Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Química del suelo

La química del suelo es el estudio de las características químicas del suelo . La química del suelo se ve afectada por la composición mineral , la materia orgánica y los factore...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

La química del suelo es el estudio de las características químicas del suelo . La química del suelo se ve afectada por la composición mineral , la materia orgánica y los factores ambientales . A principios de la década de 1870, un químico consultor de la Real Sociedad Agrícola de Inglaterra, llamado J. Thomas Way, realizó numerosos experimentos sobre cómo los suelos intercambian iones y es considerado el padre de la química del suelo. [ 1 ] Otros científicos que contribuyeron a esta rama de la ecología incluyen a Edmund Ruffin y Linus Pauling . [ 1 ]

Historia

Hasta finales de la década de 1960, la química del suelo se centraba principalmente en las reacciones químicas que contribuyen a la pedogénesis o que afectan al crecimiento de las plantas . Desde entonces, ha aumentado la preocupación por la contaminación ambiental , la contaminación orgánica e inorgánica del suelo y los posibles riesgos para la salud ecológica y ambiental . En consecuencia, el enfoque de la química del suelo ha pasado de la pedología y la ciencia del suelo agrícola a la ciencia ambiental del suelo .

Química ambiental del suelo

El conocimiento de la química ambiental del suelo es fundamental para predecir el destino de los contaminantes , así como los procesos mediante los cuales se liberan inicialmente en el suelo. Una vez que una sustancia química se expone al ambiente del suelo, pueden ocurrir innumerables reacciones químicas que pueden aumentar o disminuir su toxicidad. Estas reacciones incluyen adsorción / desorción , precipitación , polimerización , disolución , hidrólisis , hidratación , complejación y oxidación/reducción . Estas reacciones suelen ser ignoradas por los científicos e ingenieros involucrados en la remediación ambiental . Comprender estos procesos nos permite predecir mejor el destino y la toxicidad de los contaminantes y proporciona el conocimiento necesario para desarrollar estrategias de remediación científicamente correctas y rentables .

Conceptos clave

Estructura del suelo

La estructura del suelo se refiere a la forma en que las partículas individuales se agrupan para formar conjuntos denominados agregados. Esto viene determinado por el tipo de formación del suelo , el material parental y la textura . La estructura del suelo puede verse influenciada por una gran variedad de organismos, así como por los métodos de manejo humanos.

Formación de agregados

  • Los agregados se forman bajo diferentes condiciones de formación del suelo y, como resultado, difieren en su estructura.
  • La agregación natural da como resultado la formación de terrones de suelo.
  • La compactación produce terrones duros en lugar de aglomerados blandos. Los terrones se forman por el laboreo, la excavación y el uso de maquinaria agrícola pesada en suelos pobres (húmedos).
  • La actividad microbiana también influye en la formación de agregados. [ 2 ]

Tipos de estructura del suelo

La clasificación de las formas estructurales del suelo se basa en gran medida en su forma.

Formas de las partículas del suelo
  1. Estructura esferoidal : de forma esférica o redondeada. Todos los ejes tienen aproximadamente las mismas dimensiones, con caras curvas e irregulares. Se encuentran comúnmente en campos de cultivo .
    1. Estructura de la miga : pequeñas y parecidas a migas de pan debido a su porosidad.
    2. Estructura granular : menos porosa que los agregados de estructura granular y más duradera que los agregados de estructura granular.
  2. Estructura laminar : se alinea principalmente de forma horizontal a lo largo de las zonas con vegetación, con unidades delgadas de disposición laminar y unidades gruesas de los agregados clasificadas como laminares. Las estructuras laminares se encuentran generalmente en la superficie y, a veces, en los subsuelos inferiores .
  3. Estructura en bloques : partículas dispuestas alrededor de un punto central, rodeadas por superficies que pueden ser planas o ligeramente redondeadas. Este tipo de estructura se encuentra generalmente en el subsuelo.
    1. Bloques subangulares : las esquinas son más redondeadas que los agregados de bloques angulares.
  4. Estructura prismática : partículas más largas que anchas, con el eje vertical mayor que el horizontal. Se encuentran comúnmente en el subsuelo desuelos de regiones áridas y semiáridas .
    1. Prismático : más angular y hexagonal en la parte superior del agregado.
    2. Columnares : partículas que se redondean en la parte superior del agregado.

minerales

Poros del suelo

Las interacciones entre los microporos y macroporos del suelo son importantes para la química del suelo, ya que permiten el suministro de agua y elementos gaseosos al suelo y a la atmósfera circundante. Los macroporos [ 3 ] ayudan a transportar moléculas y sustancias dentro y fuera de los microporos. Los microporos están integrados en los propios agregados.

