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Formación del suelo

Suelo creado en una granja de siembra directa en Dakota del Sur , Estados Unidos. La formación del suelo , también conocida como pedogénesis , es el proceso de génesis del suelo...

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Suelo creado en una granja de siembra directa en Dakota del Sur , Estados Unidos.

La formación del suelo , también conocida como pedogénesis , es el proceso de génesis del suelo regulado por los efectos del lugar, el ambiente y la historia. Los procesos biogeoquímicos actúan para crear y destruir el orden ( anisotropía ) dentro de los suelos. Estas alteraciones conducen al desarrollo de capas, denominadas horizontes del suelo , que se distinguen por diferencias en color , estructura , textura y composición química . Estas características se presentan en patrones de distribución de tipos de suelo , formándose en respuesta a diferencias en los factores de formación del suelo. [ 1 ]

La pedogénesis se estudia como una rama de la pedología , el estudio del suelo en su entorno natural. Otras ramas de la pedología son el estudio de la morfología del suelo y la clasificación del suelo . El estudio de la pedogénesis es importante para comprender los patrones de distribución del suelo en los periodos geológicos actuales ( geografía del suelo ) y pasados ​​( paleopedología ).

Descripción general

El suelo se desarrolla a través de una serie de cambios. [ 2 ] El punto de partida es la meteorización del material parental recién acumulado . Diversos microorganismos del suelo ( bacterias , arqueas , hongos ) se alimentan de compuestos simples ( nutrientes ) liberados por la meteorización y producen ácidos orgánicos y proteínas especializadas que, a su vez, contribuyen a la meteorización de los minerales. También dejan residuos orgánicos que contribuyen a la formación de humus . [ 3 ] Las raíces de las plantas, con sus hongos micorrícicos simbióticos , también son capaces de extraer nutrientes de las rocas . [ 4 ]

Los suelos nuevos aumentan de profundidad por una combinación de meteorización y deposición adicional . En Sicilia, bajo un clima mediterráneo, la tasa de producción de suelo  debido a la meteorización es de aproximadamente 1/10 mm por año. [ 5 ] Los suelos nuevos también pueden profundizarse por la deposición de polvo . Gradualmente, el suelo es capaz de sustentar formas superiores de plantas y animales, comenzando con especies pioneras y procediendo a lo largo de la sucesión ecológica hacia comunidades de plantas y animales más complejas . [ 6 ] Los suelos superficiales se profundizan con la acumulación de humus originado por restos muertos de plantas superiores y microbios del suelo. [ 7 ] También se profundizan a través de la mezcla de materia orgánica con minerales meteorizados. [ 8 ] A medida que los suelos maduran, desarrollan horizontes de suelo a medida que se acumula materia orgánica y tiene lugar la meteorización y lixiviación de minerales.

Factores

La formación del suelo está influenciada por al menos cinco factores clásicos que se entrelazan en su evolución. Estos son: material parental , clima , topografía (relieve), organismos del suelo y tiempo. [ 2 ] Al reordenarlos como clima, organismos, relieve, material parental y tiempo, forman el acrónimo CLORPT. [ 9 ]

Material parental

El material mineral a partir del cual se forma un suelo se denomina material parental . La roca, ya sea de origen ígneo , sedimentario o metamórfico , es la fuente de todos los materiales minerales del suelo y el origen de todos los nutrientes de las plantas, con la excepción del nitrógeno , el hidrógeno y el carbono . A medida que la roca parental se meteoriza química y físicamente , se transporta , se deposita y se precipita , se transforma en suelo. [ 10 ]

Los materiales minerales típicos del suelo son: [ 11 ]

Suelo, en un campo agrícola de Alemania, que se ha formado sobre material parental de loess.

