiben el metabolismo de las raíces también pueden inhibir la absorción de nutrientes. Ejemplos de tales condiciones incluyen anegamiento o compactación del suelo que resulta en una mala aireación del suelo, temperaturas del suelo excesivamente altas o bajas, y condiciones sobre el suelo que dan como resultado una baja translocación de azúcares a las raíces de las plantas.
Carbón
Las plantas obtienen su carbono del dióxido de carbono atmosférico. Alrededor del 45% de la masa seca de una planta es carbono; los residuos vegetales típicamente tienen una relación de carbono a nitrógeno (C / N) de entre 13: 1 y 100: 1. A medida que el material orgánico del suelo se digiere por artrópodos y microorganismos, la C / N disminuye a medida que el material carbonoso se metaboliza y dióxido de carbono (CO 2 ) se libera como un subproducto que luego encuentra su camino fuera del suelo y en la atmósfera . El nitrógeno se secuestra en los cuerpos de la materia viva de esos organismos en descomposición y se acumula en el suelo. La concentración normal de CO 2 en la atmósfera es del 0.03%, este puede ser el factor que limita el crecimiento de la planta. En un campo de maíz en un día inmóvil durante condiciones de mucha luz en la temporada de crecimiento, el CO 2 la concentración baja muy, pero bajo tales condiciones el cultivo podría usar hasta 20 veces la concentración normal. La respiración del CO 2 por los microorganismos del suelo que descomponen la materia orgánica del suelo contribuye una cantidad importante de CO 2 a las plantas fotosintetizadoras. Dentro del suelo, la concentración de CO 2 es de 10 a 100 veces mayor que la de los niveles atmosféricos, pero puede elevarse a niveles tóxicos si la porosidad del suelo es baja o si la difusión impide la difusión.
Nitrógeno
El nitrógeno es el elemento más crítico obtenido por las plantas del suelo y la deficiencia de nitrógeno a menudo limita el crecimiento de la planta. Las plantas pueden usar el nitrógeno como el catión de amonio (NH 4 ) o el nitrato de anión (NO 3)) Por lo general, la mayor parte del nitrógeno en el suelo se une a los compuestos orgánicos que componen la materia orgánica del suelo, y debe mineralizarse a la forma de amonio o nitrato antes de que pueda ser absorbido por la mayoría de las plantas. El contenido total de nitrógeno depende en gran medida del contenido de materia orgánica del suelo, que a su vez depende del clima, la vegetación, la topografía, la edad y el manejo del suelo. El nitrógeno del suelo típicamente disminuye entre 0.2 y 0.3% por cada aumento de temperatura en 10 ° C. Por lo general, los suelos de pastizales contienen más nitrógeno del suelo que los suelos de los bosques. El cultivo disminuye el nitrógeno del suelo al exponer la materia orgánica del suelo a la descomposición de los microorganismos, y los suelos sin labranza mantienen más nitrógeno del suelo que los suelos labrados.
Algunos microorganismos son capaces de metabolizar materia orgánica y liberar amonio en un proceso llamado mineralización . Otros toman amonio libre y lo convierten en nitrato. Las bacterias fijadoras de nitrógeno son capaces de metabolizar N 2 en forma de amoníaco en un proceso llamado fijación de nitrógeno. Tanto el amonio como el nitrato se pueden inmovilizar mediante su incorporación a las células vivas de los microbios, donde se los secuestra temporalmente en forma de aminoácidos y proteínas. El nitrato también se puede perder del suelo cuando las bacterias lo metabolizan a los gases N 2 y N 2 O. La pérdida de formas gaseosas de nitrógeno a la atmósfera debido a la acción microbiana se denomina desnitrificación . El nitrógeno también puede ser lixiviado del suelo si está en forma de nitrato o se pierde en la atmósfera como amoníaco debido a una reacción química de amonio con tierra alcalina por medio de un proceso llamado volatilización . El amonio también puede ser secuestrado en arcilla por fijación . Una pequeña cantidad de nitrógeno se agrega al suelo por la lluvia.
Ganancias
En el proceso de mineralización, los microbios se alimentan de materia orgánica, liberando amoníaco (NH 3 ), amonio (NH 4 ) y otros nutrientes. Siempre que la proporción de carbono a nitrógeno (C / N) de los residuos frescos en el suelo sea superior a 30: 1, escaseará el nitrógeno y otras bacterias se alimentarán del amonio e incorporarán su nitrógeno en sus células durante el proceso de inmovilización. . En esa forma, se dice que el nitrógeno está inmovilizado . Más tarde, cuando esas bacterias mueren, también se mineralizan y parte del nitrógeno se libera en forma de amonio y nitrato. Si la C / N es menor que 15, el amoniaco se libera al suelo, donde puede ser utilizado por bacterias que lo oxidan a nitrato (nitrificación). Las bacterias pueden, en promedio, agregar 25 libras (11 kg) de nitrógeno por acre, y en un campo no fertilizado, esta es la fuente más importante de nitrógeno utilizable. En un suelo con 5% de materia orgánica, tal vez del 2 al 5% de esa cantidad se libera al suelo por dicha descomposición. Ocurre más rápido en suelo cálido, húmedo y bien aireado. La mineralización del 3% de la materia orgánica de un suelo que tiene un 4% de materia orgánica en total, liberaría 120 libras (54 kg) de nitrógeno en forma de amonio por acre.
