Suelo

El suelo , también conocido como tierra , es una mezcla de materia orgánica , minerales , gases , agua y organismos que, en conjunto, sustentan la vida de las plantas y los organismos del suelo . Algunas definiciones científicas distinguen la tierra del suelo, restringiendo el primer término específicamente al suelo desplazado.

El suelo consta de una colección sólida de minerales y materia orgánica (la matriz del suelo ), así como una fase porosa ( espacio poroso ) que contiene gases (la atmósfera del suelo ) y una fase líquida que contiene agua y sustancias disueltas, tanto orgánicas como inorgánicas, en forma iónica o molecular (la solución del suelo ). ^{[ 1 ] [ 2 ]} Por consiguiente, el suelo es un sistema complejo de tres estados : sólidos, líquidos y gases. ^{[ 3 ]} El suelo es producto de varios factores: la influencia del clima , el relieve (elevación, orientación y pendiente del terreno), los organismos y los materiales parentales del suelo (minerales originales) que interactúan a lo largo del tiempo. ^{[ 4 ]} Experimenta continuamente un desarrollo a través de numerosos procesos físicos, químicos y biológicos, que incluyen la meteorización con la erosión asociada . ^{[ 5 ]} Dada su complejidad y fuerte interconexión interna , los ecólogos del suelo consideran el suelo como un ecosistema . ^{[ 6 ]}

La mayoría de los suelos tienen una densidad aparente seca (densidad del suelo teniendo en cuenta los huecos cuando está seco) entre 1,1 y 1,6  g/cm³ ^, aunque la densidad de partículas del suelo es mucho mayor, en el rango de 2,6 a 2,7  g/cm³ ^. [ ^{7 ] Poco} suelo del planeta Tierra es más antiguo que el Pleistoceno y ninguno es más antiguo que el Cenozoico , ^{[ 8 ]} aunque se conservan suelos fosilizados desde el Arcaico . ^{[ 9 ]}

En conjunto, el cuerpo de suelo de la Tierra se denomina pedosfera . La pedosfera interactúa con la litosfera , la hidrosfera , la atmósfera y la biosfera . ^{[ 10 ]} El suelo tiene cuatro funciones importantes :

• como medio para el crecimiento de las plantas
• como medio de almacenamiento , suministro y purificación de agua.
• como modificador de la atmósfera terrestre
• como hábitat para organismos del suelo

Todas estas funciones, a su vez, modifican el suelo y sus propiedades.

La ciencia del suelo tiene dos ramas básicas de estudio: la edafología y la pedología . La edafología estudia la influencia de los suelos en los seres vivos. ^{[ 11 ]} La pedología se centra en la formación, descripción (morfología) y clasificación de los suelos en su entorno natural. ^{[ 12 ]} En términos de ingeniería , el suelo se incluye en el concepto más amplio de regolito , que también incluye otros materiales sueltos que se encuentran sobre la roca madre , como los que se pueden encontrar en la Luna y otros cuerpos celestes . ^{[ 13 ]}

El suelo actúa como un medio de ingeniería , un hábitat para organismos del suelo , un sistema de reciclaje de nutrientes y desechos orgánicos , un regulador de la calidad del agua , un modificador de la composición atmosférica y un medio para el crecimiento de las plantas , lo que lo convierte en un proveedor de servicios ecosistémicos de vital importancia . ^{[ 14 ]} Dado que el suelo tiene una tremenda gama de nichos y hábitats disponibles , contiene una parte prominente de la diversidad genética de la Tierra . Un gramo de suelo puede contener miles de millones de organismos, pertenecientes a miles de especies, en su mayoría microbianas y en gran parte aún inexploradas. ^{[ 15 ] [ 16 ]} El suelo tiene una densidad procariota media de aproximadamente 10 ⁸ organismos por gramo, ^{[ 17 ]} mientras que el océano no tiene más de 10 ⁷ organismos procariotas por mililitro (gramo) de agua de mar. ^{[ 18 ]} El carbono orgánico retenido en el suelo finalmente regresa a la atmósfera a través del proceso de respiración llevado a cabo por organismos heterótrofos , pero una parte sustancial se retiene en el suelo en forma de materia orgánica del suelo ; El laboreo generalmente aumenta la tasa de respiración del suelo , lo que lleva al agotamiento de la materia orgánica del suelo. ^{[ 19 ]} Dado que las raíces de las plantas necesitan oxígeno, la aireación es una característica importante del suelo. Esta ventilación se puede lograr a través de redes de poros interconectados en el suelo , que también absorben y retienen el agua de lluvia, haciéndola fácilmente disponible para que las plantas la absorban. ^{[ 20 ]} Dado que las plantas requieren un suministro de agua casi continuo, pero la mayoría de las regiones reciben lluvias esporádicas, la capacidad de retención de agua de los suelos es vital para la supervivencia de las plantas. ^{[ 21 ]}

Los suelos pueden eliminar eficazmente las impurezas, ^{[ 22 ]} matar los agentes patógenos, ^{[ 23 ]} y degradar los contaminantes , esta última propiedad se denomina atenuación natural . ^{[ 24 ]} Típicamente, los suelos mantienen una absorción neta de oxígeno y metano y experimentan una liberación neta de dióxido de carbono y óxido nitroso . ^{[ 25 ]} Los suelos ofrecen a las plantas soporte físico, aire, agua, moderación de la temperatura, nutrientes y protección contra toxinas. ^{[ 26 ]} Los suelos proporcionan nutrientes fácilmente disponibles a las plantas y los animales al convertir la materia orgánica muerta en diversas formas de nutrientes. ^{[ 27 ]}

El suelo es un componente principal del ecosistema terrestre . Los ecosistemas del mundo se ven afectados de manera trascendental por los procesos que tienen lugar en el suelo, con efectos que van desde el agotamiento de la capa de ozono y el calentamiento global hasta la destrucción de la selva tropical y la contaminación del agua . Con respecto al ciclo del carbono de la Tierra , el suelo actúa como un importante reservorio de carbono ^{[ 28 ]} y es potencialmente uno de los más reactivos a la perturbación humana ^{[ 29 ]} y al cambio climático ^{[ 30 ]} . A medida que el planeta se calienta, se ha predicho que los suelos añadirán dióxido de carbono a la atmósfera debido al aumento de la actividad biológica a temperaturas más altas, una retroalimentación positiva (amplificación) ^{[ 31 ]} . Sin embargo, esta predicción ha sido cuestionada al considerar conocimientos más recientes sobre el ciclo del carbono en el suelo ^{[ 32 ]} .

