Los suelos son cuerpos naturales muy complejos y con una gran
variabilidad espacial; sin embargo, todos ellos están constituidos por tres
fases que son sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida son las partículas del
suelo que se separan en dos fracciones, la fracción mineral y la fracción
orgánica; la fase líquida es el agua o solución del suelo y la fase gaseosa es
el aire del suelo.
La fracción orgánica o materia orgánica la representan los componentes de
origen orgánico incorporados al suelo, mientras que la fracción mineral la
representan partículas provenientes de la meteorización y descomposición de los
minerales de la corteza terrestre, de diferente tamaño e inferiores a 2mm de
diámetro, que se clasifican en arena las más grandes (2-0,05mm), limo de tamaño
intermedio (0,05-0,002mm) y arcillas que son las más pequeñas (<0,002mm).
Estas partículas no se encuentran aisladas en los suelos sino que están
asociadas entre sí formando agregados, dentro de estos agregados y entre los
agregados quedan espacios vacíos que representan el espacio poroso del suelo
que es donde se alojan las fases líquida y gaseosa. Los poros son de diferente
tamaño por lo que se separan en espacio poroso capilar, los más pequeños, y
espacio poroso no capilar, los más grandes. Cuando un suelo se inunda, se
satura con agua, la fase líquida ocupa el espacio poroso total, pero al dejarlo
drenar libremente se vacía el espacio poroso no capilar o macroporos, que es
entonces ocupado por el aire del suelo o fase gaseosa, y en el espacio poroso
capilar o microporos, queda el agua retenida en contra de la fuerza de
gravedad. En este punto el suelo está a “capacidad de campo”. Parte del agua
retenida en los microporos es el agua útil para las plantas, otra parte no
puede ser absorbida por las raíces de las plantas, es llamada agua
higroscópica, por ser retenida a altas tensiones que las plantas no pueden
vencer. Al agotarse el agua útil para las plantas, el suelo ha alcanzado el
“punto de marchitez permanente”.
En la fase sólida, tanto en la fracción mineral como en la fracción
orgánica, está presente una fracción de tamaño coloidal que aloja las cargas
eléctricas del suelo. Estas cargas eléctricas pueden ser permanentes o
variables en las arcillas, mientras que en la fracción orgánica son en general,
cargas variables. En las arcillas, las cargas permanentes se generan durante la
formación de estos minerales por sustituciones isomórficas, son cargas
estructurales, mientras que las cargas variables son dependientes del pH y
ocurren por disociaciones iónicas. Estas cargas eléctricas en el suelo son
responsables del fenómeno conocido como intercambio iónico, el cual es uno de
los fenómenos más importantes que ocurren en el suelo desde el punto de vista
de su fertilidad. Es un proceso reversible mediante el cual puede ocurrir
intercambio de aniones y cationes entre las fases líquida y sólida del suelo.
En general, los suelos dedicados
a la agricultura tienen cargas netas negativas capaces de adsorber cationes,
que como K+, Ca++, Mg++, NH4+,
H+, etc., tienen cargas positivas. Una vez adsorbidos a la fase
sólida pueden sufrir intercambio con cationes en la solución del suelo, en el
fenómeno conocido como intercambio catiónico. Los suelos también pueden tener
cargas netas positivas, lo cual ocurriría a pH muy ácido (generalmente a pH
< 4,0). Estas cargas positivas serían sitios para la adsorción de aniones,
que son iones cargados negativamente como NO3-, H2PO4-,
SO4=, etc., y una vez adsorbidos están sujetos a procesos
de intercambio con otros aniones en la solución del suelo. Debido a que la
mayoría de los suelos dedicados a la producción agrícola tienen valores de pH a
los cuales el fenómeno de intercambio aniónico sería mínimo, ya que si el suelo
es muy ácido se encala para elevar el pH a valores en los cuales no hay cargas
netas positivas, el mismo no tiene mayor relevancia en condiciones de campo, y
exceptuando los fosfatos y hasta cierto punto los sulfatos, los aniones como el
nitrato (NO3-) están expuestos a pérdidas considerables por
lavado.
Existe un valor de pH del suelo
donde las cargas positivas y negativas son iguales, y a este valor de pH se le
llama punto isoeléctrico o punto de carga neta cero (PCNC), el cual ocurre en
condiciones de acidez, generalmente con pH alrededor de 4,0.
La capacidad de intercambio catiónico (CIC),
representa la magnitud de las cargas negativas netas del suelo o el número
total de posiciones de intercambio, se expresa en miliequivalentes por cada 100 gramos de suelo
(meq/100 g de suelo) o como centimoles por kg de suelo (cmol/kg de suelo). Como
ya fue indicado anteriormente, esas cargas negativas netas pueden ser
permanentes cuando se originan por sustituciones isomórficas durante la
formación del mineral, o pueden ser variables cuando dependen de las
variaciones del pH del suelo.
Las arcillas son filosilicatos,
formados por la combinación de láminas de tetraedros de silicio y láminas de
octaedros de aluminio, magnesio o hierro.