Los materiales parentales se clasifican según su origen. Los materiales residuales son minerales que se han erosionado in situ a partir de la roca madre primaria . Los materiales transportados son aquellos que se han depositado por el agua, el viento, el hielo o la gravedad. El material cumuloide es materia orgánica que ha crecido y se ha acumulado in situ. [ 12 ]

Los suelos residuales son suelos que se desarrollan a partir de sus rocas madre subyacentes y tienen la misma composición química general que esas rocas. [ 13 ] Los suelos residuales se pueden encontrar en mesetas [ 14 ] y volcanes. [ 15 ] En Estados Unidos, tan solo un tres por ciento de los suelos son residuales. [ 16 ]

La mayoría de los suelos provienen de materiales transportados que han sido movidos durante muchos kilómetros por el viento, el agua, el hielo y la gravedad:

El material parental cumuloide no se desplaza, sino que se origina a partir de materia orgánica depositada. Esto incluye turba y suelos de lodo , y resulta de la preservación de residuos vegetales por el bajo contenido de oxígeno de un nivel freático elevado . Si bien la turba puede formar suelos estériles, [ 23 ] los suelos de lodo pueden ser muy fértiles. [ 24 ]

Desgaste

La meteorización del material original toma la forma de meteorización física (desintegración), meteorización química (descomposición) y transformación química. La meteorización generalmente se limita a los primeros metros del material geológico, porque las tensiones y fluctuaciones físicas, químicas y biológicas generalmente disminuyen con la profundidad. [ 25 ] La desintegración física comienza cuando las rocas que se han solidificado en las profundidades de la Tierra se exponen a una menor presión cerca de la superficie y se hinchan y se vuelven mecánicamente inestables. [ 26 ] La descomposición química es una función de la solubilidad de los minerales, cuya tasa se duplica con cada  aumento de 10 °C en la temperatura, pero depende fuertemente del agua para efectuar cambios químicos. [ 27 ] Las rocas que se descompondrán en unos pocos años en climas tropicales permanecerán inalteradas durante milenios en los desiertos. [ 28 ] Los cambios estructurales son el resultado de la hidratación , oxidación y reducción . La meteorización química resulta principalmente de la excreción de ácidos orgánicos y compuestos quelantes por bacterias [ 29 ] y hongos [ 30 ] , y se cree que aumenta bajo el efecto invernadero [ 31 ] .

  • La desintegración física es la primera etapa en la transformación del material parental en suelo. Las fluctuaciones de temperatura causan expansión y contracción de la roca, partiéndola a lo largo de líneas de debilidad. [ 32 ] El agua puede entonces 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, [ 33 ] mientras que los gradientes de temperatura dentro de la roca pueden causar la exfoliación de "capas". [ 34 ] Los ciclos de humectación y secado hacen que las partículas del suelo se desgasten hasta un tamaño más fino, al igual que el roce físico del material al ser movido por el viento, el agua y la gravedad. [ 35 ] Los organismos pueden reducir el tamaño del material parental y crear grietas y poros a través de la acción mecánica de las raíces de las plantas y la actividad de excavación de los animales. [ 36 ] [ 37 ]
  • La descomposición química y los cambios estructurales se producen cuando los minerales se vuelven solubles en agua o experimentan cambios en su estructura. Los tres primeros de la siguiente lista corresponden a cambios de solubilidad, y los tres últimos a cambios estructurales. [ 38 ]
  1. La disolución de sales en agua resulta de la acción de las moléculas de agua bipolares sobre los compuestos de sal iónicos , produciendo una disolución de iones y agua, eliminando esos minerales y reduciendo la integridad de la roca, a una velocidad que depende del flujo de agua y de los canales porosos. [ 39 ]
  2. La hidrólisis es la transformación de minerales en moléculas polares mediante la disociación del agua presente en ellas. Esto da como resultadopares ácido-base solubles. Por ejemplo, la hidrólisis de la ortoclasa ( feldespato) la transforma en arcilla de silicato ácida e hidróxido de potasio básico, ambos más solubles. [ 40 ]
  3. En la carbonatación , la solución de dióxido de carbono en agua forma ácido carbónico . El ácido carbónico transformará la calcita en bicarbonato de calcio más soluble . [ 41 ]
  4. La hidratación es la inclusión de agua en una estructura mineral, lo que provoca que se hinche y la deja estresada y fácilmente descomponible . [ 42 ]
  5. La oxidación de un compuesto mineral es la inclusión de oxígeno en un mineral, lo que provoca un aumento en su número de oxidación y su hinchazón debido al tamaño relativamente grande del oxígeno, dejándolo estresado y más fácilmente atacado por el agua ( hidrólisis ) o el ácido carbónico ( carbonatación ). [ 43 ]
  6. La reducción , lo opuesto a la oxidación, implica la eliminación de oxígeno, por lo que el número de oxidación de alguna parte del mineral disminuye, lo cual ocurre cuando el oxígeno es escaso. La reducción de los minerales los vuelve eléctricamente inestables, más solubles, con tensiones internas y propensos a la descomposición. Ocurre principalmente en condiciones de saturación de agua . [ 44 ]