Un suelo típico tiene aproximadamente un 50 % de sólidos (45 % de minerales y 5 % de materia orgánica) y un 50 % de huecos (o poros), de los cuales la mitad está ocupada por agua y la otra mitad por gas. ^{[ 33 ]} El porcentaje de contenido mineral y orgánico del suelo puede tratarse como una constante (a corto plazo), mientras que el porcentaje de contenido de agua y gas del suelo se considera altamente variable, de modo que un aumento en uno se compensa simultáneamente con una reducción en el otro. ^{[ 34 ]} El espacio poroso permite la infiltración y el movimiento del aire y el agua, ambos críticos para la vida que existe en el suelo. ^{[ 35 ]} La compactación , un problema común en los suelos, en particular bajo el tráfico de maquinaria pesada, ^{[ 36 ]} reduce este espacio, impidiendo que el aire y el agua lleguen a las raíces de las plantas y a los organismos del suelo. ^{[ 37 ]}

Con el tiempo suficiente, un suelo indiferenciado desarrollará un perfil de suelo que consta de dos o más capas, denominadas horizontes del suelo . Estos difieren en una o más propiedades, como su textura , estructura , densidad , porosidad , consistencia , temperatura, color y reactividad . ^{[ 8 ]} Los horizontes difieren mucho en espesor y generalmente carecen de límites definidos; su desarrollo depende del tipo de material parental , los procesos que modifican esos materiales parentales (por ejemplo, la meteorización mineral ) y los factores de formación del suelo que influyen en esos procesos. Las influencias biológicas sobre las propiedades del suelo (por ejemplo, la bioturbación ) son más fuertes cerca de la superficie, mientras que las influencias geoquímicas sobre las propiedades del suelo aumentan con la profundidad. Los perfiles de suelo maduros suelen incluir tres horizontes maestros básicos: A, B y C. El solum normalmente incluye los horizontes A y B. El componente vivo del suelo se encuentra en gran medida confinado al solum y generalmente es más prominente en el horizonte A. ^{[ 38 ]} Se ha sugerido que el pedón , una columna de suelo que se extiende verticalmente desde la superficie hasta el material parental subyacente y lo suficientemente grande como para mostrar las características de todos sus horizontes, podría subdividirse en el humipedón (la parte viva, donde habitan la mayoría de los organismos del suelo, correspondiente a la forma humus ), el copedón (en posición intermedia, donde tiene lugar la mayor parte de la meteorización de los minerales) y el litopedón (en contacto con el subsuelo). ^{[ 39 ]}

La textura del suelo está determinada por las proporciones relativas de las partículas individuales de arena , limo y arcilla que lo componen.

La interacción de las partículas minerales individuales con la materia orgánica, el agua y los gases mediante procesos bióticos y abióticos provoca que dichas partículas floculen (se adhieran entre sí) para formar agregados o peds . ^{[ 40 ]} Cuando se pueden identificar estos agregados, se puede decir que un suelo está desarrollado y se puede describir con mayor detalle 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 lo componen. ^{[ 41 ]} La mezcla de agua y materiales disueltos o suspendidos que ocupan el espacio poroso del suelo se denomina solución del suelo . Dado que el agua del suelo nunca es agua pura, sino que contiene cientos de sustancias orgánicas y minerales disueltas, puede denominarse con mayor precisión solución del 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, una retroalimentación compleja que se ejemplifica en la dinámica de los patrones de vegetación en bandas en regiones semiáridas. ^{[ 42 ]}

Los suelos proporcionan nutrientes a las plantas , la mayoría de los cuales se mantienen en su lugar mediante partículas de arcilla y materia orgánica ( coloides ) ^{[ 43 ].} Los nutrientes pueden ser adsorbidos en las superficies de los minerales arcillosos , unidos dentro de los minerales arcillosos ( absorbidos ) o unidos dentro de compuestos orgánicos como parte de los organismos vivos o la materia orgánica muerta del suelo (humus) ^{[ 44 ]} . 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 los suelos se humedecen o se secan, a medida que las plantas absorben nutrientes, a medida que se lixivian las sales o a medida que se agregan ácidos o álcalis ^{[ 45 ] .}

La disponibilidad de nutrientes para 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 depende de muchos factores de formación del suelo y, por lo general, es más bajo (más ácido) donde la meteorización está más avanzada. ^{[ 46 ]}

La mayoría de los nutrientes de las plantas, con la excepción del nitrógeno , fijado de la atmósfera, se originan de los minerales que componen el material parental del suelo. Parte del nitrógeno también proviene de la lluvia como ácido nítrico diluido y amoníaco , ^{[ 47 ]} pero la mayor parte del nitrógeno está disponible en los suelos como resultado de la fijación de nitrógeno por bacterias diazotróficas (por ejemplo, cianobacterias con heterocistos , Clostridium ). Una vez en el sistema suelo-planta, la mayoría de los nutrientes se reciclan a través de organismos vivos, residuos vegetales y microbianos ( materia orgánica del suelo ), formas ligadas a minerales ( humus ) y la solución del suelo. Tanto los organismos vivos del suelo (microbios, animales y raíces de plantas) como la materia orgánica del suelo son de vital importancia para este reciclaje y, por lo tanto, para la formación y fertilidad del suelo . ^{[ 48 ]} Las enzimas microbianas pueden liberar nutrientes de los minerales o la materia orgánica para que los utilicen las plantas y otros microorganismos, secuestrarlos (incorporarlos) en células vivas o causar su pérdida del suelo por volatilización (pérdida a la atmósfera como gases) o lixiviación. ^{[ 49 ]}

Se dice que el suelo se forma cuando la materia orgánica se acumula y los coloides se arrastran hacia abajo, dejando depósitos de arcilla , humus , óxido de hierro , carbonato y yeso , produciendo una capa distintiva llamada horizonte B. Esta es una definición algo arbitraria, ya que las mezclas de arena , limo , arcilla y humus sustentan la actividad biológica y agrícola antes de ese momento. ^{[ 50 ]} Estos componentes se mueven de un nivel a otro por el agua ( lixiviación ) y la actividad animal ( bioturbación ). Como resultado, se forman capas (horizontes) en el perfil del suelo. La alteración ( meteorización ) y el movimiento de materiales dentro de un suelo causan la formación de horizontes de suelo distintivos . Sin embargo, definiciones más recientes de suelo incluyen suelos sin materia orgánica, como los regolitos que se formaron en Marte ^{[ 51 ]} y condiciones análogas en los desiertos del planeta Tierra . ^{[ 52 ]}