Agua del suelo

  • El agua es esencial para los organismos que viven en el perfil del suelo y, en un suelo ideal, llena parcialmente los macroporos.
  • La lixiviación del suelo se produce cuando el agua arrastra consigo iones hacia las capas más profundas del suelo, lo que provoca que este se oxide más en otras capas.
  • El agua también pasará de un potencial hídrico más alto a uno más bajo, lo que puede provocar actividad capilar y fuerza gravitacional debido a la adhesión del agua a la superficie del suelo y a la cohesión entre las moléculas de agua.

Aire/Atmósfera

La atmósfera contiene tres gases principales: oxígeno, dióxido de carbono (CO₂ ) y nitrógeno. En la atmósfera, el oxígeno representa el 20%, el nitrógeno el 79% y el CO₂ entre el 0,15% y el 0,65% en volumen. El CO₂ aumenta con la profundidad del suelo debido a la descomposición de la materia orgánica acumulada y la abundancia de raíces de plantas . La presencia de oxígeno en el suelo es importante porque ayuda a descomponer la masa rocosa insoluble en minerales solubles y a la humificación orgánica . El aire del suelo está compuesto por gases presentes en la atmósfera, pero no en las mismas proporciones. Estos gases facilitan las reacciones químicas en los microorganismos . La acumulación de nutrientes solubles en el suelo lo hace más productivo. Si el suelo es deficiente en oxígeno, la actividad microbiana se ralentiza o se elimina. Los factores importantes que controlan la atmósfera del suelo son la temperatura , la presión atmosférica , el viento / aireación y las precipitaciones .

Textura del suelo

Triángulo de textura del suelo

La textura del suelo influye en su química, afectando su capacidad para mantener su estructura, la restricción del flujo de agua y la composición de sus partículas. La textura del suelo considera todos los tipos de partículas, y el triángulo de textura permite calcular el porcentaje de cada tipo de partícula que suma el 100% del perfil del suelo. Estas fracciones del suelo difieren no solo en su tamaño, sino también en su influencia sobre factores importantes para el crecimiento de las plantas, como la aireación , la facilidad de trabajo, el movimiento y la disponibilidad de agua y nutrientes.

Arena

Las partículas de arena varían en tamaño (aproximadamente 0,05–2  mm). [ 4 ] La arena es la partícula más gruesa. Posee los poros y partículas de suelo más grandes. Además, drena con mayor facilidad. Estas partículas participan más en reacciones químicas al recubrirse con arcilla.

Limo

Las partículas de limo varían en tamaño (aproximadamente 0,002–0,5  mm). Los poros del limo se consideran de tamaño medio en comparación con otros grupos de partículas. El limo tiene una textura similar a la de la harina. Las partículas de limo permiten el paso del agua y el aire con facilidad, a la vez que retienen la humedad para el crecimiento de los cultivos. Los suelos limosos contienen cantidades suficientes de nutrientes, tanto orgánicos como inorgánicos.

Arcilla

La arcilla posee las partículas más pequeñas (aproximadamente <0,002  mm) de todos los grupos de partículas. Además, tiene los poros más pequeños, lo que le confiere una mayor porosidad, y no drena bien. Cuando está húmeda, la arcilla tiene una textura pegajosa. Algunos tipos pueden expandirse y contraerse, o dicho de otro modo, encogerse y expandirse.

Marga

El suelo franco es una combinación de arena, limo y arcilla. Se puede clasificar según las partículas principales que lo componen, por ejemplo: franco arenoso, franco arcilloso, franco limoso, etc.

Biota

La biota está compuesta por organismos que, junto con la materia orgánica, forman parte del sistema biológico del suelo. La mayor parte de la actividad biológica se desarrolla cerca de la superficie del suelo, generalmente en el horizonte A del perfil . La biota depende del aporte de materia orgánica para subsistir y aumentar sus poblaciones. A cambio, aporta nutrientes al suelo, normalmente después de que estos hayan sido incorporados al ciclo trófico del suelo .

Debido a las numerosas interacciones que se producen, la biota puede impactar significativamente su entorno a nivel físico, químico y biológico (Pavao-Zuckerman, 2008). Un factor clave que contribuye a la estabilidad de estas interacciones es la biodiversidad , un componente fundamental de todas las comunidades ecológicas. La biodiversidad permite un flujo constante de energía a través de los niveles tróficos e influye notablemente en la estructura de las comunidades ecológicas del suelo.