De los anteriores, la hidrólisis y la carbonatación son las más efectivas, en particular en regiones de alta pluviosidad, temperatura y erosión física . [ 45 ] La meteorización química se vuelve más efectiva a medida que aumenta el área superficial de la roca, por lo que se ve favorecida por la desintegración física. [ 46 ] Esto se debe a los gradientes climáticos latitudinales y altitudinales en la formación del regolito . [ 47 ] [ 48 ]

La saprolita es un ejemplo particular de suelo residual formado por la transformación de granito , rocas metamórficas y otros tipos de roca madre en minerales arcillosos . A menudo llamada granito meteorizado, la saprolita es el resultado de procesos de meteorización que incluyen: hidrólisis , quelación de compuestos orgánicos, hidratación y procesos físicos como la congelación y descongelación . La composición mineralógica y química del material de roca madre primario , sus características físicas (incluyendo el tamaño del grano y el grado de consolidación), y la velocidad y el tipo de meteorización transforman el material parental en un mineral diferente. La textura, el pH y los constituyentes minerales de la saprolita se heredan de su material parental . Este proceso también se denomina arenización , y da como resultado la formación de suelos arenosos, gracias a la mayor resistencia del cuarzo en comparación con otros componentes minerales del granito (por ejemplo, mica , anfíbol , feldespato). [ 49 ]

Clima

Las principales variables climáticas que influyen en la formación del suelo son la precipitación efectiva (es decir, precipitación menos evapotranspiración ) y la temperatura , las cuales afectan las tasas de los procesos químicos, físicos y biológicos. [ 50 ] Tanto la temperatura como la humedad influyen en el contenido de materia orgánica del suelo a través de sus efectos en el equilibrio entre la producción primaria y la descomposición : cuanto más frío o seco es el clima, menor es la cantidad de carbono atmosférico que se fija como materia orgánica, mientras que menor es la cantidad de materia orgánica que se descompone . [ 51 ] 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 las reacciones químicas en el suelo. [ 52 ]

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 al clima a través de la transferencia de carbono almacenado en los horizontes del suelo de vuelta a la atmósfera . [ 53 ] Si hay temperaturas cálidas y abundante agua en el perfil al mismo tiempo, se maximizarán los procesos de meteorización, lixiviación y crecimiento de las plantas . Según la determinación climática de los biomas , los climas húmedos favorecen el crecimiento de los árboles. Por el contrario, los pastos son la vegetación nativa dominante en las regiones subhúmedas y semiáridas , mientras que los arbustos y matorrales de diversos tipos dominan en las zonas áridas . [ 54 ]

El agua es esencial para todas las principales reacciones químicas de meteorización . Para ser efectiva en la formación del suelo, el agua debe penetrar el regolito . La distribución estacional de las precipitaciones, las pérdidas por evaporación, la topografía del sitio y la permeabilidad del suelo interactúan para determinar la efectividad con la que la precipitación puede influir en la formación del suelo. Cuanto mayor sea la profundidad de penetración del agua, mayor será la profundidad de meteorización del suelo y su desarrollo. [ 55 ] El exceso de agua que se filtra a través del perfil del suelo transporta materiales solubles y en suspensión desde las capas superiores ( eluviación ) a las capas inferiores ( iluviación ), incluyendo partículas de arcilla [ 56 ] y materia orgánica disuelta . [ 57 ] También puede arrastrar materiales solubles en las aguas de drenaje superficial . Por lo tanto, el agua de percolación estimula las reacciones de meteorización y ayuda a diferenciar los horizontes del suelo.