Un ejemplo del desarrollo de un suelo comenzaría con la meteorización de la roca madre de la colada de lava , que produciría el material parental puramente mineral a partir del cual se forma la textura del suelo . El desarrollo del suelo procedería más rápidamente a partir de la roca desnuda de coladas recientes en un clima cálido, bajo lluvias intensas y frecuentes. En tales condiciones, las plantas (en una primera etapa líquenes fijadores de nitrógeno y cianobacterias , luego plantas superiores epilíticas ) se establecen muy rápidamente en la lava basáltica , aunque hay muy poca materia orgánica. ^{[ 53 ]} Los minerales basálticos suelen meteorizarse relativamente rápido, según la serie de disolución de Goldich . ^{[ 54 ]} Las plantas son sostenidas por la roca porosa, ya que está llena de agua con nutrientes que transporta minerales disueltos de las rocas. Las grietas y cavidades, topografía local de las rocas, retendrían materiales finos y albergarían raíces de plantas. Las raíces de las plantas en desarrollo están asociadas con hongos micorrícicos meteorizadores de minerales ^{[ 55 ]} que ayudan a romper la lava porosa, y por estos medios se acumulan materia orgánica y un suelo mineral más fino con el tiempo. Se han descrito etapas iniciales de desarrollo del suelo en volcanes, ^{[ 56 ]} inselbergs, ^{[ 57 ]} y morrenas glaciares. ^{[ 58 ]}

La formación del suelo está regida por cinco factores interrelacionados: clima (CL) , organismos (O) , topografía o relieve (R ), material parental (P) y tiempo (T), que en conjunto impulsan el desarrollo y la evolución del suelo. ^{[ 59 ]} Los factores de formación del suelo se suelen denominar con el acrónimo CLORPT. ^{[ 60 ]}

Las propiedades físicas de los suelos, en orden de importancia decreciente para los servicios ecosistémicos como la producción de cultivos , son textura , estructura , densidad aparente , porosidad , consistencia, temperatura , color y resistividad . ^{[ 61 ]} La textura del suelo está determinada por la proporción relativa de los tres tipos de partículas minerales del suelo, llamadas separaciones del suelo: arena , limo y arcilla . En la siguiente escala mayor, las estructuras del suelo llamadas peds o más comúnmente agregados del suelo se crean a partir de las separaciones del suelo cuando los óxidos de hierro , carbonatos , arcilla, sílice y humus , recubren las partículas y hacen que se adhieran en estructuras secundarias más grandes y relativamente estables . ^{[ 62 ]} La densidad aparente del suelo , cuando se determina en condiciones de humedad estandarizadas , es una estimación de la compactación del suelo . ^{[ 63 ]} 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 adherirse entre sí. La temperatura y el color del suelo son autodefinitorios. La resistividad se refiere a la resistencia a la conducción de corrientes eléctricas y afecta la velocidad de corrosión de las estructuras metálicas y de hormigón enterradas en el suelo. ^{[ 64 ]} Estas propiedades varían a lo largo de la profundidad del perfil del suelo, es decir, a través de los horizontes del suelo . La mayoría de estas propiedades determinan la aireación del suelo y la capacidad del agua para infiltrarse y retenerse en él. ^{[ 65 ]}

El contenido de agua del suelo se puede medir en volumen o peso . Los niveles de humedad del suelo, en orden decreciente de contenido de agua, son saturación , capacidad de campo , punto de marchitamiento , secado al aire y secado en horno. La capacidad de campo describe un suelo húmedo drenado en el punto en que el contenido de agua alcanza el equilibrio con la gravedad. Regar el suelo por encima de la capacidad de campo conlleva el riesgo de pérdidas por percolación . El punto de marchitamiento describe el límite seco para el crecimiento de las plantas. Durante la temporada de crecimiento, la humedad del suelo no se ve afectada por los grupos funcionales de plantas ni por la riqueza de especies, mientras que varía con la composición de especies . ^{[ 66 ]}

La capacidad de agua disponible es la cantidad de agua contenida en el perfil del suelo que las plantas pueden absorber. A medida que disminuye el contenido de agua, las plantas deben esforzarse contra las crecientes fuerzas de adhesión y sorción para extraerla. La programación del riego evita el estrés hídrico al reponer el agua agotada antes de que se produzca dicho estrés . ^{[ 67 ] [ 68 ]}

La acción capilar es responsable del movimiento del agua subterránea desde las zonas húmedas del suelo hacia las zonas secas. Los sistemas de riego subterráneo (por ejemplo, lechos de riego por capilaridad , macetas con riego subterráneo ) dependen de la capilaridad para suministrar agua a las raíces de las plantas. La acción capilar puede provocar una concentración evaporativa de sales, causando degradación del suelo por salinización . ^{[ 69 ]}

La medición de la humedad del suelo —que consiste en medir el contenido de agua del suelo, expresado en términos de volumen o peso— puede basarse en sondas in situ (por ejemplo, sondas de capacitancia , sondas de neutrones ) o en métodos de teledetección . La medición de la humedad del suelo es un factor importante para determinar los cambios en la actividad biológica del suelo. ^{[ 66 ]}

