Vega de Kuyper Juan Carlos, Química del medio ambiente Alfaomega, Ediciones Universidad Católica de Chile, México, 2007, pp.

Transcripción

1 COMPONENTES DEL SUELO. Vega de Kuyper Juan Carlos, Química del medio ambiente Alfaomega, Ediciones Universidad Católica de Chile, México, 2007, pp y Desde el punto de vista de su composición, el suelo es una mezcla de partículas minerales, materia orgánica, agua y aire, que constituye el mineral de soporte de los organismos vivos. Desde un punto de vista ecológico, deben considerarse tres características fundamentales de él: su complejidad, consecuencia de su composición, su dinamismo, no sólo porque nacen mueren los organismos vivos que lo habitan, sino porque la materia mineral y la orgánica está en constante evolución; su permeabilidad, porque es un medio abierto, con entradas y salidas hacia sus vecinos, lo que lo hace muy frágil a la degradación. ESTRATIFICACIÓN DEL SUELO. La evolución que se produce en el suelo lleva a la formación de capas o estratos que se diferencian en sus propiedades físicas, químicas y biológicas. Estos estratos se denominan horizontes y al conjunto de capas del suelo (capas edáficas) se le llama perfil del suelo. La manera más simple de designar el perfil del suelo es clasificarlo en cuatro horizontes, designados desde arriba hacia abajo. El manto superficial, fina capa compuesta en su mayor parte por hojas, desechos animales, hongos y otros materiales orgánicos, se denominan horizonte O o mantillo y es casi siempre de color marrón o negro. La capa adyacente es el suelo, llamado horizonte A, que comúnmente es una capa de pocos centímetros de profundidad formada por materia orgánica porosa, descompuesta, organismos vivos y materia mineral. Normalmente es más oscura y suelta que las capas inferiores. La siguiente capa, horizonte B, es el subsuelo compuesto principalmente por roca alterada, material orgánico y mineral lixiviado proveniente del horizonte A. Debajo está el horizonte C, que es roca madre u original, la que, a su vez, descansa sobre un lecho rocoso. Página 1 de 7

2 La figura 6.1 (a continuación) muestra de manera simplificada el perfil de un suelo. COMPONENTES DEL SUELO. En la anterior descripción de la estratificación del suelo, los espacios o poros que existen entre las partículas sólidas de materia orgánica y mineral contienen materia fluida: aire y agua. Prescindiendo de los organismos vivos de la flora y fauna, los cuatro componentes situados en los horizontes O y A de un suelo natural de clima no árido después de una lluvia y cuando ha drenado el agua pueden tener la siguiente composición aproximada. Aire 25% Agua 25% Materia mineral 45% Materia orgánica 5% El aire del suelo, contenido en los poros grandes, tiene normalmente más CO 2, y menos O 2, que el aire atmosférico, debido al proceso de respiración de los organismos aeróbicos, los que consumen O 2, y liberan CO 2. Para ilustrar la importancia del aire en el suelo, basta decir que en un gramo de tierra del horizonte A pueden habitar algas, alrededor de hongos y de bacterias. El agua de un suelo no es pura, sino que tiene disuelta una serie de sustancias procedentes de la materia mineral y orgánica que se están transformando por la acción del oxígeno del aire y la de los seres vivientes. El agua está retenida por fuerzas muy variables, según el tamaño de los poros y la presencia de materiales higroscópicos. Cuando en un suelo hay agua suficiente, parte de ella ocupa los poros grandes, por lo que está menos retenida, hecho que permite su absorción por las raíces. Si Página 2 de 7

3 el agua escasea llena los poros más pequeños: en ellos se adsorbe mejor o se retiene en las sustancias higroscópicas con gran fuerza, por lo que no está disponible para ser extraída por las raíces. La materia mineral está formada esencialmente por fragmentos de roca, por los minerales existentes en ella y por otras sustancias formadas por alteración química de la materia primitiva (roca original o madre). Este proceso de fragmentación de la roca original se denomina meteorización y es el responsable del estado actual de la materia mineral del suelo. La meteorización puede ser física cuando intervienen las variaciones de temperatura por cambio climático, por acción del hielo o por expansión de raíces. Es química cuando actúan el agua, oxígeno y dióxido de carbono, en reacciones cuyas velocidades están condicionadas por la temperatura del medio. Los minerales que forman las rocas y que constituyen principalmente la corteza terrestre son alrededor de 25. Su composición se aprecia más fácilmente considerando la composición porcentual de los elementos que integran la corteza terrestre (Tabla 6.1). Tabla 6.1 Elementos principales de la corteza terrestre. Elemento % Oxígeno 46.6 Silicio 27.7 Aluminio 8.1 Hierro 5.0 Calcio 3.6 Sodio 2.8 Potasio 2.6 Magnesio 2.1 Otros 1.5 Como se aprecia, casi un 75% de la masa corresponde a O y Si, que forman los silicatos que entran en la composición de la mayoría de los minerales. La estructura básica de un silicato está constituida por un átomo de silicio unido a 4 átomos de oxígeno, grupo que origina un anión de forma tetraédrica. Por lo tanto, los silicatos son un conjunto de estructuras básicas formadas por 3, 4 o 6 unidades de silicio, las cuales pueden tener como contraiones a los cationes sodio, potasio, calcio, magnesio, aluminio y hierro. Página 3 de 7