| Material organico | C: N Ratio |
|---|---|
| Alfalfa | 13 |
| Bacteria | 4 |
| Trébol, dulce verde | dieciséis |
| Trébol, dulce maduro | 23 |
| Hongos | 9 |
| Basura del bosque | 30 |
| Humus en suelos cálidos y cultivados | 11 |
| Heno de hierba leguminosa | 25 |
| Leguminosas (alfalfa o trébol), maduras | 20 |
| Estiércol, vaca | 18 |
| Estiércol, caballo | 16-45 |
| Estiércol, humano | 10 |
| Paja de avena | 80 |
| Paja, tallos de maíz | 90 |
| Serrín | 250 |
En la fijación de nitrógeno, las bacterias rhizobium convierten N 2 en amoníaco (NH 3 ). Los rizobios comparten una relación simbiótica con las plantas hospedadoras, ya que los rizobios suministran nitrógeno al huésped y el hospedador proporciona a los rizobios nutrientes y un medio ambiente seguro. Se estima que tales bacterias simbióticas en los nódulos de las raíces de las leguminosas agregan 45 a 250 libras de nitrógeno por acre por año, lo que puede ser suficiente para el cultivo. Otras bacterias liberadoras de nitrógeno de vida libre y algas verdeazuladas viven de forma independiente en el suelo y liberan nitrato cuando sus cuerpos muertos se convierten por medio de mineralización.
Cierta cantidad de nitrógeno utilizable se fija mediante un rayo como óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO 2 ). El dióxido de nitrógeno es soluble en agua para formar una solución de H y NO 3 de ácido nítrico (HNO 3 ) . El amoníaco, NH 3 , previamente liberado del suelo o de la combustión, puede caer con la precipitación en forma de ácido nítrico a razón de aproximadamente cinco libras de nitrógeno por acre por año.
Secuestro
Cuando las bacterias se alimentan de formas solubles de nitrógeno (amonio y nitrato), secuestran temporalmente ese nitrógeno en sus cuerpos en un proceso llamado inmovilización . En un momento posterior cuando esas bacterias mueren, su nitrógeno puede liberarse como amonio por los procesos de mineralización.
El material de proteína se degrada fácilmente, pero la velocidad de descomposición se ralentiza por su unión a la estructura cristalina de la arcilla y cuando queda atrapada entre las capas de arcilla. Las capas son lo suficientemente pequeñas como para que las bacterias no puedan entrar. Algunos organismos pueden exudar enzimas extracelulares que pueden actuar sobre las proteínas secuestradas. Sin embargo, esas enzimas también pueden quedar atrapadas en los cristales de arcilla.
La fijación de amonio ocurre cuando el amonio empuja los iones de potasio entre las capas de arcilla como la illita o la montmorillonita. Solo una pequeña fracción del nitrógeno del suelo se mantiene de esta manera.
Pérdidas
El nitrógeno utilizable puede perderse en los suelos cuando está en forma de nitrato, ya que se lixivia fácilmente. Se producen más pérdidas de nitrógeno por desnitrificación, el proceso por el cual las bacterias del suelo convierten el nitrato (NO 3 ) en nitrógeno gaseoso, N 2 o N 2O. Esto ocurre cuando la pobre aireación del suelo limita el oxígeno libre, lo que obliga a las bacterias a usar el oxígeno del nitrato para su proceso respiratorio. La desnitrificación aumenta cuando se dispone de material orgánico oxidable y cuando los suelos son cálidos y ligeramente ácidos. La desnitrificación puede variar en un suelo ya que la aireación varía de un lugar a otro. La desnitrificación puede causar la pérdida de 10 a 20 por ciento de los nitratos disponibles en un día y cuando las condiciones son favorables para ese proceso, pueden ocurrir pérdidas de hasta 60 por ciento de nitrato aplicado como fertilizante.
La volatilización del amonio ocurre cuando el amonio reacciona químicamente con un suelo alcalino, convirtiendo NH 4 en NH 3 . La aplicación de fertilizante de amonio a un campo de este tipo puede provocar pérdidas por volatilización de hasta un 30 por ciento.
Fósforo
Después del nitrógeno, el fósforo es probablemente el elemento con mayor probabilidad de ser deficiente en los suelos. La apatita mineral del suelo es la fuente mineral más común de fósforo. Si bien en promedio hay 1000 lb de fósforo por acre en el suelo, generalmente se presenta en forma de fosfatos con baja solubilidad. El fósforo total es aproximadamente 0.1 por ciento en peso del suelo, pero solo el uno por ciento está disponible. De la parte disponible, más de la mitad proviene de la mineralización de materia orgánica. Es posible que sea necesario fertilizar los campos agrícolas para compensar el fósforo que se ha eliminado en el cultivo.
Cuando el fósforo forma iones solubles de H 2 PO 4 , rápidamente forman fosfatos insolubles de calcio u óxidos hidratados de hierro y aluminio. El fósforo es en gran parte inmóvil en el suelo y no se lixivia, sino que se acumula en la capa superficial si no se corta. La aplicación de fertilizantes solubles a los suelos puede dar como resultado deficiencias de zinc a medida que se forman los fosfatos de zinc. Por el contrario, la aplicación de zinc a los suelos puede inmovilizar nuevamente el fósforo como fosfato de zinc. La falta de fósforo puede interferir con la apertura normal de los estomas de la hoja de la planta, lo que resulta en temperaturas de la planta 10 por ciento más altas que lo normal. El fósforo está más disponible cuando el pH del suelo es 6.5 en suelos minerales y 5.5 en suelos orgánicos.