La atmósfera del suelo, o gas del suelo , es muy diferente de la atmósfera superior. El consumo de oxígeno por los microbios y las raíces de las plantas, y su liberación de dióxido de carbono , disminuye el oxígeno y aumenta la concentración de dióxido de carbono. La concentración atmosférica de CO₂ _es del 0,04%, pero en el espacio poroso del suelo puede variar de 10 a 100 veces ese nivel, lo que potencialmente contribuye a la inhibición de la respiración de las raíces. ^{[ 70 ]} Los suelos calcáreos regulan la concentración de CO₂ _mediante el amortiguamiento de carbonatos , a diferencia de los suelos ácidos en los que todo el CO₂ _respirado se acumula en el sistema poroso del suelo. ^{[ 71 ]} En niveles extremos, el CO₂ _es tóxico. ^{[ 72 ]} Esto sugiere un posible control de retroalimentación negativa de la concentración de _CO₂ del suelo a través de sus efectos inhibidores sobre la respiración de las raíces y los microbios (también llamada respiración del suelo ). ^{[ 73 ]} Además, los huecos del suelo están saturados de vapor de agua , al menos hasta el punto de higroscopicidad máxima , más allá del cual se produce un déficit de presión de vapor en el espacio poroso del suelo. ^{[ 35 ]} Es necesaria una porosidad adecuada, no solo para permitir la penetración del agua, sino también para permitir que los gases se difundan hacia dentro y hacia fuera. El movimiento de los gases se produce por difusión desde concentraciones altas a bajas, y el coeficiente de difusión disminuye con la compactación del suelo . ^{[ 74 ]} El oxígeno de la atmósfera superior se difunde en el suelo donde se consume y los niveles de dióxido de carbono que exceden la atmósfera superior se difunden hacia fuera con otros gases (incluidos los gases de efecto invernadero ) así como con el vapor de agua . ^{[ 75 ]} La textura y la estructura del suelo afectan fuertemente la porosidad del suelo y la difusión de gases. Es el espacio poroso total ( porosidad ) del suelo, no el tamaño de los poros, y el grado de interconexión de los poros (o, por el contrario, el sellado de los poros), junto con el contenido de agua, la turbulencia del aire y la temperatura, los que determinan la tasa de difusión de gases dentro y fuera del suelo. ^{[ 76 ] [ 75 ]} PlatyLa estructura del suelo y la compactación del suelo (baja porosidad) impiden el flujo de gases, y una deficiencia de oxígeno puede estimular _a las bacterias anaeróbicas a reducir (extraer oxígeno) del nitrato NO₃ a los gases N₂ _, N₂O _y NO, que luego se pierden a la atmósfera, agotando así el nitrógeno del suelo, un proceso perjudicial llamado desnitrificación . ^{[ 77 ]} El suelo aireado también es un sumidero neto de metano (CH₄ ₎ [ ^{78 ] pero} un productor neto de metano (un potente gas de efecto invernadero que atrapa el calor ) cuando los suelos están agotados de oxígeno y sujetos a temperaturas elevadas. ^{[ 79 ]}

La atmósfera del suelo también es el lugar de emisión de volátiles distintos de los óxidos de carbono y nitrógeno de diversos organismos del suelo, por ejemplo, raíces, ^{[ 80 ]} bacterias, ^{[ 81 ]} hongos, ^{[ 82 ]} animales. ^{[ 83 ]} Estos volátiles se utilizan como señales químicas, lo que convierte a la atmósfera del suelo en el lugar de redes de interacción ^{[ 84 ] [ 85 ]} que desempeñan un papel decisivo en la estabilidad, la dinámica y la evolución de los ecosistemas del suelo. ^{[ 86 ]} Los compuestos orgánicos volátiles biogénicos del suelo se intercambian con la atmósfera aérea, en la que son solo 1-2 órdenes de magnitud menores que los de la vegetación aérea. ^{[ 87 ]}

Los humanos pueden hacerse una idea de la atmósfera del suelo a través del conocido olor "después de la lluvia", cuando el agua de lluvia que se infiltra arrastra toda la atmósfera del suelo después de un período de sequía, o cuando se excava el suelo, ^{[ 88 ]} una propiedad general atribuida de manera reduccionista a compuestos bioquímicos particulares como el petricor o la geosmina .

Las partículas del suelo se pueden clasificar según su composición química ( mineralogía ) y su tamaño. La distribución del tamaño de las partículas del suelo, su textura , determina muchas de sus propiedades, en particular la conductividad hidráulica y el potencial hídrico ^{[ 89 ]} , pero la mineralogía de dichas partículas puede modificarlas considerablemente. La mineralogía de las partículas más finas del suelo, la arcilla , es especialmente importante ^{[ 90 ]} .

Un gran número de microbios , animales , plantas y hongos viven en el suelo. ^{[ 91 ]} Sin embargo, la biodiversidad en el suelo es mucho más difícil de estudiar ya que la mayor parte de esta vida es invisible, por lo que las estimaciones sobre la biodiversidad del suelo han sido insatisfactorias. Un estudio reciente sugirió que el suelo es probablemente el hogar del 59 ± 15% de las especies en la Tierra. Los Enchytraeidae (gusanos de olla) tienen el mayor porcentaje de sus especies viviendo en el suelo (98,6%), seguidos de los hongos (90%), las plantas (85,5%) y las termitas ( Isoptera ) (84,2%). Muchos otros grupos de animales tienen fracciones sustanciales de especies viviendo en el suelo, por ejemplo, alrededor del 30% de los insectos y cerca del 50% de los arácnidos . ^{[ 92 ]} Si bien la mayoría de los vertebrados viven sobre la superficie (sin contar las especies acuáticas), muchas especies son fosoriales , es decir, viven en el suelo (por ejemplo , topos , tuzas , topillos , serpientes ciegas ), una adaptación a la vida subterránea que se cree que fue heredada de crisis ecológicas globales pasadas . ^{[ 93 ]}

La química de un suelo determina su capacidad para suministrar nutrientes disponibles a las plantas y afecta sus propiedades físicas y la salud de su población viva. Además, la química de un suelo también determina su corrosividad , estabilidad y capacidad para absorber contaminantes y filtrar agua. Es la química superficial de los coloides minerales y orgánicos la que determina las propiedades químicas del suelo. ^{[ 94 ]} Un coloide es una partícula pequeña e insoluble que varía en tamaño de 1 nanómetro a 1 micrómetro , por lo tanto lo suficientemente pequeña como para permanecer suspendida por el movimiento browniano en un medio fluido sin sedimentarse. ^{[ 95 ]} La mayoría de los suelos contienen partículas coloidales orgánicas llamadas humus , así como partículas coloidales inorgánicas de arcillas . La muy alta superficie específica de los coloides y sus cargas eléctricas netas le dan al suelo su capacidad para retener y liberar iones . Los sitios cargados negativamente en los coloides atraen y liberan cationes en lo que se conoce como intercambio catiónico . La capacidad de intercambio catiónico es la cantidad de cationes intercambiables por unidad de peso de suelo seco y se expresa en términos de miliequivalentes de iones con carga positiva  por cada 100 gramos de suelo (o centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo; cmol _c /kg ). De manera similar, los sitios con carga positiva en los coloides pueden atraer y liberar aniones en el suelo, lo que le confiere al suelo una capacidad de intercambio aniónico .