Asimismo, la deficiencia hídrica es un factor importante en la determinación de las características de los suelos de las regiones secas. Las sales solubles no se lixivian de estos suelos y, en algunos casos, se acumulan hasta niveles que limitan el crecimiento de las plantas [ 58 ] y los microorganismos. [ 59 ] Los perfiles de suelo en regiones áridas y semiáridas también tienden a acumular carbonatos y ciertos tipos de arcillas expansivas ( horizontes de calcreta o caliche ). [ 60 ] [ 61 ] En suelos tropicales, cuando el suelo ha sido privado de vegetación (por ejemplo, por deforestación ) y, por lo tanto, está sometido 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 superficial endurecida de laterita o bauxita , respectivamente, que no es apta para el cultivo, un caso conocido de degradación irreversible del suelo . [ 62 ]

Las influencias directas del clima incluyen: [ 63 ]

  • Una acumulación superficial de cal en zonas de bajas precipitaciones como caliche.
  • Formación de suelos ácidos en zonas húmedas
  • Erosión de suelos en laderas empinadas
  • Depósito de materiales erosionados aguas abajo
  • Meteorización química, lixiviación y erosión muy intensas en regiones cálidas y húmedas donde el suelo no se congela.

El clima afecta directamente la tasa de meteorización y lixiviación . El viento mueve arena y partículas más pequeñas ( polvo ), especialmente en regiones áridas donde hay poca cobertura vegetal , depositándolas cerca [ 64 ] o lejos de la fuente de arrastre. [ 65 ] 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 al desarrollo de diferentes perfiles de suelo. Los perfiles de suelo son más distintivos en climas húmedos y fríos, donde los materiales orgánicos pueden acumularse, que en climas húmedos y cálidos, donde los materiales orgánicos se consumen rápidamente. [ 66 ] La efectividad del agua en la meteorización del material de la roca madre depende de las fluctuaciones estacionales y diarias de la temperatura, que favorecen las tensiones de tracción en los minerales de la roca y, por lo tanto, su desagregación mecánica, un proceso llamado fatiga térmica . [ 67 ] Mediante el mismo proceso, los ciclos de congelación-descongelación son un mecanismo efectivo que rompe rocas y otros materiales consolidados. [ 68 ]

Topografía

La topografía , o relieve , se caracteriza por la inclinación ( pendiente ), la elevación y la orientación del terreno ( aspecto ). La topografía determina la tasa de precipitación o escorrentía y la tasa de formación o erosión del perfil del suelo superficial . La configuración topográfica puede acelerar o retardar la acción de las fuerzas climáticas. [ 69 ]

Las pendientes pronunciadas favorecen la rápida pérdida de suelo por erosión y permiten que menos agua de lluvia penetre en el suelo antes de escurrirse, lo que resulta en una escasa deposición de minerales en los perfiles inferiores ( iluviación ). En las regiones semiáridas, la menor precipitación efectiva en pendientes más pronunciadas también produce una cobertura vegetal menos completa, por lo que la contribución de las plantas a la formación del suelo es menor. [ 70 ] Por todas estas razones, las pendientes pronunciadas impiden que la formación del suelo avance mucho más allá de su destrucción. Por lo tanto, los suelos en terrenos escarpados tienden a tener perfiles bastante superficiales y poco desarrollados en comparación con los suelos en sitios cercanos más planos. [ 71 ]

La topografía determina la exposición al clima , al fuego y a otras fuerzas del hombre y de la naturaleza. La acumulación de minerales, los nutrientes de las plantas , el tipo de vegetación, el crecimiento de la vegetación, la erosión y el drenaje del agua dependen del relieve topográfico. [ 72 ] Los suelos en la base de una colina recibirán más agua que los suelos en las laderas, y los suelos en las laderas que miran hacia la trayectoria del sol (orientación sur) serán más secos que los suelos en las laderas que no lo hacen. [ 73 ]