Potasio
La cantidad de potasio en un suelo puede ser de hasta 80,000 lb por acre-pie, de los cuales solo 150 lb están disponibles para el crecimiento de la planta. Las fuentes minerales comunes de potasio son la mica biotita y el feldespato potásico, KAlSi 3 O 8 . Cuando se solubilice, la mitad se mantendrá como cationes intercambiables sobre arcilla mientras que la otra mitad se encontrará en la solución de agua del suelo. La fijación del potasio a menudo ocurre cuando los suelos se secan y el potasio se adhiere entre capas de arcilla ilita. Bajo ciertas condiciones, dependiendo de la textura del suelo, la intensidad del secado y la cantidad inicial de potasio intercambiable, el porcentaje fijo puede ser tanto como 90 por ciento en diez minutos. El potasio puede lixiviarse de suelos bajos en arcilla.
Calcio
El calcio es uno por ciento en peso de suciedad y generalmente está disponible pero puede ser bajo ya que es soluble y puede lixiviarse. Por lo tanto, es bajo en suelos arenosos y muy lixiviados o suelos minerales fuertemente ácidos. El calcio se suministra a la planta en forma de iones intercambiables y minerales moderadamente solubles. El calcio está más disponible en los coloides del suelo que el potasio porque la calcita mineral común, CaCO 3 , es más soluble que los minerales que contienen potasio.
Magnesio
El magnesio es uno de los cationes intercambiables dominantes en la mayoría de los suelos (como el calcio y el potasio). Los minerales primarios que capean para liberar magnesio incluyen hornblenda, biotita y vermiculita. Las concentraciones de magnesio en el suelo son generalmente suficientes para un crecimiento óptimo de las plantas, pero los suelos altamente erosionados y arenosos pueden ser deficientes en magnesio debido a la lixiviación por precipitación intensa.
Azufre
La mayor parte del azufre se pone a disposición de las plantas, como el fósforo, al liberarse de la descomposición de la materia orgánica. Las deficiencias pueden existir en algunos suelos (especialmente los suelos arenosos) y si se cultiva, se debe agregar azufre. La aplicación de grandes cantidades de nitrógeno a los campos que tienen cantidades marginales de azufre puede causar una deficiencia de azufre en las plantas de rápido crecimiento por el crecimiento de la planta que supera el suministro de azufre. Una cosecha de 15 toneladas de cebollas usa hasta 19 libras de azufre y 4 toneladas de alfalfa usa 15 libras por acre. La abundancia de azufre varía con la profundidad. En una muestra de suelos en Ohio, Estados Unidos, la abundancia de azufre varió con profundidades, 0-6 pulgadas, 6-12 pulgadas, 12-18 pulgadas, 18-24 pulgadas en las cantidades: 1056, 830, 686, 528 lb por acre respectivamente.
Micronutrientes
Los micronutrientes esenciales en la vida vegetal, en orden de importancia, incluyen hierro, manganeso, zinc, cobre, boro, cloro y molibdeno. El término se refiere a las necesidades de las plantas, no a su abundancia en el suelo. Se requieren en cantidades muy pequeñas, pero son esenciales para la salud de las plantas, ya que la mayoría son partes requeridas de algún sistema enzimático que acelera el metabolismo de las plantas. Generalmente están disponibles en el componente mineral del suelo, pero la aplicación intensa de fosfatos puede causar una deficiencia de zinc y hierro por la formación de fosfatos de hierro e hierro insolubles. La deficiencia de hierro también puede ser el resultado de cantidades excesivas de metales pesados o minerales de calcio (cal) en el suelo. El exceso de boro soluble, molibdeno y cloruro son tóxicos.
Nutrientes no esenciales
Los nutrientes que mejoran la salud pero cuya deficiencia no detiene el ciclo de vida de las plantas incluyen: cobalto, estroncio, vanadio, silicio y níquel. A medida que se evalúa su importancia, pueden agregarse a la lista de nutrientes esenciales de las plantas.
Materia orgánica del suelo
La materia orgánica del suelo está compuesta de compuestos orgánicos e incluye plantas, animales y material microbiano, tanto vivos como muertos. Un suelo típico tiene una composición de biomasa de 70% de microorganismos, 22% de macrofauna y 8% de raíces. El componente vivo de un acre de suelo puede incluir 900 lb de lombrices, 2400 lb de hongos, 1500 lb de bacterias, 133 lb de protozoos y 890 lb de artrópodos y algas.
Una pequeña parte de la materia orgánica consiste en células vivas como bacterias, mohos y actinomicetos que trabajan para descomponer la materia orgánica muerta. Si no fuera por la acción de estos microorganismos, toda la parte de la atmósfera que contiene el dióxido de carbono sería secuestrada como materia orgánica en el suelo.
Químicamente, la materia orgánica se clasifica de la siguiente manera:
- Polisacáridos
- celulosa
- hemicelulosa
- almidón
- pectina
- Ligninas
- Proteínas
La mayoría de los seres vivos en los suelos, incluidas las plantas, los insectos, las bacterias y los hongos, dependen de la materia orgánica para obtener nutrientes y / o energía. Los suelos tienen compuestos orgánicos en diversos grados de descomposición, cuya velocidad depende de la temperatura, la humedad del suelo y la aireación. Las bacterias y los hongos se alimentan de la materia orgánica cruda, que se alimenta de amebas, que a su vez son alimentadas por nematodos y artrópodos. La materia orgánica mantiene los suelos abiertos, lo que permite la infiltración de aire y agua, y puede contener hasta dos veces su peso en agua. Muchos suelos, incluidos los suelos desérticos y de grava rocosa, tienen poca o ninguna materia orgánica. Los suelos que son todos materia orgánica, como la turba (histosoles), son infértiles. En su etapa más temprana de descomposición, el material orgánico original a menudo se llama materia orgánica en bruto.
