6.3 Conditions for Dynamic Consistency
6.3.1 Framework
Gaia es una entidad compleja que implica a la biosfera, atmósfera, océanos y tierra; constituyendo en su totalidad un sistema cibernético o retroalimentado que busca un entorno físico y químico óptimo para la vida en el planeta. James Lovelock
INTRODUCCIÓN
Fred Magdoff define un suelo sano de buena calidad como aquel en el que se pueden obtener cultivos, sanos y de alto rendimiento, con un mínimo de impactos negativos sobre el medio ambiente. Es un suelo que también brinda propiedades estables al crecimiento y salud de los cultivos haciendo frente a condiciones variables de origen humano y natural (principalmente las relacionadas con el clima).
Los factores que determinan la calidad del suelo son esencialmente “atributos emergentes” del sistema, son propiedades que influyen sobre el crecimiento y productividad de los cultivos. Muchas de esas propiedades son aspectos diferentes a la fertilidad como por ejemplo el encostramiento, el sellamiento de la capa superficial del suelo, la salinidad o la acidificación extrema.
Muchas de las propiedades de los suelos utilizados para agricultura son heredadas del estado natural. Algunas como la textura , la profundidad de capas cementadas o hard pan , la salinización, procesos de erosión acelerada, se pueden modificar a costos de tal envergadura que se hace imposible, en la mayoría de los casos.
Sin embargo, casi todas las propiedades del suelo son influidas hasta cierto grado por la forma en cómo éste se maneja y de la elección de los futuros cultivos.
Tabla 6. Índices de calidad del suelo
Lección 11. Fertilidad
Se considera que un suelo es fértil, cuando sus características químicas y físicas permiten obtener un buen rendimiento de cultivo y una excelente calidad de producto.
Sin embargo, como ya hemos visto en las lecciones anteriores, las características físicas, químicas y biológicas de un suelo depende de muchos otros factores y condicionantes como el material parental, clima, cobertura vegetal, microorganismos del suelo y manejo.
11.1 Carbono, MOS y Nitrógeno
La fertilidad natural del suelo está asociada al nivel de Carbono orgánico que a su vez se asocia al contenido de MOS y a la dinámica de mineralización. Estos dos ciclos condicionan la disponibilidad de todos los elementos necesarios para el crecimiento de las plantas.
El contenido de C en el suelo decrece con el tiempo dependiendo del tipo de manejo. Solo en ecosistemas de bosque natural los contenidos de C y MOS se mantienen constantes gracias al ciclaje de la materia orgánica.
La figura 40 muestra la forma en que decrece el COS en el tiempo de acuerdo a diferentes tipos de manejo.
Figura 41. Cambios en los contenidos de COS en el tiempo bajo diferentes tipos de manejo. Fuente: Acevedo, E. (2003).
Mientras que los contenidos de C y MOS disminuyen al haber un menor aporte de residuos sobre los campos de cultivo ya que la mayor cantidad de biomasa se exporta en forma de cosecha, la rata de mineralización de materia orgánica continúa de forma constante porque depende sobre todo del clima. Si la microbiota
del suelo sigue trabajando a un ritmo más o menos constante, la reserva de MOS del suelo disminuye con el tiempo pues la rata de mineralización es mayor que la rata de acumulación.
La pérdida de N es descrita matemáticamente según Salter y Green, 1933 (citados por Stevenson,1982) como:
N = No Kto ∂ N = -rN
∂ t donde:
No = contenido inicial de N.
K = fracción de N remanente después de un simple año de cultivo. r = tasa anual de pérdida de N.
t = tiempo
La disppnibilidad de N tambien varìa de acuerdo con el tipo de labranza. El N-NO3
incrementa su disponibilidad bajo sistemas de labranza tradicional y disminuye en condiciones de labranza cero en donde al quedar los residuos de cosecha en superficie tardan mas tiempo en descomponerse y mineralizarse.
Figura 42. Variación del contenido de N-NO3 del suelo a través del tiempo bajo diferentes tipos de labranza (Acevedo, 2003).
LT : Labranza tradicional CL: Cero labranza
Figura 43. Disminución del N disponible respecto al tiempo en suelos cultivados (Acevedo, 2003).
11.2 C.I.C
La C.I.C se incrementa en la medida en que el contenido de MOS es mayor y el pH se encuentra en valores ligeramente ácidos o tendientes a la neutralidad.
El humus presenta cargas eléctricas capaces de atraer iones al igual que las arcillas. Posee también capacidad amortiguadora de pH. Del 20 al 70% de la CIC de muchos suelos (por ej. Molisoles) es causada por sustancias húmicas coloidales.
En suelos muy ácidos, la relación es inversa y la CIC tiende a decrecer en la medida que hay mayor cantidad de MO. Esto puede deberse a una baja rata de mineralización, posiblemente influida por condiciones anegadas.