En hondonadas y depresiones donde el agua de escorrentía tiende a concentrarse, el regolito suele estar más profundamente meteorizado y el desarrollo del perfil del suelo está más avanzado. [ 74 ] Sin embargo, en las posiciones más bajas del paisaje, el agua puede saturar el regolito hasta tal punto que el drenaje y la aireación se ven restringidos. Aquí, la meteorización de algunos minerales y la descomposición de la materia orgánica se retrasan, mientras que la pérdida de hierro y manganeso se acelera. En esta topografía de baja altitud, pueden desarrollarse características de perfil especiales propias de los suelos de humedales . Las depresiones permiten la acumulación de agua, minerales y materia orgánica, y en casos extremos, los suelos resultantes serán marismas salinas o turberas . [ 75 ]

Los patrones topográficos recurrentes dan lugar a toposecuencias o catenas de suelo . Estos patrones surgen de las diferencias topográficas en erosión , deposición , fertilidad , humedad del suelo , cobertura vegetal , biología del suelo , historial de incendios y exposición a los elementos. La gravedad transporta el agua ladera abajo, junto con solutos minerales y orgánicos y coloides , aumentando el contenido de partículas y bases al pie de colinas y montañas. [ 76 ] Sin embargo, muchos otros factores como el drenaje y la erosión interactúan con la posición de la pendiente, difuminando su influencia esperada en el rendimiento de los cultivos . [ 77 ]

Organismos

Cada suelo tiene una combinación única de influencias microbianas, vegetales, animales y humanas que actúan sobre él. Los microorganismos son particularmente influyentes en las transformaciones minerales críticas para el proceso de formación del suelo. Además, algunas bacterias pueden fijar el nitrógeno atmosférico , y algunos hongos son eficientes en la extracción de fósforo del suelo profundo y en el aumento de los niveles de carbono del suelo en forma de glomalina . [ 78 ] Las plantas retienen el suelo contra la erosión, [ 79 ] y el material vegetal acumulado aumenta los niveles de humus del suelo . [ 80 ] La exudación de las raíces de las plantas apoya la actividad microbiana . [ 81 ] Los animales sirven para descomponer los materiales vegetales y mezclar el suelo a través de la bioturbación . [ 82 ]

El suelo es el ecosistema con mayor diversidad de especies en la Tierra, pero la gran mayoría de los organismos que lo habitan son microbios , muchos de los cuales aún no han sido descritos. [ 83 ] [ 84 ] Puede existir un límite de población microbiana de alrededor de mil millones de células por gramo de suelo, pero las estimaciones del número de especies varían ampliamente, desde 50 000 por gramo hasta más de un millón por gramo de suelo. [ 85 ] [ 86 ] El número de organismos y especies puede variar ampliamente según el tipo de suelo, la ubicación y la profundidad. [ 84 ] [ 86 ]

Las plantas, los animales , los hongos, las bacterias y los humanos afectan la formación del suelo (ver biomanto del suelo y capa de piedra ). Los animales del suelo, incluyendo la macrofauna del suelo (por ejemplo , lombrices de tierra , termitas , tenebriónidos , tuzas , topos ) y la mesofauna (por ejemplo , enquitreidos , colémbolos , ácaros ), mezclan los suelos al formar madrigueras y poros , permitiendo que la humedad y los gases se muevan, un proceso llamado bioturbación . [ 87 ] De la misma manera, las raíces de las plantas penetran los horizontes del suelo y abren canales al descomponerse. [ 88 ] Las plantas con raíces pivotantes profundas pueden penetrar muchos metros a través de las diferentes capas del suelo para traer nutrientes de las capas más profundas del perfil. [ 89 ] Las plantas tienen raíces finas que excretan compuestos orgánicos ( azúcares , ácidos orgánicos , mucílago ), se desprenden de las células (en particular en su punta) y se descomponen fácilmente, agregando materia orgánica al suelo, un proceso llamado rizodeposición . [ 90 ]

Los microorganismos , incluidos hongos y bacterias, realizan intercambios químicos entre las raíces y el suelo y actúan como reserva de nutrientes en un punto crítico biológico del suelo llamado rizosfera . [ 91 ] El crecimiento de las raíces a través del suelo estimula las poblaciones microbianas, estimulando a su vez la actividad de sus depredadores (en particular amebas y nematodos de vida libre ), aumentando así la tasa de mineralización y, en última instancia, el crecimiento de las raíces, una retroalimentación positiva llamada ciclo microbiano del suelo . [ 92 ] Fuera de la influencia de las raíces, en el suelo a granel la mayoría de las bacterias se encuentran en una etapa quiescente, formando microagregados , es decir, colonias mucilaginosas a las que se adhieren partículas de arcilla, ofreciéndoles protección contra la desecación y la depredación por la microfauna del suelo ( protozoos bacteriófagos y nematodos ). [ 93 ] Los microagregados (20–250 μm) son ingeridos por la fauna del suelo, y los cuerpos bacterianos son digeridos parcial o totalmente en sus intestinos. [ 94 ] 