En los pastizales, gran parte de la materia orgánica añadida al suelo procede de los sistemas de raíces de hierba profundas y fibrosas. Por el contrario, las hojas de los árboles que caen en el suelo del bosque son la principal fuente de materia orgánica del suelo en el bosque. Otra diferencia es la frecuente ocurrencia en las praderas de incendios que destruyen grandes cantidades de material sobre el suelo pero estimulan aún mayores contribuciones de las raíces. Además, la acidez mucho mayor bajo cualquier bosque inhibe la acción de ciertos organismos del suelo que de otra manera mezclarían gran parte de la basura superficial en el suelo mineral. Como resultado, los suelos bajo pastizales generalmente desarrollan un horizonte A más grueso con una distribución más profunda de materia orgánica que en suelos comparables bajo bosques, que característicamente almacenan la mayor parte de su materia orgánica en el suelo del bosque (horizonte O) y el horizonte A delgado.
Humus
Humus se refiere a la materia orgánica que ha sido descompuesta por la flora y la fauna del suelo hasta el punto en que es resistente a una mayor descomposición. El humus generalmente constituye solo el cinco por ciento del suelo o menos en volumen, pero es una fuente esencial de nutrientes y agrega importantes cualidades de textura cruciales para la salud del suelo y el crecimiento de las plantas. El humus también contiene trozos de materia orgánica sin descomponer que alimentan a los artrópodos y gusanos que mejoran aún más el suelo. El producto final, el humus, es soluble en agua y forma un ácido débil que puede atacar los minerales de silicato. El humus es un coloide con una gran capacidad de intercambio de cationes y aniones que en una base de peso seco es muchas veces mayor que la de los coloides de arcilla. También actúa como un amortiguador, como la arcilla, contra los cambios en el pH y la humedad del suelo.
Los ácidos húmicos y ácidos fúlvicos, que comienzan como materia orgánica cruda, son componentes importantes del humus. Después de la muerte de plantas y animales, los microbios comienzan a alimentarse de los residuos, lo que finalmente da como resultado la formación de humus. Con la descomposición, hay una reducción de constituyentes solubles en agua, celulosa y hemicelulosa, y nutrientes tales como nitrógeno, fósforo y azufre. A medida que los residuos se descomponen, solo moléculas estables hechas de anillos de carbono aromáticos, oxígeno e hidrógeno permanecen en forma de complejos de humin, lignina y lignina llamados colectivamente humus. Si bien la estructura del humus tiene pocos nutrientes, es capaz de atraer y mantener los nutrientes del catión y del anión mediante enlaces débiles que pueden liberarse en la solución del suelo en respuesta a los cambios en el pH del suelo.
La lignina es resistente a la descomposición y se acumula en el suelo. También reacciona con aminoácidos, lo que aumenta aún más su resistencia a la descomposición, incluida la descomposición enzimática por microbios. Las grasas y ceras de la materia vegetal tienen cierta resistencia a la descomposición y persisten en los suelos por un tiempo. Los suelos arcillosos a menudo tienen mayores contenidos orgánicos que persisten más tiempo que los suelos sin arcilla, ya que las moléculas orgánicas se adhieren y son estabilizadas por la arcilla. Las proteínas normalmente se descomponen fácilmente, pero cuando se unen a partículas de arcilla, se vuelven más resistentes a la descomposición. Las partículas de arcilla también absorben las enzimas exudadas por microbios que normalmente descomponen las proteínas. La adición de materia orgánica a los suelos arcillosos puede hacer que la materia orgánica y los nutrientes agregados sean inaccesibles para las plantas y los microbios durante muchos años.
La formación de humus es un proceso que depende de la cantidad de material vegetal que se agrega cada año y del tipo de suelo base. Ambos se ven afectados por el clima y el tipo de organismos presentes. Los suelos con humus pueden variar en contenido de nitrógeno pero típicamente tienen de 3 a 6 por ciento de nitrógeno. La materia orgánica cruda, como reserva de nitrógeno y fósforo, es un componente vital que afecta la fertilidad del suelo. El humus también absorbe agua, y se expande y se contrae entre estados secos y húmedos, aumentando la porosidad del suelo. El humus es menos estable que los constituyentes minerales del suelo, ya que se reduce por la descomposición microbiana, y con el tiempo su concentración disminuye sin la adición de nueva materia orgánica. Sin embargo, el humus puede persistir durante siglos si no milenios.
Influencia Climatológica
La producción, la acumulación y la degradación de la materia orgánica dependen en gran medida del clima. La temperatura, la humedad del suelo y la topografía son los principales factores que afectan la acumulación de materia orgánica en los suelos. La materia orgánica tiende a acumularse en condiciones húmedas o frías donde la actividad del descomponedor se ve obstaculizada por la baja temperatura o el exceso de humedad que da como resultado condiciones anaeróbicas. Por el contrario, la lluvia excesiva y las altas temperaturas de los climas tropicales permiten la rápida descomposición de la materia orgánica y la lixiviación de los nutrientes de las plantas; los ecosistemas forestales en estos suelos dependen del reciclaje eficiente de nutrientes y materia vegetal para mantener su productividad. La inclinación excesiva puede fomentar la erosión de la capa superior de tierra que contiene la mayor parte del material orgánico en bruto que de otro modo eventualmente se convertiría en humus.
Residuos de plantas
La celulosa y la hemicelulosa se descomponen rápidamente por hongos y bacterias, con una vida media de 12-18 días en un clima templado. El fungican de la pudrición marrón descompone la celulosa y la hemicelulosa, dejando atrás la lignina y los compuestos fenólicos. El almidón, que es un sistema de almacenamiento de energía para las plantas, se descompone rápidamente por bacterias y hongos. La lignina consiste en polímeros compuestos de 500 a 600 unidades con una estructura amorfa altamente ramificada. La lignina experimenta una descomposición muy lenta, principalmente por hongos de putrefacción blanca y actinomicetos; su vida media en condiciones templadas es de aproximadamente seis meses.