Diecisiete 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). ^{[ 153 ] [ 154 ] [ 155 ]} 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 no son necesarios para completar el ciclo de vida de la planta se consideran no esenciales. Excepto el 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, ^{[ 155 ]} los nutrientes derivan originalmente del componente mineral del suelo. La ley del mínimo expresa que cuando la forma disponible de un nutriente no se encuentra en proporción suficiente en la solución del suelo, otros nutrientes no pueden ser absorbidos a una tasa óptima por la planta. ^{[ 156 ]} Por lo tanto, una proporción particular de nutrientes ( estequiometría ) de la solución del suelo es indispensable para optimizar el crecimiento de la planta, un valor que puede diferir de las proporciones de nutrientes calculadas a partir de la composición de la planta. ^{[ 157 ]}

La absorción de nutrientes por las plantas solo puede ocurrir cuando están presentes en una forma disponible para ellas. En la mayoría de los casos, los nutrientes se absorben en forma iónica del agua del suelo (o junto con ella). Aunque los minerales son el origen de la mayoría de los nutrientes, y la mayor parte de los elementos nutritivos del suelo se encuentran en forma cristalina dentro de minerales primarios y secundarios , estos se meteorizan demasiado lentamente para sustentar un rápido crecimiento vegetal. 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 vegetal, ya que la mayoría de los nutrientes permanecen ligados a los cristales de esos minerales. ^{[ 158 ]} Sin embargo, las plantas pueden estimular la meteorización de los minerales y, por lo tanto, la disponibilidad de nutrientes ligados a los minerales, a través de diversos procesos, tanto directos (por ejemplo, agentes de meteorización como el dióxido de carbono , ácidos orgánicos y ligandos ) como indirectos (por ejemplo , hongos micorrícicos , bacterias de la rizosfera ). ^{[ 159 ] [ 160 ] [ 161 ]}

Los nutrientes adsorbidos en las superficies de los coloides arcillosos y la materia orgánica del suelo proporcionan una reserva más accesible de muchos nutrientes para las plantas (p. ej., K, Ca, Mg, P, Zn). A medida que las plantas absorben los nutrientes del agua del suelo, la reserva soluble se repone a partir de la reserva unida a la superficie. La descomposición de la materia orgánica del suelo por microorganismos es otro mecanismo mediante el cual se repone la reserva soluble de nutrientes; esto es importante para el suministro de N, S, P y B disponibles para las plantas desde el suelo. ^{[ 162 ]}

Gramo a gramo, la capacidad del humus para retener nutrientes y agua es mucho mayor que la de los minerales arcillosos, y la mayor parte de la capacidad de intercambio catiónico del suelo proviene de los grupos carboxílicos cargados en la materia orgánica. ^{[ 163 ]} Sin embargo, a pesar de la notable capacidad del humus para retener agua una vez empapado, su alta hidrofobicidad disminuye su humectabilidad una vez seco, un proceso irreversible llamado histéresis . ^{[ 164 ]} Pequeñas cantidades de humus pueden aumentar notablemente la capacidad del suelo para promover el crecimiento de las plantas. ^{[ 165 ] [ 162 ]}

La materia orgánica del suelo está compuesta por compuestos orgánicos e incluye materia vegetal, animal y microbiana, tanto viva como muerta. 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 de tierra , 2400  lb de hongos , 1500  lb de bacterias , 133  lb de protozoos y 890  lb de artrópodos y algas . ^{[ 166 ]}

Un pequeño porcentaje de la materia orgánica del suelo , con un tiempo de residencia corto , consiste en la biomasa microbiana y los metabolitos de bacterias, mohos y actinomicetos que trabajan para descomponer la materia orgánica muerta. ^{[ 167 ] [ 168 ]} Si no fuera por la acción mineralizante de estos microorganismos, todo el dióxido de carbono de la atmósfera se secuestraría como materia orgánica en el suelo. Sin embargo, al mismo tiempo, los microbios del suelo contribuyen al secuestro de carbono en la capa superficial del suelo mediante la formación de humus estable . ^{[ 169 ]} Con el objetivo de secuestrar más carbono en el suelo para mitigar el efecto invernadero , sería más eficiente a largo plazo estimular la humificación que disminuir la descomposición de la hojarasca . ^{[ 170 ]}

La mayor parte de la materia orgánica del suelo es un conjunto complejo de pequeñas moléculas orgánicas, denominadas colectivamente humus o sustancias húmicas . El uso de estos términos, que no se basan en una clasificación química clara, se ha considerado obsoleto. ^{[ 171 ]} Otros estudios demostraron que la noción clásica de molécula no es adecuada para el humus, que escapó a la mayoría de los intentos realizados durante dos siglos para descomponerlo en componentes unitarios, pero que aún se distingue químicamente de los polisacáridos , las ligninas y las proteínas . ^{[ 172 ]}

La mayoría de los seres vivos en los suelos, incluyendo plantas, animales, bacterias y hongos, transforman nutrientes y energía en materia orgánica y, a su vez, dependen de ella para sus necesidades. ^{[ 173 ]} Los suelos tienen compuestos orgánicos en diferentes grados de descomposición , cuya tasa depende de la temperatura, la humedad del suelo y la aireación. ^{[ 174 ]} Las bacterias y los hongos se alimentan de materia orgánica cruda, de la cual se alimentan los protozoos , que a su vez se alimentan de nematodos , anélidos y artrópodos , capaces de consumir y transformar materia orgánica cruda o humificada. Esto se ha denominado red trófica del suelo , a través de la cual toda la materia orgánica se procesa como en un sistema digestivo . ^{[ 175 ]} La materia orgánica mantiene los suelos abiertos, permitiendo la infiltración de aire ^{[ 176 ]} y agua, ^{[ 177 ]} y puede retener hasta el doble de su peso en agua. ^{[ 178 ]} Muchos suelos, incluyendo los suelos desérticos y rocosos-gravosos, tienen poca o ninguna materia orgánica. ^{[ 179 ]} Los suelos que son toda materia orgánica, como la turba ( histosoles ), son infértiles. ^{[ 180 ]} En su etapa más temprana de descomposición, el material orgánico original a menudo se llama materia orgánica cruda o fresca. La etapa final de descomposición se llama humus .