Figura 44. Relación entre MOS y C.I.C efectiva a tres niveles de pH en suelo del Serrado, Brasil. Tomado de López, 1983 por Burbano, 1989.
La C.I.C determina la capacidad de un suelo para adsorber y ceder nutrientes de y hacia la solución del suelo, por lo tanto se considera que un suelo fértil debe poseer valores cercanos y superiores a 20 meq/100 gr de suelo.
11.3 Disponibilidad de Fósforo
El fósforo del suelo es en parte de origen orgánico. Se asume que entre un 15 y hasta un 80% del P se encuentra en forma orgánica. Se considera que es un recurso NO renovable ya que los yacimientos minerales son limitados y los más grandes se encuentran en el lecho marino producto del guano de aves y peces por lo que resulta difícil de aprovechar.
El contenido total de P del suelo depende de:
Heterogeneidad de las rocas parentales, desarrollo de los suelos.
Textura : Las texturas más finas proveen un mayor el contenido de P Profundidad
La tabla 7 muestra como los suelos del Orden Molisol, con alto contenido de MOS presenta las mejores características de pH y P total mientras que los oxisoles con pH fuertemente ácido y bajos contenidos de MOS presenta el menor contenido de P total.
Tabla 7. Distribución de las fracciones de fósforo total (ppm) en la capa arable de algunos suelos venezolanos con relación a su grado de meteorización. Sánchez,1981.
Serie Orden CIC (meq/ 100g)
pH Total orgánica Ca-P Al- P P-Fe
Chispa Maracay Paya Guataparo Molisol Entisol Alfisol Oxisol 100 127 50 18 6.9 5.9 5.0 4.8 692 298 144 59 235 79 85 11 70 88 3 0 33 20 14 2 43 33 19 17 El fosforo orgánico se encuentra en forma iónica como H2PO4- y al mineralizarse
repone el P a la solución del suelo. El fosforo inorgánico se encuentra como ortofosfatos HPO4-- y es fuente de alimento para los microorganismos.
El fósforo inorgánico se encuentra en forma de Fosfatos de Ca, Fe y Al, insolubles. En suelos poco evolucionados predominan los fosfatos de calcio un poco más solubles, mientras que en suelos muy evolucionados el fósforo se encuentra unido al hierro y al aluminio.
El fosforo del suelo es poco móvil. Gran parte queda adsorbido a las partículas de limo, arcilla y materiales amorfos como la alófana de suelos volcánicos. Otro porcentaje queda ocluido (inmóvil) rodeado de un revestimiento inerte de otro material que evita la reacción de los fosfatos de Fe y Al con la solución del suelo. El fosforo fijado y ocluido no es disponible para las plantas.
Se estima que solo un 30% o menos del fósforo total es disponible para las plantas y de igual forma solo el 30% del fósforo contenido en los fertilizantes fosfatados es aprovechado por las plantas, el restante es fijado por los coloides del suelo.
Esto implica que todas las prácticas que conduzcan a mantener el horizonte orgánico del suelo, a proveer un suministro adecuado de materia orgánica y a mantener la biota del suelo activa, son las mejores estrategias para mantener un suministro de P disponible en la solución del suelo.
11.4 Bases cambiables y elementos menores
El contenido de microelementos en el suelo, depende de la constitución de las rocas y las variaciones en las cantidades totales son mucho mayores que para los Macroelementos, pudiendo variar en órdenes entre 1 y 1000 y frecuentemente entre 1 y 100 ppm dependiendo del origen del suelo y de los procesos y factores de formación.
En general los suelos de fracciones finas (arcilla y limo) son más ricos en microelementos que suelos de fracciones gruesas (arena).
Sin embargo, los microorganismos del suelo, sus exudados y los exudados de las raíces juegan un papel fundamental en la disolución de esas rocas que hace posible que los cationes pasen a la solución del suelo.
De otra parte, la materia orgánica es la encargada de quelatar los iones metálicos y hacerlos disponibles para las plantas, pero solo hasta cierto punto. Suelos con mayores contenidos de materia orgánica presentan mayores contenidos de microelementos hasta niveles de 5 a 7% de MO. Luego, disminuye debido a que la densidad aparente del suelo disminuye en comparación con un suelo mineral y por tanto el contenido será menor con relación al volumen total de suelo.
Los aportes de microelementos como fertilizantes y la extracción por parte de los cultivos son menos influyentes que el aporte de la roca madre en el contenido total de microelementos en el suelo.
Durante los procesos de formación de las rocas, las moléculas de los minerales se reorganizan y dan origen a diferentes tipos de minerales secundarios.
Figura 45. Formación de minerales secundarios y sus componentes
Autor: S. Gómez, 2007
La tabla 8 muestra los diferentes tipos de material parental y los elementos que aportan en mayor cantidad.