Horizontes
Una capa horizontal del suelo, cuyas características físicas, composición y edad son distintas de las de arriba y de abajo, se conoce como horizonte del suelo. El nombre de un horizonte se basa en el tipo de material del que está compuesto. Esos materiales reflejan la duración de procesos específicos de formación de suelos. Se etiquetan usando una notación abreviada de letras y números que describen el horizonte en términos de su color, tamaño, textura, estructura, consistencia, cantidad de raíces, pH, vacíos, características de los límites y presencia de nódulos o concreciones. Ningún perfil de suelo tiene todos los horizontes principales. Algunos pueden tener solo un horizonte.
La exposición del material original a condiciones favorables produce suelos minerales que son marginalmente adecuados para el crecimiento de las plantas. Ese crecimiento a menudo resulta en la acumulación de residuos orgánicos. La capa orgánica acumulada llamada horizonte O produce un suelo más activo debido al efecto de los organismos que viven en él. Los organismos colonizan y descomponen los materiales orgánicos, poniendo a su disposición nutrientes sobre los que pueden vivir otras plantas y animales. Después de un tiempo suficiente, el humus se mueve hacia abajo y se deposita en una capa superficial orgánica distintiva llamada horizonte A.
Clasificación
El suelo se clasifica en categorías para comprender las relaciones entre diferentes suelos y determinar la idoneidad de un suelo para un uso particular. Uno de los primeros sistemas de clasificación fue desarrollado por el científico ruso Dokuchaev alrededor de 1880. Fue modificado varias veces por investigadores estadounidenses y europeos, y se convirtió en el sistema comúnmente utilizado hasta la década de 1960. Se basó en la idea de que los suelos tienen una morfología particular basada en los materiales y los factores que los forman. En la década de 1960, comenzó a surgir un sistema de clasificación diferente que se centró en la morfología del suelo en lugar de los materiales parentales y los factores de formación del suelo. Desde entonces, ha sufrido modificaciones adicionales. La Base Mundial de Referencia para los Recursos del Suelo (WRB) tiene como objetivo establecer una base de referencia internacional para la clasificación del suelo.
Sistemas
Australia
Hay catorce órdenes de suelo en el nivel superior de la Clasificación de suelos australiana. Ellos son: Antroposoles, Organosoles, Podosoles, Vertoles, Hidrolesoles, Kurosoles, Sodosoles, Cromosoles, Calcárosoles, Ferrosoles, Dermoesoles, Kandooles, Rudosoles y Tenosoles.
Unión Europea
La taxonomía de suelos de la UE se basa en una nueva clasificación estándar de suelos en la Base mundial de referencia para recursos de suelos producida por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. Según esto, los principales suelos de la Unión Europea son:
- Acrisoles
- Albeluvisols
- Andosoles
- Antrosoles
- Arenosoles
- Calcisols
- Cambisoles
- Chernozems
- Fluvisols
- Gleysols
- Gypsisoles
- Histosoles
- Kastanozems
- Leptosoles
- Luvisols
- Phaeozems
- Planosoles
- Podzols
- Regosoles
- Solonchaks
- Solonetzes
- Umbrisols
- Vertisoles
Estados Unidos
Una taxonomía es un arreglo de una manera sistemática; la taxonomía del suelo del USDA tiene seis niveles de clasificación. Son, de lo más general a lo específico: orden, suborden, gran grupo, subgrupo, familia y serie. Las propiedades del suelo que se pueden medir cuantitativamente se utilizan en este sistema de clasificación, que incluyen: profundidad, humedad, temperatura, textura, estructura, capacidad de intercambio de cationes, saturación de bases, mineralogía de arcilla, contenido de materia orgánica y contenido de sal. Hay 12 órdenes de suelo (el nivel jerárquico superior) en la taxonomía del suelo. Los nombres de las órdenes terminan con el sufijo -sol . Los criterios para los diferentes órdenes de suelo incluyen propiedades que reflejan las principales diferencias en la génesis de los suelos. Los pedidos son:
- Alfisol - suelos con aluminio y hierro. Tienen horizontes de acumulación de arcilla y se forman donde hay suficiente humedad y calor durante al menos tres meses de crecimiento de la planta. Constituyen el 10% de los suelos en todo el mundo.
- Andisol - suelos de cenizas volcánicas. Son jóvenes y muy fértiles. Cubren el 1% de la superficie sin hielo del mundo.
- Aridisol: suelos secos que se forman en condiciones desérticas que tienen menos de 90 días consecutivos de humedad durante la temporada de crecimiento y no están lijados. Incluyen casi el 12% de los suelos en la Tierra. La formación del suelo es lenta y la materia orgánica acumulada es escasa. Pueden tener zonas subsuperficiales de caliche o duripán. Muchos aridisoles tienen horizontes Bt bien desarrollados que muestran movimientos de arcilla de períodos pasados de mayor humedad.
- Entisol: suelos recientemente formados que carecen de horizontes bien desarrollados. Comúnmente se encuentran en los sedimentos no consolidados de arena y arcilla o ceniza volcánica, algunos tienen un horizonte A sobre la roca madre. Son el 18% de los suelos en todo el mundo.
- Gelisol: suelos con permafrost con permafrost a dos metros de la superficie o materiales gélicos y permafrost a menos de un metro. Constituyen el 9% de los suelos en todo el mundo.