En los pastizales , gran parte de la materia orgánica que se añade al suelo proviene de los sistemas radiculares profundos y fibrosos de las gramíneas. Por el contrario, las hojas de los árboles que caen al suelo del bosque son la principal fuente de materia orgánica del suelo en el bosque. Otra diferencia es la frecuente ocurrencia en los pastizales de incendios que destruyen grandes cantidades de material aéreo, pero estimulan contribuciones aún mayores de las raíces. ^{[ 181 ]} Además, la acidez mucho mayor bajo cualquier bosque inhibe la acción de ciertos organismos del suelo que, de otro modo, mezclarían gran parte de la hojarasca superficial con el suelo mineral. ^{[ 182 ]} Como resultado, los suelos bajo los pastizales generalmente desarrollan un horizonte A más grueso con una distribución más profunda de materia orgánica que en suelos comparables bajo los bosques, que característicamente almacenan la mayor parte de su materia orgánica en el suelo del bosque ( horizonte O ) y un horizonte A delgado. ^{[ 183 ]}

Una capa horizontal del suelo, cuyas características físicas, composición y edad son distintas de las superiores e inferiores, se denomina horizonte del suelo . La denominación de un horizonte se basa en el tipo de material del que está compuesto. Estos materiales reflejan la duración de procesos específicos de formación del suelo . Se etiquetan utilizando una notación abreviada de letras y números que describen el horizonte en términos de su color, tamaño, textura, estructura, consistencia, cantidad de raíces, pH, huecos, características de los límites y presencia de nódulos o concreciones . ^{[ 184 ]} Ningún perfil de suelo tiene todos los horizontes principales. Algunos, llamados entisoles , pueden tener solo un horizonte o actualmente se consideran sin horizonte, en particular los suelos incipientes de depósitos de desechos mineros no recuperados , ^{[ 185 ]} morrenas , ^{[ 186 ]} conos volcánicos ^{[ 187 ]} dunas de arena o terrazas aluviales . ^{[ 188 ]} Los horizontes superiores del suelo pueden estar ausentes en suelos truncados después de la ablación del viento o del agua, con el consiguiente enterramiento ladera abajo de los horizontes del suelo, un proceso natural agravado por prácticas agrícolas como la labranza . ^{[ 189 ]} El crecimiento de los árboles es otra fuente de perturbación, creando una heterogeneidad a microescala que aún es visible en los horizontes del suelo una vez que los árboles han muerto. ^{[ 190 ]} Al pasar de un horizonte a otro, desde la parte superior hasta la inferior del perfil del suelo, uno retrocede en el tiempo, con eventos pasados ​​registrados en los horizontes del suelo como en las capas de sedimento . ^{[ 191 ]} El muestreo de polen , amebas testadas y restos de plantas en los horizontes del suelo puede ayudar a revelar cambios ambientales (por ejemplo, cambio climático , cambio de uso de la tierra ) que ocurrieron en el curso de la formación del suelo. ^{[ 192 ]} Los horizontes del suelo se pueden datar por varios métodos como el radiocarbono , utilizando trozos de carbón vegetal siempre que sean de tamaño suficiente para escapar de la pedoturbación por la actividad de las lombrices de tierra y otras perturbaciones mecánicas. ^{[ 193 ]} Se pueden encontrar horizontes de suelo fósil de paleosuelos dentro de rocas sedimentarias.secuencias, que permiten el estudio de entornos pasados. ^{[ 194 ]}

La exposición del material parental a condiciones favorables produce suelos minerales que son marginalmente adecuados para el crecimiento de las plantas , como es el caso en los suelos erosionados. ^{[ 195 ]} El crecimiento de la vegetación resulta en la producción de residuos orgánicos que caen al suelo como hojarasca para las partes aéreas de las plantas ( hojarasca ) o se producen directamente bajo tierra para los órganos subterráneos de las plantas (hojarasca de raíces), y luego liberan materia orgánica disuelta . ^{[ 196 ]} La capa orgánica superficial restante, 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, haciendo disponibles nutrientes sobre los que otras plantas y animales pueden vivir. ^{[ 197 ]} Después de un tiempo suficiente, el humus se mueve hacia abajo ( lixiviación , eluviación ) y se deposita ( iluviación ) en una capa superficial orgánica-mineral distintiva llamada horizonte A , en la que la materia orgánica se mezcla con la materia mineral a través de la actividad de los animales excavadores , un proceso llamado bioturbación . Este proceso natural no se completa en presencia de condiciones perjudiciales para la vida del suelo, como una acidez fuerte, un clima frío o la contaminación, lo que da lugar a la acumulación de materia orgánica no descompuesta dentro de un único horizonte orgánico que recubre el suelo mineral ^{[ 198 ]} y a la yuxtaposición de materia orgánica humificada y partículas minerales, sin mezcla íntima, en los horizontes minerales subyacentes. ^{[ 199 ]}

Uno de los primeros sistemas de clasificación de suelos fue desarrollado por el científico ruso Vasily Dokuchaev alrededor de 1880. ^{[ 200 ]} Fue modificado varias veces por investigadores estadounidenses y europeos y se convirtió en el sistema comúnmente utilizado hasta la década de 1960. Se basaba en la idea de que los suelos tienen una morfología particular según los materiales y factores que los forman. En la década de 1960, comenzó a surgir un sistema de clasificación diferente que se centraba en la morfología del suelo en lugar de los materiales parentales y los factores formadores del suelo. Desde entonces, ha sufrido nuevas modificaciones. La Base de Referencia Mundial para los Recursos del Suelo ^{[ 201 ]} tiene como objetivo establecer una base de referencia internacional para la clasificación de suelos.

En Estados Unidos se utiliza el sistema de Taxonomía de Suelos ^{[ 202 ]} . Este sistema fue establecido por el Departamento de Agricultura de Estados Unidos : Servicio de Conservación de Recursos Naturales y actualmente se encuentra en su segunda edición, publicada en 1999 por el Equipo de Estudios de Suelos. ^{[ 203 ]}

El suelo se utiliza en la agricultura, donde sirve como base y principal fuente de nutrientes para las plantas. Los tipos de suelo y la humedad disponible determinan las especies de plantas que se pueden cultivar. La ciencia del suelo agrícola fue el campo primigenio del conocimiento del suelo, mucho antes del surgimiento de la pedología en el siglo XIX. Sin embargo, como lo demuestran la aeroponía , la acuaponía y la hidroponía , el suelo no es un elemento esencial para la agricultura, y los sistemas de cultivo sin suelo se han presentado como el futuro de la agricultura para una humanidad en constante crecimiento. ^{[ 204 ]}

El suelo es también un componente fundamental en las industrias de minería , construcción y desarrollo paisajístico (también llamado arquitectura del paisaje ). ^{[ 205 ]} El suelo sirve de base para la mayoría de los proyectos de construcción . El movimiento de grandes volúmenes de suelo puede estar involucrado en la minería a cielo abierto , la construcción de carreteras y la construcción de presas . El enterramiento es la práctica arquitectónica de utilizar el suelo como masa térmica externa contra las paredes de los edificios. Muchos materiales de construcción se basan en el suelo. La pérdida de suelo debido a la urbanización está creciendo a un ritmo elevado en muchas áreas y puede ser crítica para el mantenimiento de la agricultura de subsistencia . ^{[ 206 ]}