Tabla 8. Fuentes de elementos secundarios y menores
Elemento Compuesto Minerales
Potasio Mayor contenido en rocas ígneas
K+
°Cenizas , °Feldespatos : ortoclasa °Micas: biotita, muscovita , °Silicatos °Arcillas: Ilita, Vermiculita
Calcio Rocas calizas: 30-40% Materiales aluviales: 2a 7 % Ca++
°Feldespatos: Plagioclasa °Piroxenos: Augita
°Anfiboles , °Micas: Biotita °Carbonatos , °Sulfatos: Yeso °Fosfatos: Apatitas
Magnesio Rocas sedimentarias Mg++
°Dolomita , °Magnesita
°Silicatos menor resistencia a meteorización : Piroxenos , Olivino, Anfiboles ,
Arcillas: Vermiculita, Ilita °Sulfatos , °Carbonatos Boro
Boratos hidratados Boro silicatos Materia orgánica
Rocas ígneas, Sedimentos marinos, rocas sedimentarias:
Bórax , Turmalina Micas Cobre
(Es excluido de los compuestos silicatados) Sulfuros simples Sulfuros complejos Oxidos Carbonatos Calcocita Cu2S Calcopirita CuFeS Cuprita Cu2O Malaquita Hierro Oxidos Sulfuros, Sulfatos Carbonatos Materia orgánica Hematita Fe2O3 Pirita Fe2S Siderita FeCO3 Jarosita
Manganeso Oxidos simples Oxidos complejos Carbonatos Silicatos Manganita MnO.OH Braunita Rodocrosita MnCO3 Rhodonita MnSiO3 Molibdeno Sulfuros
Molibdatos Molibdenita MoSPowelita Ca. MoO4
Zinc Sulfuros Carbonatos Silicatos Materia orgánica Esfalerita ZnS ZnCO3 Willemita Zn2SiO4
Las deficiencias de estos nutrientes en la solución del suelo provoca desbalances nutricionales en las plantas los cuales la mayoría de las veces se corrigen mediante la aplicación de fertilizantes. No obstante, antes de aplicar cualquier enmienda o abono es necesario detectar cual es la causa de la indisponibilidad de cada nutriente.
Muchas veces, mediante prácticas culturales como drenaje, aplicación de riego, activación de la microbiota del suelo o aporte de materia orgánica es posible mejorar la disponibilidad de éstos elementos.
Tabla 9. Causas de No disponibilidad de elementos en la solución del suelo
Elemento Causa
K Suelos pobres, drenaje excesivo ,sequía, suelos orgánicos, arcillas. Ca y Mg Suelos ácidos,intemperizados,cenizas,
drenados de regiones húmedas,orgánicos.
B Lixiviación, pH ácido, contenido bajo de MO , exceso de Ca, contenido de arcillas
Mo Lixiviación, pH ácido, cenizas, bajo contenido de P
Fe, Cu, Zn y Mn Suelos pobres, secos, pH básico, acción complejante de alofana sobre la MO en suelos derivados de cenizas, bajas T° (absorción por actividad metabólica).
La fertilidad del suelo no solo se ve afectada por la deficiencia de elementos sino también por exceso de metales que pueden ser tóxicos para las plantas.
El Fe y Mn resultan tóxicos por su alta disponibilidad en suelos ácidos bajo condiciones inundadas
El Cu y Zn resultan tóxicos a pH ácido por acomplejamiento con ácidos Fúlvicos y húmicos que los hacen muy solubles y disponibles para las plantas. El B resulta tóxico a pH fuertemente ácido y el Mo a pH básico.
11.5 Manejo de Suelo y disponibilidad de nutrientes
El manejo del suelo y el aporte de materia orgánica son decisivos en los procesos de pérdidas y ganancias de éstos elementos.
Golley et al (1978), reportaron en estudios realizados en suelos de Santa Fe de Panamá, con 1900mm de lluvia anual durante 220 días, que hay aportes importantes de K,Ca,Mg,Na,Fe,Cu,Zn,Mn,P por lavado de hojas y troncos de la vegetación. Ellos compararon el total de estos elementos en un Campo abierto y en un ecosistema de bosque. Los resultados fueron los siguientes:
Campo libre: 114.6 Kg/Ha/año Bosque: 688.4 Kg/Ha/año
543.5 Kg Restos Vegetales
30.3 Kg por lavado de hojas y troncos Pérdidas por escorrentía 265 kg/ Há/año Pérdidas por erosión 138 Kg/ Há /año
Suarez de Castro & Rodriguez (1962), en suelos de Chinchiná- Colombia, con 2700mm de lluvia anual, reportaron los siguientes datos de pérdidas de nutrientes en sus investigaciones acerca de pérdida de fertilidad por procesos erosivos:
Suelos desnudos: Se pierden 235 Kg K, 983 kg Ca, 268 Kg Mg por
Cobertura Añil: Se pierden 101 kg K, 714 Kg Ca, 178 Kg Mg por Hectárea / año
Café en terrazas y coberturas nobles: Se pierden 1.1 Kg K, 2 Kg Ca, 2,1 Kg
Mg Hectárea / año
Los procesos de tala y quema también causan profundas modificaciones en el ciclaje de estos elementos.