- Histosol: los suelos orgánicos, anteriormente llamados suelos pantanosos, son el 1% de los suelos en todo el mundo.
- Inceptisol - suelos jóvenes. Tienen formación de horizonte subsuperficial pero muestran poca eluviación y iluviación. Constituyen el 15% de los suelos en todo el mundo.
- Mollisol: suelo fértil suave, profundo y oscuro formado en praderas y algunos bosques de frondosas con horizontes A muy gruesos. Son el 7% de los suelos en todo el mundo.
- Oxisol - son muy erosionados, son ricos en hierro y óxidos de aluminio (sesquióxidos) o caolín, pero bajos en sílice. Solo tienen oligoelementos debido a la fuerte lluvia tropical y las altas temperaturas y al bajo CEC de las arcillas restantes. Son el 8% de los suelos en todo el mundo.
- Spodosol: suelos ácidos con una capa coloidal orgánica complejada con hierro y aluminio lixiviados de una capa superior. Son suelos típicos de bosques de coníferas y caducifolios en climas más fríos. Constituyen el 4% de los suelos en todo el mundo.
- Ultisol: suelos ácidos en los trópicos y subtrópicos húmedos, que se agotan en calcio, magnesio y potasio (nutrientes importantes para las plantas). Ellos son altamente degradados, pero no tan desgastados como Oxisoles. Constituyen el 8% del suelo en todo el mundo.
- Vertisol - suelos invertidos. Son ricos en arcilla y tienden a hincharse cuando están húmedos y se encogen al secarse, a menudo formando profundas grietas en las que pueden caer capas superficiales. Son difíciles de cultivar o construir carreteras y edificios debido a su alta tasa de expansión. Constituyen el 2% de los suelos en todo el mundo.
Alfisol
Andisol
Aridisol
Entisol
Gelisol
Histisol
Inceptisol
Mollisol
Oxisol
Spodosol
Utisol
Vertisol
Los porcentajes mencionados anteriormente son para el área de terreno libre de hielo. Los "Suelos de montañas", que constituyen el equilibrio (11.6%), tienen una mezcla de los enumerados anteriormente, o están clasificados como "Montañas escarpadas" que no tienen suelo.
Los pedidos de suelo anteriores en secuencia de un grado creciente de desarrollo son Entisoles, Inceptisoles, Aridisoles, Molisoles, Alfisoles, Spodosoles, Ultisoles y Oxisoles. Histosoles y Vertisoles pueden aparecer en cualquiera de los anteriores en cualquier momento durante su desarrollo.
Los subórdenes del suelo dentro de un orden se diferencian en función de las propiedades del suelo y los horizontes que dependen de la humedad y la temperatura del suelo. Cuarenta y siete subórdenes son reconocidos en los Estados Unidos.
La categoría de gran grupo de suelos es una subdivisión de un suborden en el que el tipo y la secuencia de los horizontes del suelo distinguen un suelo de otro. Cerca de 185 grandes grupos son reconocidos en los Estados Unidos. Los horizontes marcados por arcilla, hierro, humus y sartenes duros y las características del suelo, como la expansión-contracción de las arcillas (que producen el automezclado proporcionado por la arcilla), la temperatura y las cantidades marcadas de diversas sales se utilizan como características distintivas.
Las categorías de los grandes grupos se dividen en tres tipos de subgrupos de suelos : tipico, intergrado y extragrado. Un subgrupo típico representa el concepto básico o "típico" del gran grupo al que pertenece el subgrupo descrito. Un subgrupo de intergrado describe las propiedades que sugieren cómo se clasifica (es similar a) los suelos de otros grupos grandes de suelos, subórdenes u órdenes. Estas propiedades no están desarrolladas o expresadas lo suficientemente bien como para hacer que el suelo se incluya dentro del gran grupo hacia el que califican, pero sugieren similitudes. Las características de extragrado son propiedades aberrantes que evitan que el suelo se incluya en otra clasificación de suelo. Cerca de 1,000 subgrupos de suelos están definidos en los Estados Unidos.
Una categoría de familia del suelo es un grupo de suelos dentro de un subgrupo y describe las propiedades físicas y químicas que afectan la respuesta del suelo a las aplicaciones de gestión e ingeniería agrícola. Las principales características utilizadas para diferenciar las familias del suelo incluyen textura, mineralogía, pH, permeabilidad, estructura, consistencia, el patrón de precipitación del lugar y la temperatura del suelo. Para algunos suelos, los criterios también especifican el porcentaje de limo, arena y fragmentos gruesos como grava, guijarros y rocas. Cerca de 4.500 familias de suelos son reconocidas en los Estados Unidos.
Una familia puede contener varias series de suelos que describen la ubicación física usando el nombre de una característica física destacada, como un río o una ciudad cerca de donde se tomó la muestra de suelo. Un ejemplo sería Merrimac para el río Merrimack en New Hampshire. Más de 14,000 series de suelos son reconocidas en los Estados Unidos. Esto permite descripciones muy específicas de los suelos.
Una fase del suelo de una serie , originalmente llamada 'tipo de suelo', describe la textura de la superficie del suelo, la pendiente, la pedregosidad, la salinidad, la erosión y otras condiciones.
Usos
El suelo se utiliza en la agricultura, donde sirve como el ancla y la base de nutrientes primarios para las plantas; sin embargo, como lo demuestra la hidroponía, no es esencial para el crecimiento de la planta si los nutrientes contenidos en el suelo pueden disolverse en una solución. Los tipos de suelo y la humedad disponible determinan las especies de plantas que se pueden cultivar.