Los humanos impactan la formación del suelo al eliminar la cubierta vegetal mediante el laboreo , la aplicación de herbicidas , el fuego, la deforestación y dejando los suelos desnudos. Esto puede provocar erosión , encharcamiento , lateritización o podzolización (según el clima y la topografía). [ 95 ] El laboreo mezcla las diferentes capas del suelo, reiniciando el proceso de formación del suelo a medida que el material menos meteorizado se mezcla con las capas superiores más desarrolladas, lo que resulta en un aumento neto de la tasa de meteorización mineral . [ 96 ]

Las lombrices de tierra , las hormigas , las termitas , los topos , las ardillas de tierra , así como algunos milpiés y escarabajos tenebriónidos , mezclan el suelo al excavar, afectando significativamente la formación del suelo. [ 97 ] Las lombrices de tierra ingieren partículas de suelo y residuos orgánicos, mejorando la disponibilidad de nutrientes para las plantas en el material que pasa a través de sus cuerpos. [ 98 ] Airean y remueven el suelo y crean agregados de suelo estables , después de haber interrumpido los enlaces entre las partículas de suelo durante el tránsito intestinal del suelo ingerido, [ 99 ] asegurando así una fácil infiltración del agua. [ 100 ] Mientras las hormigas y las termitas construyen montículos , las lombrices de tierra transportan materiales del suelo de un horizonte a otro. [ 101 ] Otras funciones importantes son cumplidas por las lombrices de tierra en el ecosistema del suelo , en particular su intensa producción de moco , tanto dentro del intestino como como revestimiento en sus galerías ( madrigueras ), [ 102 ] ejercen un efecto de cebado sobre la microflora del suelo, [ 103 ] lo que les da el estatus de ingenieros de ecosistemas , que comparten con las hormigas y las termitas. [ 104 ]

En general, la mezcla del suelo por 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. [ 105 ] Las termitas y las hormigas también pueden retrasar el desarrollo del perfil del suelo al despojar grandes áreas de suelo alrededor de sus nidos, lo que lleva a una mayor pérdida de suelo por erosión, [ 106 ] lo mismo para la deposición de excrementos en la superficie del suelo por las lombrices de tierra. [ 107 ] Animales grandes como las ardillas de tierra, los topos y los perros de la pradera perforan los horizontes inferiores del suelo, trayendo materiales a la superficie. [ 108 ] Sus túneles a menudo están abiertos a la superficie, lo que favorece el movimiento de agua y aire hacia las capas subsuperficiales . En áreas localizadas, mejoran la mezcla de los horizontes inferiores y superiores al crear y luego rellenar los túneles. Las antiguas madrigueras de animales en los horizontes inferiores a menudo se llenan con material del suelo del horizonte A suprayacente , creando características de perfil conocidas como crotovinas o krotovinas . [ 109 ]

La vegetación impacta los suelos de numerosas maneras. Puede prevenir la erosión causada por lluvias excesivas que podrían resultar de la escorrentía superficial . [ 110 ] Las plantas dan sombra a los suelos, manteniéndolos más frescos [ 111 ] y ralentizando la evaporación de la humedad del suelo . [ 112 ] Por el contrario, a través de la transpiración , las plantas pueden hacer que los suelos pierdan humedad, lo que resulta en relaciones complejas y altamente variables entre el índice de área foliar (que mide la intercepción de luz) y la pérdida de humedad: más generalmente las plantas evitan la desecación del suelo durante los meses más secos mientras lo secan durante los meses más húmedos, actuando así como un amortiguador contra fuertes variaciones de humedad. [ 113 ] Las plantas pueden formar nuevos químicos que pueden descomponer minerales, tanto directamente [ 114 ] como indirectamente a través de hongos micorrícicos [ 30 ] y bacterias de la rizosfera, [ 115 ] y mejorar la estructura del suelo . [ 116 ] El tipo y la cantidad de vegetación dependen del clima, la topografía, las características del suelo y los factores biológicos, mediados o no por las actividades humanas. [ 117 ] [ 118 ] 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. [ 119 ] Las plantas muertas y las hojas y tallos caídos comienzan su descomposición en la superficie del suelo. Allí, los organismos se alimentan de ellos y mezclan la materia orgánica con las capas superiores del suelo; estos compuestos orgánicos añadidos pasan a formar parte del proceso de formación del suelo. [ 120 ]