4 Aparte de los silicatos, otros tipos de minerales importantes son los óxidos, carbonatos, sulfuros y sulfatos. Todos los tipos mencionados, con ejemplos y fórmulas, aparecen en la Tabla 6.2 Tabla 6.2. Principales tipos de minerales de la corteza terrestre. Categoría Mineral Fórmula Silicatos Óxidos Carbonatos Sulfuros Cuarzo Olivina Feldespato potásico Corundum Magnetita Calcita Dolomita Pirita Galeana SiO 2 (Mg.Fe)SiO 4 KAl.Si 3 O 8 Al 2 O 3 Fe 3 O 4 CaCO 3 CaCO 3.MgCO 3 FeS 2 PbS Sulfatos Yeso CaSO 4 Estos y otros minerales van transformándose no sólo por disgregación física de la roca primitiva, sino que también por cambios químicos. Así, los minerales metálicos que están cerca de la superficie de la corteza terrestre son generalmente de tipo oxidado, debido a la acción del oxígeno atmosférico difundido o por aquel disuelto en el agua infiltrada sobre minerales azufrados (p.ej. sulfuros). Por lo tanto, la corteza es un sistema dinámico de materia que se transforma, aun cuando su cinética se mide en miles o millones de años. La materia orgánica del suelo está formada por la acumulación de residuos de orígenes vegetales y animales, en parte descompuestos y en parte reconstituidos. Esta materia está en constante transformación debido a la descomposición que experimenta por los microorganismos del suelo. Según el avance de descomposición, la materia orgánica puede ser fresca o avanzada; esta última se denomina humus y es de naturaleza coloidal. El humus es una mezcla muy compleja de compuestos orgánicos polimerizados y con alto grado de aromatización; proviene principalmente de la lignina y de proteínas. Cuando se trata una muestra de tierra con una solución de hidróxido de sodio y pirofosfato de sodio 0.1 M, se obtiene un líquido oscuro soluble (solución salina) y una fracción insoluble que se denomina humina. Al acidular la fracción soluble se forma un precipitado que corresponde a los ácidos húmicos Página 4 de 7

5 y un líquido amarillento que contiene disuelto a los ácidos fúlvicos. Los ácidos húmicos son de estructura más compleja que los fúlvicos, pero ambos poseen grupos carboxilos y fenólicos que les proporcionan su acidez. La Figura 6.3 esquematiza la formación de la materia orgánica por fotosíntesis y su degradación a humus. Figura 6.3 Formación de humus El humus se forma en un proceso químico-biológico denominado humidificación, a partir de los compuestos orgánicos ya dichos que constituyen los desechos orgánicos. Al humus también se le incorpora nitrógeno atmosférico mediante la acción de bacterias que lo fijan. El humus se descompone mediante un proceso de mineralización progresiva, con transformación químico biológica de la materia orgánica en inorgánica, formando una mezcla de moléculas simples y de iones. Página 5 de 7

6 Considerando que los microorganismos son los responsables de la humidificación y mineralización, es fácil deducir que en un suelo aireado, húmedo, neutro y templado o cálido, las bacterias serán muy numerosas. En este caso los procesos de humidificación y mineralización ocurrirán con gran facilidad y la producción de ácidos húmicos y humina será importante. Si el clima es frío y/o el suelo es ácido, se desarrollarán más bien los hongos, los que degradarán la materia orgánica en ácidos fúlvicos y la mineralización será menor. Puesto que el humus se forma de la materia orgánica y principalmente de desechos vegetales, la calidad del humus depende principalmente del tipo de vegetación que vive en el suelo. Los desechos vegetales dan humus de mejor calidad cuanto más baja es la relación C/N, es decir, cuanto mayor sea la riqueza de nitrógeno en el suelo. La riqueza de cationes también es importante porque permite un mejor desarrollo de la biota del suelo y una mejor amortiguación de la acidez de éste; entre otras, plantas que dan lugar a un buen humus son las leguminosas. La existencia de grupos funcionales carboxilo y fenólicos, de carácter ácido permite que los compuestos húmicos se comporten como coloides negativos: Humus-H (Humus) - + H + Por lo que su carga variará según el ph, y podrá retener cationes tales como K +, NH + 4, Ca 2+, Mg 2+, Fe 2+. Este hecho implica también que el humus actúa como almacén de reserva de los cationes absorbidos. Lo anterior es muy importante porque los suelos cubiertos con vegetación natural, y explotados racionalmente funcionan prácticamente en circuito cerrado. La casi totalidad de los nutrientes absorbidos retorna al suelo en forma de hojas, rafias y raíces que luego mueren. Una vez que se mineralizan vuelven a estar en condiciones de ser aprovechados por los vegetales. Las pérdidas de este origen se compensan por la disgregación de minerales de las rocas, fijación de nitrógeno atmosférico y por los aportes de sustancias contenidas en las lluvias. En suelos sometidos a cultivo de vegetales, la restitución de nutrientes es menor dado que la cosecha es más intensa y porque al originarse un suelo con menor materia orgánica su humus fija menos cantidad de iones. Un suelo así trabajado requiere fertilizantes que evitan este desequilibrio. Página 6 de 7

7 LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN (SÓLIDO, LÍQUIDO Y GASEOSO), EN LOS COMPONENTES DEL SUELO. Página 7 de 7