Organismos del suelo

Los tipos de biota del suelo se pueden dividir en categorías de plantas (flora), animales (fauna) y microorganismos. Las plantas desempeñan un papel en la química del suelo al intercambiar nutrientes con los microorganismos y absorberlos, creando gradientes de concentración de cationes y aniones. Además, las diferencias en el potencial hídrico creadas por las plantas influyen en el movimiento del agua en el suelo, lo que afecta la forma y el transporte de diversas partículas. La cubierta vegetal en la superficie del suelo reduce considerablemente la erosión , lo que a su vez previene la compactación y ayuda a mantener la aireación en el espacio poroso del suelo , proporcionando oxígeno y carbono a la biota y a los sitios de intercambio catiónico que dependen de ello. Los animales son esenciales para la química del suelo, ya que regulan el ciclo de nutrientes y energía en diferentes formas. Esto se realiza principalmente a través de redes tróficas. Algunos tipos de animales del suelo se pueden encontrar a continuación.

  • Detritívoros
    • Algunos ejemplos son los milpiés, las cochinillas y los escarabajos peloteros.
  • Descomponedores
    • Algunos ejemplos son los hongos, las lombrices de tierra y las bacterias.
  • Protozoos
    • Algunos ejemplos son la ameba, la euglena y el paramecio.

Los microorganismos del suelo desempeñan un papel fundamental en una multitud de actividades biológicas y químicas que tienen lugar en el suelo. Se estima que estos microorganismos constituyen entre 1000 y 10 000  kg de biomasa por hectárea en algunos suelos (García-Sánchez, 2016). Se les reconoce principalmente por su asociación con las plantas. El ejemplo más conocido son las micorrizas , que intercambian carbono por nitrógeno con las raíces de las plantas en una relación simbiótica. Además, los microorganismos son responsables de la mayor parte de la respiración que tiene lugar en el suelo, lo que tiene implicaciones para la liberación de gases como el metano y el óxido nitroso (lo que le confiere relevancia en el debate sobre el cambio climático ) (Frouz et al., 2020). Dada la importancia de los efectos de los microorganismos en su entorno, la conservación y promoción de la vida microbiana es un objetivo frecuente para muchos productores de plantas, conservacionistas y ecólogos.

Materia orgánica del suelo

La materia orgánica del suelo es la principal fuente de nutrientes y energía. Sus aportes influyen notablemente en factores clave del suelo, como los tipos de biota, el pH e incluso el ordenamiento del suelo. Los agricultores suelen aplicar estratégicamente materia orgánica debido a su capacidad para mejorar la estructura del suelo, aportar nutrientes, controlar el pH, aumentar la retención de agua y regular la temperatura del suelo (lo que afecta directamente a la dinámica del agua y la biota).

Los principales elementos que componen el humus , producto de la descomposición de la materia orgánica en el suelo, son el carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el azufre y el nitrógeno. Entre los compuestos importantes que contiene se encuentran los carbohidratos , el ácido fosfórico , algunos ácidos orgánicos , resinas , urea , etc. El humus es un producto dinámico que se transforma constantemente debido a su oxidación, reducción e hidrólisis ; por lo tanto, tiene un alto contenido de carbono y bajo contenido de nitrógeno. Este material puede provenir de diversas fuentes, pero a menudo se deriva del estiércol animal y los residuos vegetales.

Si bien existen muchas otras variables, como la textura, los suelos con un contenido insuficiente de materia orgánica son susceptibles a la degradación y la desecación, ya que carecen de soporte para su estructura. Esto suele provocar una disminución de la fertilidad del suelo y un aumento de la erosión.

Otros conceptos asociados:

Ciclo del suelo

Muchos nutrientes vegetales en el suelo experimentan ciclos biogeoquímicos a lo largo de su entorno. Estos ciclos están influenciados por el agua, el intercambio de gases, la actividad biológica, la inmovilización y la dinámica de mineralización , pero cada elemento tiene su propio recorrido (Deemy et al., 2022). Por ejemplo, el nitrógeno pasa de una forma gaseosa aislada a los compuestos nitrato y nitrito a medida que se desplaza por el suelo y se vuelve disponible para las plantas. En comparación, un elemento como el fósforo se transfiere en forma mineral, ya que está contenido en la roca. Estos ciclos también varían considerablemente en movilidad, solubilidad y la velocidad a la que se mueven a través de sus ciclos naturales. En conjunto, impulsan todos los procesos de la química del suelo.  