El material del suelo también es un componente crítico en las industrias de minería, construcción y desarrollo del paisaje. El suelo sirve como base para la mayoría de los proyectos de construcción. El movimiento de volúmenes masivos de suelo puede estar involucrado en la minería de superficie, la construcción de carreteras y la construcción de presas. La protección de la tierra es la práctica arquitectónica de usar el suelo para la masa térmica externa contra las paredes de los edificios. Muchos materiales de construcción están basados en el suelo.
Los recursos del suelo son críticos para el medio ambiente, así como para la producción de alimentos y fibra. El suelo proporciona minerales y agua a las plantas. El suelo absorbe el agua de lluvia y la libera más tarde, evitando así las inundaciones y la sequía. El suelo limpia el agua a medida que se filtra a través de ella. El suelo es el hábitat de muchos organismos: la mayor parte de la biodiversidad conocida y desconocida está en el suelo, en forma de invertebrados (lombrices, cochinillas, milpiés, ciempiés, caracoles, babosas, ácaros, colémbolos, enquitreidos, nematodos, protistas), bacterias, arqueas, hongos y algas; y la mayoría de los organismos que viven sobre el suelo tienen parte de ellos (plantas) o pasan parte de su ciclo de vida (insectos) bajo tierra. Las biodiversidades por encima del suelo y por debajo del suelo están estrechamente interconectadas, por lo que la protección del suelo es de primordial importancia para cualquier plan de restauración o conservación.
El componente biológico del suelo es un sumidero de carbono extremadamente importante ya que aproximadamente el 57% del contenido biótico es carbono. Incluso en las costras del desierto, las cianobacterias, líquenes y musgos capturan y secuestran una cantidad significativa de carbono mediante la fotosíntesis. Los métodos deficientes de agricultura y pastoreo han degradado los suelos y liberado gran parte de este carbono secuestrado a la atmósfera. La restauración de los suelos del mundo podría compensar el efecto de los aumentos en las emisiones de gases de efecto invernadero y el calentamiento global lento, a la vez que se mejoran los rendimientos de los cultivos y se reducen las necesidades de agua.
El manejo de desechos a menudo tiene un componente de suelo. Los campos de drenaje séptico tratan el efluente del tanque séptico usando procesos aeróbicos del suelo. Los vertederos usan suelo para cubrirse diariamente. La aplicación terrestre de aguas residuales se basa en la biología del suelo para tratar aeróbicamente la DBO.
Los suelos orgánicos, especialmente la turba, sirven como un importante recurso de combustible; pero amplias áreas de producción de turba, como las turberas de esfagno, ahora están protegidas por su interés patrimonial.
Geofagia es la práctica de comer sustancias parecidas al suelo. Tanto los animales como las culturas humanas ocasionalmente consumen suelo con fines medicinales, recreativos o religiosos. Se ha demostrado que algunos monos consumen tierra, junto con sus alimentos preferidos (follaje de árboles y frutas), para aliviar la toxicidad del tanino.
Los suelos filtran y purifican el agua y afectan su química. El agua de lluvia y el agua mancomunada de estanques, lagos y ríos se filtran a través de los horizontes del suelo y los estratos rocosos superiores, convirtiéndose así en aguas subterráneas. Las plagas (virus) y contaminantes, como contaminantes orgánicos persistentes (plaguicidas clorados, bifenilos policlorados), aceites (hidrocarburos), metales pesados (plomo, zinc, cadmio) y exceso de nutrientes (nitratos, sulfatos, fosfatos) son filtrados por el suelo. Los organismos del suelo los metabolizan o inmovilizan en su biomasa y necromasas, incorporándolas al humus estable. La integridad física del suelo es también un prerrequisito para evitar deslizamientos de tierra en paisajes accidentados.
Degradación
La degradación de la tierra se refiere a un proceso natural o inducido por el hombre que afecta la capacidad de la tierra para funcionar. La degradación de los suelos implica la acidificación, la contaminación, la desertificación, la erosión o la salinización.
La acidificación del suelo es beneficiosa en el caso de los suelos alcalinos, pero degrada la tierra cuando disminuye la productividad de los cultivos y aumenta la vulnerabilidad del suelo a la contaminación y la erosión. Los suelos a menudo son inicialmente ácidos debido a que sus materiales originales eran ácidos e inicialmente bajos en los cationes básicos (calcio, magnesio, potasio y sodio). La acidificación ocurre cuando estos elementos se lixivian del perfil del suelo por la lluvia o por la cosecha de cultivos forestales o agrícolas. La acidificación del suelo se acelera mediante el uso de fertilizantes nitrogenados formadores de ácido y por los efectos de la precipitación ácida.
La contaminación del suelo a niveles bajos a menudo está dentro de la capacidad del suelo para tratar y asimilar el material de desecho. La biota del suelo puede tratar los desechos transformándolos; los coloides del suelo pueden adsorber el material de desecho. Muchos procesos de tratamiento de residuos dependen de esta capacidad de tratamiento. Exceder la capacidad de tratamiento puede dañar la biota del suelo y limitar la función del suelo. Los suelos abandonados ocurren cuando la contaminación industrial u otra actividad de desarrollo daña el suelo a tal grado que la tierra no se puede usar de manera segura o productiva. La remediación del suelo abandonado utiliza principios de geología, física, química y biología para degradar, atenuar, aislar o eliminar contaminantes del suelo para restaurar las funciones y valores del suelo. Las técnicas incluyen lixiviación, burbujeo de aire, enmiendas químicas, fitorremediación, biorremediación y degradación natural.
