Gestión y conservación del suelo.

Lección 3. Degradación del suelo. Degradación físico química.

La degradación físico química del suelo afecta principalmente al complejo de cambio y al pH, dos características que están muy ligadas entre sí.

La capacidad de intercambio catiónico esta regida principalmente por los desequilibrios de carga que se producen en las capas de la arcilla, provocadas por el reemplazamiento de silicio por aluminio en las capas tetraédricas o de aluminio por magnesio en las octaédricas. No obstante, también existen cargas en los bordes de rotura de los minerales arcillosos, porque su neutralidad eléctrica está basada en considerarlas indefinidas pero, realmente, son finitas.

Al romperse la capa tetraédrica, por una parte queda un Si cargado positivamente y de la otra un oxígeno cargado negativamente. Como en la solución del suelo existen moléculas de agua disociadas, esas cargas se satisfacen con un oxhidrilo y un hidrogenión, respectivamente.

La rotura de la capa octaédrica deja libres, de un lado un oxígeno con media carga negativa y un grupo OH con otra media; por la otra parte queda el Al que deja dos medias cargas positivas sin satisfacer. La orientación de las cargas hace que las primeras puedan compensarse con un solo ion mientras que las segundas necesitan el concurso de dos iones; una primera molécula de agua aporta un hidrogenión, que compensa las primeras dos cargas negativas, y un hidroxilo que compensa una de las dos medias cargas positivas, si bien él queda con otra media carga negativa sin satisfacer; una segunda molécula de agua, aporta su hidroxilo para la compensación de la media carga positiva restante, quedando con media carga negativa sin satisfacer, y el hidrogenión satisface las dos medias cargas negativas creadas, cuya orientación las hace confluir en un punto.

Estos iones situados en los extremos de la red presentan una gran susceptibilidad a ser intercambiados por los existentes en la solución. Así, cuando el pH es ácido, los hidroxilos tienden a ser sustituidos por los aniones de la solución que son más abundantes, provocandose una capacidad de intercambio aniónico preferentemente; por el contrario, cuando los medios son básicos, la tendencia es a la sustitución de los hidrogeniones por los más abundantes cationes presentes, en este caso se provoca un incremento en la capacidad de intercambio catiónico.

Estas cargas de borde se conocen como "cargas variables" dado que cambian de positivas a negativas según el pH de la solución, como contrapunto a las cargas fijas que aparecen como producto de las sustituciones antes apuntadas. Ahora bien, la acidez o alcalinidad de la solución viene decidida por el punto isoeléctrico del coloide arcilloso que decide su floculación y la neutralización de dichas cargas. El punto isoeléctrico promedio de las arcillas se sitúa alrededor de 5.5 a 6, por lo que valores más bajos se consideran ácidos mientras que valores mayores son básicos, aunque este concepto no coincida con el de referencia del agua.

Algo semejante ocurre con los grupos OH de la materia orgánica, que al ser mas abundantes por no estar limitados a los bordes, presenta un gran número de cargas variables.

Como vemos existe una íntima relación entre el pH y la capacidad de intercambio iónico, los cambios de pH del suelo inducidos por el uso son muy frecuentes y ellos son los que afectan de manera indirecta a la capcidad de cambio del suelo.

Esta relación se hace más intensa en lo que se refiere al grado de saturación del suelo, como es conocido, pero también el pH influye en la naturaleza de los iones presentes en al complejo de cambio.

Para valores muy bajos de pH, cercanos a 3, la capacidad de intercambio catiónico decrece sensiblemente y las cargas variables se hacen positivas por lo que al exterior quedan los hidrogeniones y aluminios del borde de las capas con una fuerte tendencia a la fijación de aniones, lo cual es especialmente importante en lo referente al fósforo, que en su mayor parte queda atrapado e inmovilizado; la pequeña capacidad de intercambio catiónico está saturada con aluminio e hidrógeno y solo una pequeñísima parte lo hace con bases. Esta situación se mantiene hasta valores de pH cercanos a 4.5.

A partir de estos valores se produce una rápida disminución de la capacidad de fijación aniónica a la par que el aluminio va siendo sustituido por formas hidratadas de menor solubilidad y toxicidad que la forma anhidra; el hidrogeno permanece constante hasta valores cercanos a 6 en los que comienza un descenso notable del mismo; todo ello va acompañado de un incremento paulatino de las bases que toman el protagonismo a valores cercanos a 6 y se incrementan rapidamente hasta constituir la totalidad del complejo de cambio cuando se supera el valor de 7.5 a 8.

De este modo vemos como las variaciones del pH inducen modificaciones en todas las propiedades físico químicas del suelo, sin olvidar el efecto que tienen sobre el comportamiento oxidante o reductor para valores idénticos de Eh, en los que el medio resulta más oxidante a valores de pH alcalinos y más reductor a valores ácidos.

Llegados a este punto, destaquemos algunas circunstancias en las que el pH del suelo se ve afectado, de forma natural o inducida.