Ciclos elementales

Métodos de investigación

El conocimiento sobre la química de los suelos a menudo proviene de estudios de laboratorio, en los que se utilizan muestras de suelo tomadas de horizontes de suelo no alterados en el campo en experimentos que incluyen tratamientos y controles replicados. En muchos casos, las muestras de suelo se secan al aire a temperatura ambiente (por ejemplo, 25 °C (77 °F) ) y se tamizan a un tamaño de 2 mm antes de almacenarlas para su posterior estudio. Este secado y tamizado de las muestras de suelo altera notablemente la estructura del suelo, la diversidad de la población microbiana y las propiedades químicas relacionadas con el pH , el estado de oxidación-reducción , el estado de oxidación del manganeso y la materia orgánica disuelta, entre otras propiedades. [ 7 ] El renovado interés en las últimas décadas ha llevado a muchos químicos de suelos a mantener las muestras de suelo en condiciones de humedad de campo y almacenarlas a 4 °C (39 °F) en condiciones aeróbicas antes y durante las investigaciones. [ 8 ]     

En las investigaciones de laboratorio sobre química del suelo se utilizan frecuentemente dos métodos. El primero se conoce como equilibrio por lotes. El químico añade un volumen determinado de agua o solución salina de concentración conocida de iones disueltos a una masa de suelo (p. ej., 25 ml de solución a 5 g de suelo en un tubo de centrífuga o matraz). A continuación, la suspensión de suelo se agita o remueve durante un tiempo determinado (p. ej., de 15 minutos a varias horas) para establecer un estado estacionario o condición de equilibrio antes de filtrar o centrifugar a alta velocidad para separar los granos de arena, las partículas de limo y los coloides de arcilla de la solución equilibrada. [ 9 ] El filtrado o centrifugado se analiza mediante uno de varios métodos, incluidos electrodos específicos de iones, espectrofotometría de absorción atómica , espectrometría de plasma acoplado inductivamente , cromatografía iónica y métodos colorimétricos . En cada caso, el análisis cuantifica la concentración o actividad de un ion o molécula en la fase de solución, y al multiplicar la concentración o actividad medida (p. ej., en mg ion/mL) por la relación solución-suelo (mL de solución de extracción/g de suelo), el químico obtiene el resultado en mg ion/g de suelo. Este resultado, basado en la masa de suelo, permite realizar comparaciones entre diferentes suelos y tratamientos. Un enfoque relacionado utiliza un volumen conocido de solución para lixiviar (infiltrar) la solución de extracción a través de una cantidad de suelo en pequeñas columnas a una velocidad controlada para simular cómo la lluvia, el agua de deshielo y el agua de riego atraviesan los suelos en el campo. El filtrado se analiza luego utilizando los mismos métodos que se emplean en los equilibrios por lotes. [ 10 ]

Otro enfoque para cuantificar los procesos y fenómenos del suelo utiliza métodos in situ que no alteran el suelo, como ocurre cuando se agita o se lixivia con una solución extractora. Estos métodos suelen emplear técnicas espectroscópicas de superficie, como la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier , la resonancia magnética nuclear , la espectroscopia Mössbauer y la espectroscopia de rayos X. Estos enfoques buscan obtener información sobre la naturaleza química de la mineralogía y la química de las superficies de partículas y coloides, y cómo los iones y las moléculas se asocian a dichas superficies mediante adsorción, complejación y precipitación. [ 11 ]

Estos experimentos y análisis de laboratorio presentan una ventaja sobre los estudios de campo, ya que permiten inferir, a partir de los datos, los mecanismos químicos que explican cómo reaccionan los iones y las moléculas en los suelos. Es posible extraer conclusiones o formular nuevas hipótesis sobre reacciones similares en suelos con texturas, contenidos de materia orgánica, tipos de minerales arcillosos y óxidos, pH y condiciones de drenaje diversos. Los estudios de laboratorio tienen la desventaja de perder parte del realismo y la heterogeneidad del suelo no perturbado en el campo, si bien ofrecen mayor control y la posibilidad de extrapolar a suelos no estudiados. Los estudios mecanicistas de laboratorio, combinados con estudios de campo observacionales más realistas y menos controlados, suelen proporcionar aproximaciones precisas del comportamiento y la química de los suelos, que pueden ser espacialmente heterogéneos y temporalmente variables. Otro desafío para los químicos de suelos es cómo pueden modificarse las poblaciones microbianas y la actividad enzimática en los suelos de campo cuando estos se alteran, tanto en el campo como en el laboratorio, especialmente cuando las muestras de suelo se secan antes de los estudios y análisis de laboratorio. [ 12 ]

