AGRO 4037 Fertilidad de Suelos y Abonos

7/27/2012 AGRO 4037 – Fertilidad de Suelos y Abonos 3 - Principios de Química de Suelos 1 3- Principios de química de suelos 3-1 Mineralogía 3-1.1 ...
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AGRO 4037 – Fertilidad de Suelos y Abonos 3 - Principios de Química de Suelos

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3- Principios de química de suelos 3-1 Mineralogía 3-1.1 Introducción 3-1.2 Estructura de aluminosilicatos cristalinos 3-1.3 Tipos de minerales (grupos) 3-2 Carga superficial 3-2.1 Ionización de hidroxilos (-OH-) terminales 3-2.2 Enjambre iónico e intercambio iónico 3-2.3 Selectividad iónica en el intercambio catiónico 3-3 Capacidad de intercambio catiónico y aniónico 3-3.1 Definiciones 3-3.2 Equivalencia y peso equivalente 3-3.3 Medición de la capacidad de intercambio catiónico (CIC): 3-3.4 Porciento saturación bases y ácidos 3-3 Materia orgánica

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3-1 Mineralogía 3-1.1 Introducción • El suelo es uno de trés componentes que forman parte del sistema de producción agrícola • Lo que determina el nivel de mayor rendimiento es la interacción de los trés a través del manejo • Suelos son el producto de 5 factores que dan origen a los diferentes tipos de suelo…muchos de los cuales se manejan en forma diferente • En términos volumétricos, la proporción relativa de los suelos es: agua (25%); aire (25%); materiales inorgánicos (45%); materiales orgánicos (5%)

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La fracción sólida está formada por: • Fase sólida primaria (minerales primarios) - materiales inorgánicos primarios (e.j. cuarzo, feldespato, apatita) en la fraccion de limo y arena • Fase coloidal - materiales inorgánicos secundarios y compuestos orgánicos de tamaño coloidal. Tienen capacidad de generar carga, participar en reacciones y atraer iones. • Fase viva - Biomasa microbiana) microorganismos y macrofauna. Participan en reacciones químicas y formación de suelo. • Minerales secundarios – • Ocurre principalmente en la fracción de arcilla ( Ca+2 > Mg+2 > NH4+ = K+ > Na 2. radio hidratado (dentro de la misma valencia). A mayor radio hidratado se le hace mas difícil al catión acercarse al sitio de intercambio. Mg mas hidratado que Ca. Na mas hidratado que K+ y NH4+

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3-3 Capacidad de intercambio cationico (CIC) • La carga de las partículas del suelo tiene que estar balanceada por cationes o aniones en la fase adsorbida de la superficie de estas. • Este fenómeno da lugar al intercambio iónico. • Un ión puede intercambiarse con otro para balancear la carga en la fase coloidal. • La reacción es rápida, estoquiométrica y de naturaleza principalmente electrostática.

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3-3.1 Definiciones: • Capacidad de intercambio catiónico (CIC) – Numero total de cargas negativas disponibles (sitios de intercambio) para atraer cationes al suelo. La habilidad de un suelo a retener e intercambiar cationes en superficie negativamente cargada (cmolc/kg = meq/100g)

• Capacidad de itercambio aniónico (CIA) – Numero total de cargas positivas disponibles (sitios de intercambio) para atraer aniones al suelo. La habilidad de retener aniones en superficie positivamente cargada (cmolc/kg = meq/100g).

• Un aspecto fundamental en fertilidad de suelos es cuantificar la influencia de intercambio catiónico en la disponibilidad del nutrimentos. Por lo tanto tenemos que expresar los iones en términos iguales ya que los iones varían en cuanto a su carga. 28

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• Capacidad de intercambio catiónico efectiva (CICE) – Para evitar la dependencia que existe entre el CIC y el pH de suelos (carga variable) se introduce el concepto de CICE – Este es la sumatoria de las bases intercambiables con 1M NH4OAc pH 7 y la acidez intercambiable con 1M KCl, en base a carga

• Bases intercambiables - Sumatoria de Ca, Mg, Na, y K intercambiable con 1M NH4OAc • Acidez intercambiable (AI) - La cantidad de acidez (H + Al + Mn) extraíble con 1M KCl en base a carga. • Porciento saturación bases (% SB) - Porcentaje de la CIC o CICE ocupada por cationes básicos. Mucho cuidado!!!!!