Los recursos del suelo son fundamentales para el medio ambiente, así como para la producción de alimentos y fibras, ya que producen el 98,8 % de los alimentos consumidos por los seres humanos. ^{[ 207 ]} El suelo proporciona minerales y agua a las plantas mediante diversos procesos relacionados con la nutrición vegetal . El suelo absorbe el agua de lluvia y la libera posteriormente, previniendo así inundaciones y sequías; la regulación de inundaciones es uno de los principales servicios ecosistémicos que proporciona el suelo. ^{[ 208 ]} El suelo limpia el agua a medida que esta se filtra a través de él. ^{[ 209 ]}

El suelo es el hábitat principal o único para muchos organismos del suelo : la mayor parte de la biodiversidad conocida y desconocida se encuentra en el suelo, en forma de lombrices de tierra , 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 (por ejemplo, insectos ) bajo tierra. ^{[ 210 ]} Las biodiversidades sobre el suelo y bajo tierra están estrechamente interconectadas, ^{[ 183 ] [ 211 ]} lo que hace que la protección del suelo sea de suma 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 los desiertos, las cianobacterias , los líquenes y los musgos forman costras biológicas en el suelo que capturan y secuestran una cantidad significativa de carbono mediante la fotosíntesis . ^{[ 212 ]} Los métodos intensivos de agricultura y pastoreo han degradado los suelos ^{[ 213 ]} y liberado gran parte de este carbono secuestrado a la atmósfera. ^{[ 214 ]} La restauración de los suelos del mundo podría compensar el efecto del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y el calentamiento global , al tiempo que mejora los rendimientos de los cultivos y reduce las necesidades de agua. ^{[ 215 ] [ 216 ] [ 217 ]}

La gestión de residuos a menudo incluye un componente de suelo. Los campos de drenaje séptico tratan el efluente de la fosa séptica mediante procesos aerobios del suelo. ^{[ 218 ]} La aplicación de aguas residuales en tierra se basa en la biología del suelo para tratar aerobiamente la DBO . ^{[ 219 ]} Alternativamente, los vertederos utilizan el suelo como cobertura diaria , ^{[ 220 ]} aislando los depósitos de residuos de la atmósfera y evitando olores desagradables. El compostaje se utiliza ahora ampliamente para tratar aerobiamente los residuos sólidos domésticos y los efluentes secos de las balsas de sedimentación . ^{[ 221 ]} Aunque el compost no es suelo, los procesos biológicos que tienen lugar durante el compostaje son similares a los que ocurren durante la descomposición y humificación de la materia orgánica del suelo . ^{[ 222 ]}

Los suelos orgánicos, especialmente la turba , sirven como un importante recurso energético y hortícola . Los suelos de turba también se utilizan comúnmente para la agricultura en los países nórdicos, porque los sitios de turberas, cuando se drenan, proporcionan suelos fértiles para la producción de alimentos. ^{[ 223 ]} Sin embargo, amplias áreas de producción de turba, como las turberas de esfagno alimentadas por la lluvia , también llamadas pantanos , turberas de manta o turberas elevadas , ahora están amenazadas y protegidas debido a su alto interés patrimonial. ^{[ 224 ]} Como ejemplo, Flow Country , que cubre 4000 kilómetros cuadrados de extensas turberas de manta en Escocia, ahora es reconocido como Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO . Bajo el calentamiento global actual, se cree que los suelos de turba están involucrados en un proceso de autorrefuerzo ( retroalimentación positiva ) de mayor emisión de gases de efecto invernadero ( metano y dióxido de carbono ) y aumento de la temperatura, ^{[ 225 ]} una afirmación que todavía está en debate cuando se reemplaza a escala de campo e incluye el crecimiento vegetal estimulado. ^{[ 226 ]}

La geofagia es la práctica de ingerir sustancias parecidas a la tierra. Tanto animales como humanos consumen tierra ocasionalmente con fines medicinales, recreativos o religiosos. ^{[ 227 ]} Se ha demostrado que algunos monos consumen tierra, junto con su alimento preferido ( hojas de árboles y frutas ), para aliviar la toxicidad de los taninos. ^{[ 228 ]}

Los suelos filtran y purifican el agua y afectan su química. El agua de lluvia y el agua estancada de estanques , lagos y ríos se filtran a través de los horizontes del suelo y los estratos rocosos superiores , convirtiéndose así en agua subterránea . Las plagas ( virus ) y los contaminantes , como los contaminantes orgánicos persistentes ( pesticidas clorados , bifenilos policlorados ), los aceites ( hidrocarburos ), los metales pesados ​​( plomo , zinc , cadmio ) y el exceso de nutrientes ( nitratos , sulfatos , fosfatos ) son filtrados por el suelo. ^{[ 229 ]} Los organismos del suelo metabolizan o inmovilizan los contaminantes en su biomasa y necromasa (biomasa muerta), ^{[ 230 ]} incorporándolos así al humus estable . ^{[ 231 ]} La integridad física del suelo también es un requisito previo para evitar deslizamientos de tierra en paisajes accidentados. ^{[ 232 ]}

La degradación de la tierra es un proceso natural o inducido por el hombre que perjudica la capacidad de la tierra para funcionar. ^{[ 233 ]} La degradación del suelo incluye acidificación , contaminación , desertificación , erosión o salinización . ^{[ 234 ]}

Desertificación

La desertificación , un proceso ambiental de degradación de los ecosistemas en regiones áridas y semiáridas, suele ser causada por actividades humanas mal adaptadas, como el sobrepastoreo o la tala excesiva de leña . Existe la idea errónea de que la sequía causa desertificación. ^{[ 243 ]} Si bien las sequías son comunes en tierras áridas y semiáridas , las tierras bien gestionadas pueden recuperarse cuando regresan las lluvias. Las herramientas de manejo del suelo incluyen el mantenimiento de los niveles de nutrientes y materia orgánica, la reducción del laboreo y el aumento de la cobertura vegetal . ^{[ 244 ]} Estas prácticas ayudan a controlar la erosión y a mantener la productividad durante los períodos en que hay humedad disponible. Sin embargo, el abuso continuo de la tierra durante las sequías aumenta la degradación de la tierra . El aumento de la población y la presión ganadera sobre las tierras marginales acelera la desertificación. ^{[ 245 ]} Ahora se cuestiona si el calentamiento climático actual favorecerá o desfavorecerá la desertificación, con informes contradictorios sobre las tendencias de precipitación previstas asociadas con el aumento de la temperatura y fuertes discrepancias entre regiones, incluso en el mismo país. ^{[ 246 ]}