Existen unos modificadores naturales que afectan tanto a la génesis del suelo como a su comportamiento, como son la absorción de nutrientes por las plantas y el lavado que se produce en los climas húmedos, que eliminan gran parte de las bases y provocan una acidificación; o la alteración mineral en la que se liberan bases y genera una alcalinización. Estos efectos están compensados en los medios naturales y solo provocan oscilaciones estacionales debidas a la diferente intensidad de los procesos citados a lo largo del año.

Entre los modificadores inducidos por la acción humana cabe distinguir varios grupos, los más importantes son los relativos al cultivo, al manejo del suelo y a la contaminación.

El factor más importante en el cultivo es la exportación de bases por las cosechas, con un efecto similar al indicado para el crecimiento vegetal pero con una intensidad mayor. Además, en los suelos virgenes la vegetación está adaptada a las condiciones del suelo y la exportación de nutrientes está relacionada con la producción de los mismos en el suelo; en los suelos cultivados, las especies presentes no presentan esa adpatación y además del efecto emprobrecedor general, ocasionan desequilibrios del complejo de cambio.

En cuanto al manejo hay una operación cuya finalidad es precisamente la modificación del pH para permitir la introducción de especies inadaptadas, como es el encalado. Esta práctica, si se realiza de una forma suave puede beneficiar a la evolución del suelo. Solo cuando se realiza de una manera brusca puede afectar a la microflora y provocar graves perturbaciones en el proceso de humificación.

Muy activa también es la utilización del estercolado o cualquier adición de productos orgáncos al suelo que siempre llevan aparejada una disminución del pH en la primera etapa de su transformación, si bien esto puede corregirse mediante un encalado conveniente. En general los efectos de la adición de enmiendas orgánicas son beneficiosos para el suelo a no ser que se efectuen rematadamente mal.

Muchos abonos minerales tienen un efecto modificador del pH sobre todo los que llevan nitrógeno en forma amoniacal, que son acidificantes independientemente de la naturaleza de la sal utilizada. El amonio, antes de ser absorbido, debe sufrir un proceso de nitrificación microbiana que le convierte en nitrato; se cambia una base como el amonio por un ácido. Otros, por el contrario, presentan un caracter básico como la mayoría de los fosfatos en los que la parte activa es el anión que se absorbe y deja las bases libres.

Un efecto semejante es el de las lluvias ácidas que aportan importantes cantidades de ácidos sulfúrico y nítrico al suelo. Estos son el fruto de la oxidación de diversos óxidos de nitrógeno expelidos a la atmosfera procedentes de la utilización de combustibles fósiles. Al ser arrastrados por el agua junto con el trióxido de azufre originado por la oxidación del dióxido expelido, generan los ácidos correspondientes. En pequeñas cantidades, son beneficiosos por el aporte de nitrógeno que suponen, lo que ocurre en el proceso normal de arrastre de los compuestos de este tipo formados en las capas altas de la atmósfera y favorecidos por las descargas eléctricas de las tormentas; éstos fenómenos constituyen un importante abonado nitrogenado natural que compensa las perdidas por desnitrificación que se producen en ambientes reductores.

La utilización masiva de derivados del petróleo junto con las emanaciones industriales de diversa naturaleza, provocan una contaminación de la atmósfera que en gran parte se deposita sobre el suelo en forma de polvo o de aerosol, sin necesidad de lluvia. En estos casos las transformaciones son mínimas y los efectos varían con la naturaleza del producto depositado.

 

Contra estas agresiones al pH del suelo, éste se defiende mediante su capacidad tampón y solo cuando es superada aparecen efectos apreciables. El suelo dispone de una serie de sistemas tampón que actúan a diferentes valores de pH.

Cuando el pH es excesivamente bajo, comprendido entre 2 y 4, la solución y oxidación de sulfuros metálicos, como la pirita, provoca aumentos o disminuciones de pH según sea el desequilibrio creado. Cuando la perturbación es provocada por un incremento de la acidez, se produce la disolución de los sulfuros y el anión genera sulfuro de hidrógeno que escapa a la atmosfera y elimina el exceso de protones. Por el contrario cuando la agresión es alcalina, la elevación del pH hace que el medio se comporte como oxidante y parte de los sulfuros se oxidan a sulfatos que generan un ácido más fuerte y capaz de neutralizar la alcalinidad creada.

Capacidad tampón

Solución y oxidación de pirita y otros sulfuros
pH 2-4
Compuestos alumínicos
pH 4-5.5
Complejo de cambio
pH 5.5-6.8
Materia orgánica y minerales
pH 6.8-7.2
Carbonatos de Ca y Mg
pH 7.2-8.5
Sodio de cambio y carbonato sódico sólido
pH 8.5-10.5

Si el pH del suelo se sitúa entre 4.5 y 5, son los compuestos alumínicos los responsables del mantenimiento de su valor. El ion aluminio trivalente, a medida que incrementa la concentración de hidroxiliones, va generando iones con diferentes estados de hidratación y carga, hasta formar el hidróxido alumínico muy poco soluble, que en su forma cristalina es la gibsita. Así cuando existe un aporte externo de hidrogeniones o de hidroxiliones, el ion existente en ese momento, cede o capta hidroxilos para pasar a una forma más anhidra o más hidratada con mayor o menor carga positiva. De modo que el suelo puede amortiguar ese exceso de acidez o basicidad mientras exista gibsita o ion aluminio trivalente, respectivamente.