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3-3.2 Equivalencia y peso equivalente • peso atómico - peso en gramos en 6.02 x 1023 de átomos (1 mol). Unidades son en g/mol • Mol - Un mol de sustancia es 6.02 x 1023 átomos, moléculas ó iones • Peso molecular es el peso en gramos de un mol de una molécula (g/mol) • Peso equivalente - cantidad (masa) de una sustancia (catión, anión) que reacciona o desplaza 1 g de H+, lo cual es igual al numero de cargas de Avogadro. g / 6.02 x 1023 cargas (+ o -). Donde 6.02 x 1023 cargas es un equivalente • Se obtiene dividiendo el peso atómico por la valencia (carga del ión)

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Ejemplos: Elemento Ca2+ Mg2+ K+ NH4+ Na+ H+ Al3+

Peso atómico (g/mol) 40 24 39 18 23 1 27

Peso equivalente (g/eq) 20 12 39 18 23 1 9

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Para calcular el peso equivalente de compuesto es util saber con quien reacciona: • NaOH + HCl ------------> Na+ + Cl- + H2O • CaCO3 + 2HCl ------------> Ca+2 +2Cl- + CO2 + H2O Para iones y compuestos en solución, queremos expresar concentración: • Molaridad - cantidad de moles / L • Normalidad - cantidad de moles de carga / L = equivalentes / L Ejemplo: Para calcular la equivalencia de una base • eq Acido = eq Base • (0.5 N) x (100 mL H2SO4) = (25 mL NaOH) x Nbase • N=

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3-3.3 Medición de la capacidad de intercambio catiónico (CIC): • En suelos tropicales la capacidad de intercambio catiónico dependerá del método por el cual es medido ya que en algunos suelos (suelos de carga variable) el número de cargas disponibles varían con el pH (esto no es tanto así en suelos dominados por arcillas 2:1). Para evitar la dependencia del CIC con el pH del suelo se introduce el concepto de capacidad de intercambio catiónico efectivo (CICE). • Método de sumatoria – Solución amortiguada, NH4OAC o similar, se extraen las bases – Solución sin amortiguar, 1M KCL, se estraen los ácidos • Método de desplazamiento – Solución amortiguada, NH4OAC o similar, se extraen las bases – Solución sin amortiguar (se satura con un catión índice) 33

3-3.3.1 Método de sumatoria 1.

Extracción del suelo con solución salina amortiguada (buffer solution) - Medir las bases (Ca, Mg, K, Na) que se extraen a la solución amortiguada (1M NH4OAC) individualmente. A menos que se incluya la acidez intercambiable (AI), este método subestimará el CIC en suelos de carga variable ya que no considera los ácidos (Al y H)

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Ejemplo: Extraer 5 g suelo con 100 mL de solución 1M NH4OAC. La concentración en la solución es la siguiente (mg/L), calcular la concentración en suelo Catión

mg/L

Ca

64

Mg

12

K

16

Na

4

mg/g suelo

mg/100g suelo

meq/100g suelo

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Si a este se le suma la acidez extraíble con 1M KCl (solución sin amortiguar) esta se llama capacidad de intercambio efectiva (CICE) Catión

mg/L

H+

2.0

Al3+

12

mg/g suelo mg/100g suelo

meq/100g suelo

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3-3.3.2 Método de desplazamiento (catión índice) 1.