Referencias

  1. 1 2 Sparks, Donald. "Química ambiental del suelo: una visión general". Química ambiental del suelo (Segunda edición) .
  2. ↑ Dong, Menghui (2 de febrero de 2021). "Ensamblaje de la comunidad microbiana en agregados del suelo: una interacción dinámica de procesos estocásticos y deterministas" . Applied Soil Ecology . 163 103911. Bibcode : 2021AppSE.16303911D . doi : 10.1016/j.apsoil.2021.103911 . hdl : 1874/414089 . S2CID 233564862 – vía Elsevier Science Direct . 
  3. ↑ Moore, Brian (1 de febrero de 2003). "Estructura de poros del GAC en Cincinnati durante el tratamiento/reactivación a escala real". American Water Works Association . 95 (2): 103– 112. Bibcode : 2003JAWWA..95b.103M . doi : 10.1002/j.1551-8833.2003.tb10296.x . JSTOR 41310983. S2CID 103472342 .  
  4. ↑ Weil, Ray (2019). Elementos de la naturaleza y propiedades de los suelos . Pearson . págs. 120–123 . ISBN  978-0-13-325459-4.
  5. ↑ Norman, AG (1 de enero de 1957). "Relaciones suelo-planta y nutrición vegetal" . American Journal of Botany . 44 (1): 67– 73. doi : 10.2307/2438347 . hdl : 2027.42/142079 . JSTOR 2438347 . 
  6. ↑ Guo, Mingming (10 de junio de 2021). " Cambio en la erosionabilidad del suelo inducido por la revegetación, influenciado por la pendiente en la meseta de Loess" . Science of the Total Environment . 772 145540. Bibcode : 2021ScTEn.77245540G . doi : 10.1016/j.scitotenv.2021.145540 . PMID 33770870. S2CID 232376861 – vía Elsevier Science Direct.  
  7. ↑ Bartlett, Richmond; James, Bruce (1980). "Estudio de muestras de suelo secas y almacenadas: algunos escollos". Soil Science Society of America Journal . 44 (4): 721– 724. Bibcode : 1980SSASJ..44..721B . doi : 10.2136/sssaj1980.03615995004400040011x .
  8. ↑ Mimmo, T; Marzadori, C; Gessa, CE (2008). "Extracción de ácidos orgánicos del suelo de la rizosfera: efecto de muestras húmedas de campo, secas y congeladas". Plant and Soil . 312 ( 1– 2): 175– 184. Bibcode : 2008PlSoi.312..175M . doi : 10.1007/s11104-008-9574-8 . S2CID 22059913 . 
  9. ↑ Blaylock, Michael J.; James, Bruce R. (1993). "Cuantificación de selenito y selenato mediante espectrometría de absorción atómica con generación de hidruros, cromatografía iónica y colorimetría". Journal of Environmental Quality . 22 (4): 851– 857. Bibcode : 1993JEnvQ..22..851B . doi : 10.2134/jeq1993.00472425002200040031x .
  10. ↑ Langlois, Christina L.; James, Bruce R. (2014). "Química de oxidación-reducción del cromo en las interfaces de los horizontes del suelo definidas por óxidos de hierro y manganeso". Soil Science Society of America Journal . 79 (5): 1329– 139. doi : 10.2136/sssaj2014.12.0476 .
  11. ↑ Chabrillat, Sabine; Ben-Dor, Eyal; Viscarra Rossel, Raphael A.; Dematte, Jose AM (2013). "Espectroscopia cuantitativa del suelo" . Applied and Environmental Soil Science . 2013 (1): 3. Bibcode : 2013ApESS201316578C . doi : 10.1155/2013/616578 .
  12. ↑ Fisher, Kristin A.; Meisinger, John J.; James, Bruce R. (2016). "Tasa de hidrólisis de urea en toposecuencias de suelo influenciada por pH, carbono, nitrógeno y metales solubles". Journal of Environmental Quality . 45 (1): 349– 359. Bibcode : 2016JEnvQ..45..349F . doi : 10.2134/jeq2015.05.0228 . PMID 26828191 . 
  • Sonon, LS, MA Chappell y VP Evangelou (2000) La historia de la química del suelo . URL consultada el 11 de abril de 2006.
  • Logotipo de Wikimedia CommonsContenido multimedia relacionado con la química del suelo en Wikimedia Commons.
Obtenido de " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Soil_chemistry&oldid=1314937981 "