La influencia de los humanos, y por asociación, el fuego, son factores de estado ubicados dentro del factor de estado de los organismos. [ 121 ] Los humanos pueden importar o extraer nutrientes y energía de maneras que cambian drásticamente la formación del suelo. La erosión acelerada del suelo por el sobrepastoreo y la terraformación precolombina en la cuenca del Amazonas que resultó en terra preta son dos ejemplos de los efectos de la gestión humana. [ 122 ] [ 123 ]

Se cree que los nativos americanos provocaban incendios con regularidad para mantener varias grandes áreas de praderas en Indiana y Michigan , aunque también se aboga por el clima y los herbívoros mamíferos (por ejemplo, los bisontes ) para explicar el mantenimiento de las Grandes Llanuras de América del Norte. [ 124 ] En tiempos más recientes, la destrucción humana de la vegetación natural y el posterior laboreo del suelo para la producción de cultivos han modificado abruptamente la formación del suelo. [ 125 ] Asimismo, el riego del suelo en una región árida influye drásticamente en los factores de formación del suelo, [ 126 ] al igual que la adición de fertilizantes y cal a suelos de baja fertilidad . [ 127 ]

Los distintos ecosistemas producen suelos distintos, a veces de maneras fácilmente observables. Por ejemplo, tres especies de caracoles terrestres del género Euchondrus en el desierto del Néguev son conocidas por alimentarse de líquenes que crecen bajo las rocas y losas calizas superficiales (líquenes endolíticos ). La actividad de pastoreo de estos ingenieros de ecosistemas altera la piedra caliza, lo que provoca su meteorización y la posterior formación de suelo. [ 128 ] Tienen un efecto significativo en la región: se estima que la población de caracoles procesa entre 0,7 y 1,1 toneladas métricas por hectárea por año de piedra caliza en el desierto del Néguev . [ 128 ]

Los efectos de los ecosistemas antiguos no son tan fáciles de observar, lo que dificulta la comprensión de la formación del suelo. Por ejemplo, los chernozems de la pradera de pastos altos de América del Norte tienen una fracción de humus de la cual casi la mitad es carbón vegetal . Este resultado no se anticipó porque los incendios de pradera anteriores , capaces de producir estos suelos negros profundos y ricos tan característicos, no son fáciles de observar. [ 129 ] Ahora se acepta que los incendios forestales neolíticos provocados por el hombre enriquecieron los suelos con carbón vegetal (también llamado carbono negro ) y desempeñaron un papel importante en la formación de los fértiles chernozems y la terra preta , utilizados activamente para la agricultura. [ 130 ] [ 131 ]

Se ha cuestionado si la formación del suelo puede tener lugar en ausencia de organismos. Algunos investigadores consideraron que la vida no era un requisito previo, tomando como ejemplo los suelos marcianos , [ 132 ] mientras que otros consideraron que estos "suelos" eran en realidad regolitos . [ 133 ]