Extracción del suelo con solución salina sin amortiguar (1M KCl o 0.5 M CaCl2 u otra sal similar) • Medir el catión (K, Ca u otro similar) que satura los sitios de intercambio y que ha sido desplazado por otro catión al pH del suelo • Este método mide las cargas disponibles al pH del suelo en su estado natural

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2. Extracción del suelo con solución salina amortiguada “buffer solution” • Medir el catión (NH4) que saturó los sitios de intercambio y que removió las bases intercambiables • Este método sobreestimará el CIC en suelos de carga variable ya que aumentará el número de sitios de intercambio posibles.

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Factores del suelo que influyen sobre CIC Componente del Suelo

CIC (cmolc/kg)

materia orgánica

200 - 400

vermiculita

140 - 250

montmorilonita

80 - 150

ilita

20 - 40

caolinita

2 - 15

sesquióxidos

1-5

suelo

4 - 55

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Con suelos del mismo material parental y condiciones materia orgánica

CIC (meq/100g)

CIC (meq/100g)

arcilla 2:1

% arcilla

arcilla 1:1

pH del suelo

40

20

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3-3.4 Porciento saturación bases (% SB) y de ácidos (%SA) Proporción de bases que ocupan los sitios de intercambio Bases / CICE x 100 Niveles considerados óptimos en suelos dominados por arcillas 2:1 • Ca+2 = 65 - 85% (65) Mg+2 = 8 - 15% (10) + • K = 4 - 8% (5) Na+ = muy poco Ejemplo 1: Un suelo con CIC de 15 cmolc/kg y sumatoria de bases de 10 cmolc/kg Ejemplo 2: Un suelo con bases intercambiables (cmolc/kg): Ca = 6; Mg = 2; K = 0.4; Na = 0.2; y acidos intercambiables (cmolc/kg): H = 2; Al = 0.5.

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Relación entre % saturación de bases y pH

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3-3.6 Capacidad de intercambio anionico • Valores en suelos varían entre 1 y 5 cmolc/kg • Aniones en solución pueden ser adsorbidos a sitios de intercambio + cargado. La carga se origina de: – bordes rotos en la capa octaedral – grupos OH en la superficie de caolinita – hidrólisis de oxidos de Fe y Al – CIA aumenta con disminución en pH Orden de adsorción para aniones: – H2PO4- > SO4-2 > NO3- = Cl-

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3-4 Materia orgánica en suelos

1. 2. 3. 4. 5. 6.

La materia orgánica del suelos está constituida por residuos de plantas y animales en varios estados de descomposición. Un nivel adecuado de de materia orgánica beneficia al suelo porÑ Es una reserva abundante de N, P, S y menos abundante de Ca, Mg, K, micronutrientes Mejora las condiciones físicas (disponibilida de agua para la plantas, retención de humedad Mejora la infiltración de agua Facilita la labranza del suelo Reduce perdidas por erosión Promueve formación de agregados

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Niveles de MO en suelos de PR 6 70

5

61

40 30 23 20

16

10

Organic matter (%)

organic matter (%) 50

4 3 2 1

0 < 2.0

2.0 - 4.0

>4.0

0

Category

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Materia orgánica en la cuenca de RGA -2

Soil Organic Carbon (kg m )

20 18

0-15 cm

16

a

0- 30 cm

14

a

0-100 cm

12

b 10

a

a

8

a

b

6

b

b

4 2 0

agriculture

pasture

forest

Land Use

Soil organic carbon (g/kg) 0

10

20

30

40

0 10 20 Depth (cm )

Relative frequency (%)

60

30

forest

40

pasture

50

agriculture

60 70 80

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La materia orgánica y su rol en la fertilidad de suelos • Relación entre contenido de arcilla y materia orgánica • Reserva de C importante en el secuestro de C atmosférico • Altas temperaturas y aireación favorecen oxidación • El paradigma es que en suelos tropicales la mayoría de los suelos tienen contenidos bajos de materia orgánica • En áreas templadas el contenido de materia orgánica tiende a ser más alto • Estudios revelan que se pueden incrementar los niveles de materia orgánica con buen manejo, lo cual permite producir mejores rendimientos. Este incremento por lo general no se puede sostener naturalmente • Importancia de devolver residuos vegetativos al suelo...

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