Hay arcillas como la caoilinita formada por la combinación de una capa
de tetraedros y una capa octaédrica, por lo que es una arcilla del tipo 1:1 o
de dos capas. Otras arcillas, como vermiculita y montmorillonita, se forman por
la combinación de dos capas de tetraedros de silicio y una capa octaédrica,
correspondiendo a una arcilla del tipo 2:1 o de tres capas.
Se considera que la caolinita no
tiene cargas negativas permanentes ya que en su estructura no ocurren
sustituciones isomórficas, por lo tanto, todas sus cargas son variables o dependientes
del pH y su CIC es relativamente baja, del orden de 3 a 15 meq/100 g.
La montmorillonita
es una arcilla de tres capas, dos de tetraedros de
silicio y en el medio una capa octaédrica de aluminio. Es una arcilla expansiva
cuyas cargas permanentes se originan en la capa octaédrica, cuando alrededor de
20% del Al es sustituido por Mg, quedando cargas negativas libres. Este
reemplazo de Al por Mg ocurre durante la formación del mineral y no representa
cambios estructurales por lo que se conoce como “sustitución isomórfica”, y se
originan cargas permanentes porque en la estructura del mineral al sustituirse
un catión trivalente como el Al+++ por uno divalente como el Mg++
quedan cargas negativas no balanceadas.
Las cargas variables ocurren
porque las arcillas tienen en sus bordes grupos –SiOH que al ser sometidos a
aumentos del pH generan cargas negativas libres. Esquemáticamente, esto es de
la siguiente manera:
-SiOH + OH-
-SiO- + HOH
Estas cargas variables también se
denominan cargas dependientes del pH porque tienden a incrementarse con
aumentos en el pH del medio. La CIC de la montmorillonita varía entre 80-120
meq/100 g.
La vermiculita
es otra arcilla de tres capas con sustituciones
isomórficas de Al por Mg en la capa octaédrica y cerca de una tercera parte del
Si de los tetraedros es sustituida por Al. Su CIC es muy alta, variando entre
100 y 150 meq/100 g.
Hay
otros minerales de arcilla como clorita que es
similar a la vermiculita pero tiene una capa de brucita [Mg(OH)2]
ubicada en el espacio interlaminar, por eso se conoce como una arcilla
interestratificada y es causa de que se reduzca su CIC a valores de
10-40 meq/100 g. El alófano es
un aluminosilicato amorfo muy abundante en suelos formados de cenizas
volcánicas con una CIC muy variable y dependiente del pH. Las arcillas 2:1-2:2 formadas a partir de
una arcilla de tres capas pero en su espacio interlaminar ocurre un mineral de
aluminio, su CIC es variable y alrededor de 15 a 20 meq/100 g, a pH 6,0.
La illita es del grupo de lo que se conoce como arcilla-mica, las cuales
tienen una estructura parecida a las arcillas del tipo 2:1 pero una buena
cantidad del Si de los tetraedros es sustituído por Al, quedando un exceso de
cargas negativas que son balanceadas por K+ en el espacio
interlaminar.
Como ya
hemos dicho, los coloides orgánicos son fuente importante de sitios de
intercambio catiónico en los suelos. El origen de las cargas negativas de la
materia orgánica es fundamentalmente en los grupos carboxílicos y se comportan
de la misma manera que las cargas variables de las arcillas, es decir, son
cargas dependientes del pH.
-C-OH + OH- -C-O- + HOH
O O
La presencia en el suelo de
cargas negativas variables dependientes del pH, es una de las ventajas
adicionales de la práctica del encalado de los suelos, ya que a la vez que se
está corrigiendo un problema de acidez, se está incrementando la CIC del suelo
al aumentar su pH. Esto puede ser particularmente importante en las relaciones
de fertilidad de aquellos suelos que en su condición natural son ácidos y
tienen una CIC muy baja, por lo tanto, tienen poca capacidad para retener
nutrientes. Esta capacidad se eleva con el encalado y se protegen los
nutrientes de la lixiviación.
Los cationes que predominan en el
complejo de intercambio de un suelo son: Ca++, Mg++, K+,
Na+, Al+++, H+, y las relaciones entre ellos
son indicativas de las condiciones de fertilidad del suelo. Así, cuando
predominan los cationes básicos Ca++, Mg++ y K+,
el suelo va a tener un porcentaje de saturación con bases alto, además,
generalmente tienen un pH adecuado y buenas condiciones de fertilidad. Cuando
predominan los cationes ácidos H+ y Al+++, se espera una
pobreza en nutrientes, condiciones de acidez, y posibles problemas de toxicidad
para las plantas. Esta retención de los nutrientes por las cargas eléctricas de
los coloides del suelo, permite que se adsorban y se mantengan en la zona de
influencia de las raíces de las plantas y, al pasar a la solución del suelo,
sean absorbidos. Por eso las cargas eléctricas de los coloides del suelo
salvaguardan los nutrientes esenciales para las plantas.
Recordemos que: SIN FERTILIZANTES es imposible producir la cantidad de
alimentos que necesitamos para satisfacer los requerimientos de la población.
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agricultura venezolana”. Tiene información muy útil para mejorar la práctica de
fertilización de los cultivos, con miras a una mayor productividad y a un mejor
trato a los suelos y al ambiente en general,
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Pedro Raúl Solórzano Peraza
Enero de 2018.