Tiempo

El tiempo es un factor en las interacciones de todo lo anterior. [ 2 ] 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 distinto marca el desarrollo de un suelo o pedogénesis. [ 134 ] Con el tiempo, los suelos desarrollarán características que dependen de la interacción de los factores de formación de suelo enumerados anteriormente. [ 2 ] Se necesitan décadas [ 135 ] a varios miles de años para que un suelo desarrolle un perfil, [ 136 ] aunque la noción de desarrollo del suelo ha sido criticada, ya que el suelo está en un estado constante de cambio bajo la influencia de factores de formación de suelo fluctuantes. [ 137 ] Ese período de tiempo depende fuertemente del clima, el material parental, el relieve y la actividad biótica. [ 138 ] [ 139 ] Por ejemplo, el material depositado recientemente por una inundación no muestra desarrollo de suelo ya que no ha habido suficiente tiempo para que el material forme una estructura que defina más el suelo. [ 140 ] 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 alcanzar una estabilidad relativa de sus propiedades durante períodos prolongados, [ 136 ] el ciclo de vida del suelo termina finalmente en condiciones que lo hacen vulnerable a la erosión. [ 141 ] A pesar de la inevitabilidad de la regresión y degradación del suelo , la mayoría de los ciclos del suelo son largos. [ 136 ]

Los factores formadores de suelos siguen afectándolos durante su existencia, incluso en paisajes estables y duraderos, algunos durante millones de años. [ 136 ] Los materiales se depositan en la superficie [ 142 ] o son arrastrados por el viento o el agua. [ 143 ] Con adiciones, remociones y alteraciones, los suelos están siempre sujetos a nuevas condiciones. Que estos cambios sean lentos o rápidos depende del clima, la topografía y la actividad biológica. [ 144 ]

El tiempo como factor de formación del suelo puede investigarse mediante el estudio de cronosecuencias de suelos , en las que se pueden comparar suelos de diferentes edades pero con pequeñas diferencias en otros factores de formación del suelo. [ 137 ] Los paleosuelos son suelos formados durante condiciones de formación de suelo anteriores que pueden deducirse de comparaciones con el desarrollo actual del suelo. [ 145 ]

Historia de la investigación

Cinco factores de la formación del suelo

La ecuación de Dokuchaev

El geólogo ruso Vasily Dokuchaev , comúnmente considerado el padre de la pedología , determinó en 1883 [ 146 ] que la formación del suelo ocurre con el tiempo bajo la influencia del clima , la vegetación , la topografía y el material parental . Lo demostró en 1898 utilizando la ecuación de formación del suelo: [ 147 ]

suelo = f ( cl , o , p ) t r

(donde cl o c = clima, o = procesos biológicos, p = material parental) t r = tiempo relativo (joven, maduro, viejo)

La ecuación de estado de Hans Jenny

El científico estadounidense del suelo Hans Jenny publicó en 1941 [ 2 ] una ecuación de estado para los factores que influyen en la formación del suelo:

S = f ( cl , o , r , p , t , ... )
  • Formación del suelo S
  • cl (a veces c ) clima
  • o organismos (microbiología del suelo, mesofauna del suelo, biología del suelo)
  • alivio r
  • material parental p
  • tiempo​

Esto se suele recordar con la regla mnemotécnica Clorpt.

La ecuación de estado de Jenny en Factores de Formación del Suelo difiere de la ecuación de Vasily Dokuchaev, ya que trata el tiempo ( t ) como un factor, agrega el relieve topográfico ( r ) y deja abierta la elipsis para que se agreguen más factores ( variables de estado ) a medida que nuestra comprensión se vuelve más refinada.

Existen dos métodos principales para resolver la ecuación de estado: primero, de manera teórica o conceptual, mediante deducciones lógicas a partir de ciertas premisas; y segundo, de forma empírica, mediante experimentación u observación de campo . El método empírico sigue siendo el más utilizado hoy en día, y la formación del suelo puede definirse variando un único factor y manteniendo constantes los demás. Esto ha dado lugar al desarrollo de modelos empíricos para describir la pedogénesis, como las climofunciones , biofunciones , topofunciones , litofunciones y cronofunciones . Desde que Jenny publicó su formulación en 1941, innumerables edafólogos de todo el mundo la han utilizado como una lista cualitativa para comprender los factores que pueden ser importantes para la formación del patrón del suelo en una región. [ 148 ]

Ejemplo

Un ejemplo de la evolución de los suelos en lechos lacustres prehistóricos se encuentra en las salinas de Makgadikgadi del desierto de Kalahari , donde un cambio en el curso de un antiguo río provocó milenios de acumulación de salinidad y la formación de calcretas y silcretas . [ 149 ]

Notas

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