Para valores de pH comprendidos entre 5.5 y 6.8, el complejo de cambio presenta un grado de saturación muy variable y es la zona en la que la correlación entre ambos valores es mínima. De este modo las agresiones básicas o ácidas se corrigen mediante el paso de bases del complejo a la solución o viceversa. En esta zona, la capacidad tampón del suelo depende fuertemente de la capacidad de intercambio catiónico. También resulta decisiva la intervención de las cargas variables, sobre todo en los margenes ácidos, porque cuando el pH tiende a bajar en exceso, parte de las cargas variables negativas se van haciendo positivas, lo que favorece la liberación de bases y la captación de aniones con liberación de hidroxilos, que consiguen restablecer el equilibrio.

En los medios muy cercanos a la neutralidad, intervienen los procesos de transformación de la materia orgánica, que generan acidez o la atenúan cuando se produce su polimerización, junto a la alteración mineral, que libera bases.

En la zona básica, la capacidad tampon es ejercida por los carbonatos, cálcico y magnésico o sódico según el margen de pH, los primeros actúan en valores comprendidos entre 7.2 y 8.5, y el segundo lo hace cuando se supera el último valor. En todos los casos la actuación es semejante, cuando existe una agresión ácida los carbonatos se descomponen y liberan ácido carbónico inestable que desprende su dióxido de carbono a la atmósfera. En el caso de una agresión alcalina es el dióxido de carbono existente en la solución del suelo o en la atmósfera edáfica, el que se transforma en el carbonato correspondiente, neutralizando la alcalinidad añadida.

 

La degradación físico-química del suelo es difícil de evaluar, pues al ser diversos los parámetros que pueden definirla sería necesaria la utilización de varios de ellos y eso hace muy complicado el establecimiento de una escala.

No obstante, existe un parámetro que permite relacionar el estado del complejo de cambio con el valor del pH del suelo, como sucede con el grado de saturación. Por ello es este parámetro el que se elige en la evaluación del nivel de degradación del suelo.

Clase

Disminución V %/año

V < 50 %

V > 50 %

Nula o ligera

< 1.25

< 2.5

Moderada

1.25 – 2.5

2.5 - 5

Alta

2.5 - 5

5 – 10

Muy alta

> 5

> 10

La disminución del grado de saturación del suelo siempre se produce por una pérdida de bases en el mismo, lo que lleva aparejada una disminución del pH, si bien ésta no es proporcional a la variación del primer parámetro. La pérdida de bases puede producirse por varias circunstancias, unas naturales y otras inducidas por la mala utilización del suelo.

El equilibrio básico del suelo se funda en cuatro pilares, las ganancias proceden de la alteración mineral fundamentalmente, ayudada por la mineralización de la materia orgánica. Las pérdidas se producen por lavado y por absorción catiónica de las plantas.

En un suelo maduro, existe un equilibrio entre los cuatro factores citados si bien existen modificaciones a lo largo del año, debidas a la discordancia temporal entre los procesos de ganancia y los de pérdida. Por ello las comparaciones, entre los valores utilizados para la evaluación, deben realizarse en determinaciones realizadas en la misma época y preferentemente realizando varias determinaciones a lo largo del año.

La principal forma de actuación sobre estos parámetros es la extracción excesiva de bases por el incremento en la producción de material vegetal que se induce con el cultivo. Simultáneamente se produce un incremento en las ganancias por el abonado del suelo, pero la aplicación de sustancias solubles dificulta la adsorción por parte del suelo. Otro efecto negativo es la aplicación de abonos acidificantes que elevan la concentrción de hidrogeniones en la solución y favorecen la liberación de bases por parte del complejo de cambio.

Este sistema presenta numerosos defectos, el principal de ellos es la variación de la capacidad de intercambio catiónico que se produce por la pérdida de materia orgánica y de arcilla, por erosión laminar. Una bajada de la CIC lleva consigo un incremento del grado de saturación, lo cual modifica los valores utilizados en la evaluación. De este modo la degradación física y química actúan infravalorando el deterioro físico-químico. Esto nos lleva a abundar, una vez más, que los fenómenos naturales nos son susceptibles de analizarse por partes sino como un todo, aunque sea necesario dividir la actuaciones en aras de efectuar los análisis pertinentes. Hemos de volver a insistir en la necesidad de observar con detalle y valorar los datos analíticos en su justa medida.

 

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Actualizada 7/11/04