La desertificación es un proceso ambiental de degradación de los ecosistemas en las regiones áridas y semiáridas, a menudo causada por la actividad humana. Es un concepto erróneo común que las sequías causan la desertificación. Las sequías son comunes en tierras áridas y semiáridas. Las tierras bien administradas pueden recuperarse de la sequía cuando regresan las lluvias. Las herramientas de manejo del suelo incluyen el mantenimiento de nutrientes del suelo y los niveles de materia orgánica, la labranza reducida y una mayor cobertura. Estas prácticas ayudan a controlar la erosión y a mantener la productividad durante los períodos en que hay humedad disponible. El continuo abuso de la tierra durante las sequías, sin embargo, aumenta la degradación de la tierra. El aumento de la población y la presión del ganado en tierras marginales acelera la desertificación.
La erosión del suelo es causada por el agua, el viento, el hielo y el movimiento en respuesta a la gravedad. Más de un tipo de erosión puede ocurrir simultáneamente. La erosión se distingue de la meteorización, ya que la erosión también transporta el suelo erosionado lejos de su lugar de origen (el suelo en tránsito puede describirse como sedimento). La erosión es un proceso natural intrínseco, pero en muchos lugares se ve enormemente incrementado por la actividad humana, especialmente las malas prácticas de uso de la tierra. Estos incluyen actividades agrícolas que dejan el suelo desnudo durante los momentos de fuertes lluvias o fuertes vientos, el pastoreo excesivo, la deforestación y la actividad inadecuada de la construcción. Una gestión mejorada puede limitar la erosión. Las técnicas de conservación del suelo que se emplean incluyen cambios en el uso de la tierra (como el reemplazo de cultivos proclives a la erosión con pastos u otras plantas que se unen al suelo),
En China se produce un serio problema de erosión hídrica a largo plazo, en el curso medio del río Amarillo y la parte alta del río Yangtze. Desde el río Amarillo, más de 1.600 millones de toneladas de sedimentos fluyen cada año hacia el océano. El sedimento se origina principalmente de la erosión hídrica (erosión de cárcavas) en la región de la meseta de Loess en el noroeste de China.
La tubería del suelo es una forma particular de erosión del suelo que ocurre debajo de la superficie del suelo. Causa fallas en los diques y represas, así como la formación de agujeros en el fregadero. El flujo turbulento elimina el suelo que comienza en la boca del flujo de filtración y la erosión del subsuelo avanza hacia arriba-gradiente. El término hervir arena se usa para describir la apariencia del extremo de descarga de una tubería de suelo activa.
La salinización del suelo es la acumulación de sales libres a tal punto que conduce a la degradación del valor agrícola de los suelos y la vegetación. Las consecuencias incluyen daños por corrosión, crecimiento reducido de la planta, erosión debido a la pérdida de la cobertura vegetal y la estructura del suelo, y problemas de calidad del agua debido a la sedimentación. La salinización ocurre debido a una combinación de procesos naturales y causados por el hombre. Las condiciones áridas favorecen la acumulación de sal. Esto es especialmente evidente cuando el material parental del suelo es salino. El riego de tierras áridas es especialmente problemático. Toda el agua de riego tiene un cierto nivel de salinidad. El riego, especialmente cuando involucra fugas en canales y sobre riego en el campo, a menudo eleva el nivel freático subyacente. La salinización rápida ocurre cuando la superficie terrestre se encuentra dentro de la franja capilar del agua subterránea salina.
Desertificación
Control de la erosión
Recuperación
Los suelos que contienen altos niveles de arcillas particulares, como las esmectitas, a menudo son muy fértiles. Por ejemplo, las arcillas con esmectita rica de las llanuras centrales de Tailandia se encuentran entre las más productivas del mundo.
Muchos agricultores en áreas tropicales, sin embargo, luchan por retener la materia orgánica en los suelos donde trabajan. En los últimos años, por ejemplo, la productividad ha disminuido en los suelos poco arcillosos del norte de Tailandia. Los agricultores inicialmente respondieron agregando materia orgánica de montículos de termitas, pero esto era insostenible a largo plazo. Los científicos experimentaron con la adición de bentonita, una de las familias de arcillas de esmectita, al suelo. En ensayos de campo, realizados por científicos del Instituto Internacional de Gestión del Agua en cooperación con la Universidad de Khon Kaen y agricultores locales, esto tuvo el efecto de ayudar a retener el agua y los nutrientes. La suplementación de la práctica habitual del agricultor con una sola aplicación de 200 kg de bentonita por rai (6,26 rai = 1 hectárea) dio como resultado un aumento promedio del rendimiento del 73%.
En 2008, tres años después de los ensayos iniciales, los científicos de IWMI realizaron una encuesta entre 250 agricultores en el noreste de Tailandia, la mitad de los cuales había aplicado bentonita a sus campos. La mejora promedio para aquellos que usan la adición de arcilla fue un 18% mayor que para los usuarios que no usan arcilla. El uso de la arcilla había permitido a algunos agricultores cambiar a vegetales en crecimiento, que necesitan un suelo más fértil. Esto ayudó a aumentar sus ingresos. Los investigadores estimaron que 200 agricultores en el noreste de Tailandia y 400 en Camboya habían adoptado el uso de arcillas, y que otros 20,000 agricultores se habían introducido a la nueva técnica.
Si el suelo es demasiado alto en arcilla, agregar yeso, arena de río lavada y materia orgánica equilibrará la composición. Agregar materia orgánica (como la madera ramificada en astillas, por ejemplo) al suelo, que está empobrecido en nutrientes y demasiado alto en arena, aumentará su calidad.
Obtenido de: https://en.wikipedia.org/wiki/Soil