Erosión

La erosión del suelo es causada por el agua , el viento , el hielo y el movimiento en respuesta a la gravedad . Puede ocurrir más de un tipo de erosión 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 incrementa considerablemente por la actividad humana, especialmente por prácticas inadecuadas de uso de la tierra . ^{[ 247 ]} Estas incluyen actividades agrícolas que dejan el suelo desnudo durante épocas de fuertes lluvias o vientos fuertes, sobrepastoreo , deforestación y actividades de construcción inadecuadas . Una mejor gestión puede limitar la erosión. Las técnicas de conservación del suelo que se emplean incluyen cambios en el uso de la tierra (como reemplazar cultivos propensos a la erosión con pasto u otras plantas que fijan el suelo), cambios en el momento o tipo de operaciones agrícolas, construcción de terrazas , uso de materiales de cobertura que suprimen la erosión (incluidos cultivos de cobertura y otras plantas), limitar las perturbaciones durante la construcción y evitar la construcción durante períodos propensos a la erosión y en lugares propensos a la erosión, como pendientes pronunciadas. ^{[ 248 ]} Históricamente, uno de los mejores ejemplos de erosión del suelo a gran escala debido a prácticas inadecuadas de uso de la tierra es la erosión eólica (el llamado Dust Bowl ) que arruinó las praderas estadounidenses y canadienses durante la década de 1930, cuando los agricultores inmigrantes, alentados por el gobierno federal de ambos países, se asentaron y convirtieron la pradera original de pastos cortos en cultivos agrícolas y ganadería .

En China , en el curso medio del río Amarillo y en el curso superior del río Yangtsé , se produce un grave y persistente problema de erosión hídrica. Del río Amarillo  fluyen anualmente más de 1600 millones de toneladas de sedimentos hacia el océano. Estos sedimentos provienen principalmente de la erosión hídrica ( erosión en barrancos ) en la región de la Meseta de Loess, en el noroeste de China. ^{[ 249 ]}

La erosión interna del suelo es una forma particular de erosión que ocurre debajo de la superficie del suelo. ^{[ 250 ]} Provoca fallas en diques y presas , así como la formación de sumideros . El flujo turbulento elimina el suelo comenzando en la boca del flujo de filtración y la erosión del subsuelo avanza en dirección ascendente. ^{[ 251 ]} El término "ebullición de arena" se utiliza para describir la apariencia del extremo de descarga de una tubería de suelo activa. ^{[ 252 ]}

Los suelos que contienen altos niveles de arcillas particulares con elevadas propiedades de expansión , como las esmectitas , suelen ser muy fértiles. Por ejemplo, los arrozales ricos en esmectitas de las llanuras centrales de Tailandia se encuentran entre los más productivos del mundo. Sin embargo, el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados minerales y pesticidas en la producción intensiva de arroz de regadío ha puesto en peligro estos suelos, obligando a los agricultores a implementar prácticas integradas basadas en los Principios Operativos de Reducción de Costos. ^{[ 256 ]}

Muchos agricultores en zonas tropicales, sin embargo, tienen dificultades para retener la materia orgánica y la arcilla en los suelos que cultivan. Por ejemplo, la productividad ha disminuido y la erosión del suelo ha aumentado en los suelos arcillosos del norte de Tailandia, tras el abandono de la agricultura itinerante en favor de un uso más permanente de la tierra. ^{[ 257 ]} Inicialmente, los agricultores respondieron añadiendo materia orgánica y arcilla procedentes de los termiteros , pero esto resultó insostenible a largo plazo debido a la rarefacción de estos. Los científicos experimentaron con la adición de bentonita , una arcilla de la familia de las esmectitas , al suelo. En ensayos de campo, realizados por científicos del Instituto Internacional de Gestión del Agua (IWMI) en colaboración con la Universidad de Khon Kaen y agricultores locales, esto tuvo el efecto de ayudar a retener agua y nutrientes. Complementar la práctica habitual del agricultor con una sola aplicación de 200 kilogramos por rai (1300 kg/ha; 1100 lb/acre) de bentonita dio como resultado un aumento medio del rendimiento del 73 %. ^{[ 258 ]} Otros estudios demostraron que la aplicación de bentonita a suelos arenosos degradados redujo el riesgo de pérdida de cosechas durante los años de sequía. ^{[ 259 ]}  

En 2008, tres años después de los ensayos iniciales, científicos del IWMI realizaron una encuesta entre 250 agricultores del noreste de Tailandia, la mitad de los cuales habían aplicado bentonita a sus campos. La mejora promedio para quienes usaron la arcilla fue un 18 % mayor que para quienes no la usaron. El uso de la arcilla permitió a algunos agricultores dedicarse al cultivo de hortalizas , que requieren suelos más fértiles. Esto contribuyó a aumentar sus ingresos. Los investigadores estimaron que 200 agricultores del noreste de Tailandia y 400 de Camboya habían adoptado el uso de arcillas, y que otros 20 000 agricultores conocieron la nueva técnica. ^{[ 260 ]}

Si el suelo tiene un contenido excesivo de arcilla o sales (por ejemplo, suelo sódico salino ), la adición de yeso , arena de río lavada y materia orgánica (por ejemplo, residuos sólidos urbanos ) equilibrará la composición. ^{[ 261 ]}

Agregar materia orgánica, como madera astillada de ramas o compost , a un suelo empobrecido en nutrientes y con alto contenido de arena mejorará su calidad y la producción. ^{[ 262 ] [ 263 ]}

Cabe destacar el uso del carbón vegetal , y más generalmente del biocarbón , para mejorar los suelos tropicales pobres en nutrientes, un proceso basado en la mayor fertilidad de las Tierras Oscuras Amazónicas precolombinas antropogénicas , también llamadas Terra Preta de Índio, debido a las interesantes propiedades físicas y químicas del carbono negro del suelo como fuente de humus estable. ^{[ 264 ]} Sin embargo, la aplicación incontrolada de residuos carbonizados de todo tipo puede poner en peligro la vida del suelo y la salud humana . ^{[ 265 ]}

La historia del estudio del suelo está íntimamente ligada a la necesidad imperiosa del ser humano de proveerse de alimento y forraje para sus animales. A lo largo de la historia, las civilizaciones han prosperado o declinado en función de la disponibilidad y productividad de sus suelos. ^{[ 266 ]}