En la dinámica de K, Ca, Mg, la Materia orgánica viva (cobertura), muerta y el Humus, tienen un papel fundamental en los procesos de pérdidas.
Inicialmente, después de la quema, los contenidos de éstos elementos se incrementan, pero por efectos de lavado y erosión, las perdidas llegan a la mitad y hasta a la cuarta parte de esos contenidos después de un año.
Suarez de Castro et al , encontraron que en suelos de Chinchiná- Colombia, con 2700mm de lluvia anual y pendientes entre el 3 y 10 %, después de la quema de la vegetación natural, hubo un aumento en los contenidos así:
Ca: 1.52 a 1.82 meq/100 gramos Mg: 0.6 a 0.8 meq/100 gramos
K: 0.19 a 0.55 meq/100 gramos
Un año después la disminución de los contenidos llegó a la mitad para Ca y Mg y hasta la cuarta parte para K.
Estos datos demuestran la importancia de mantener una cobertura permanente sobre el suelo que evite el arrastre de sedimentos por efecto de la escorrentía y el viento. Toda practica que lleve a mantener un suelo desnudo, irá en detrimento de su fertilidad natural.
El encalado es otra práctica agrícola de uso frecuente. Se utiliza para balancear los contenidos de Ca++ y Mg++ y para neutralizar el Al++ cuando éste se encuentra en cantidades superiores a 1,5meq/100 gr.
En cualquiera de los casos, el aporte de cales lleva a un incremento en el valor del pH. Cuando la adición de estas enmiendas se hace de forma indiscriminada, puede traer consecuencias negativas tales como:
Aumento en la fijación de Fósforo y Molibdeno. El Ca y el P se unen
formando fosfato de Calcio que precipita.
Disminución actividad microbiana y por ende una menor mineralización Toxicidad de Hierro , Aluminio, Manganeso que quedan disponibles al
aumentar el pH
Los microorganismos juegan un papel fundamental en la solubilización de minerales que de otra manera no cederían los iones a la solución del suelo. Por lo tanto todas las prácticas que llevan a mantener una microbiota activa, conducen a una mayor disponibilidad de elementos secundarios y menores.
La tabla 10 incluye los microorganismos que intervienen en la solubilización de minerales.
Tabla 10. Microorganismos solubilizadores de minerales
Microorganismos Compuestos
Penicillium
Aspergillus niger
Fosfatos
Thiobasillus Transformadores de azufre
Ferrobacillus Transformadores de hierro
Aspergillus,Botrytis,
Cephalosporium,Fusarium, Mucor,Trichoderma, Penicilliun
Degradación de Biotita,Muscovita, Vermiculita y Olivino
El mantener un suelo sano, con buen contenido de MOS y una microbiota sana, diversa y activa, se ve reflejado en una mayor solubilidad y disponibilidad de nutrientes minerales, en una mayor productividad y en una mayor probabilidad de mantener la sostenibilidad del agroecosistema.
Lección 12: Degradación química del Suelo: Salinización
Se considera que un suelo es salino cuando contienen suficiente cantidad de sales como para afectar el crecimiento de las plantas. Una Conductividad eléctrica (C.E) mayor de 2 dSm/m en extracto de saturación, indica problemas de salinidad.
Existen dos tipos de sales, las sales solubles y las no solubles.
Las sales solubles: corresponden a cloruros de Na, Ca y Mg. Los Nitratos – NO3 rara vez se acumulan.
Se disocian 100%, son 100% solubles y provocan un incremento en la C.E del suelo, non provocan cambios de pH.
Las sales no solubles: como los sulfatos, fosfatos, carbonatos y bicarbonatos, no disocian. Por el contrario es necesario que se produzca una reacción de hidrólisis que libere al ion metálico. Al ocurrir la hidrólisis, se liberan iones – H y –OH y provocan entonces cambios en el pH del suelo.
Los suelos sulfatados ácidos presentan ambas condiciones, valores muy bajos de pH del orden de 2 - 3 y valores muy altos de C.E.
Las plantas que crecen en suelos salinos no pueden tomar K y Ca de la solución del suelo por que dejan ingresar Na y Cl tratando de balancear la presión osmótica. El Na entra en lugar de K y el Cl en lugar de P2O5.
Los microorganismos reducen su actividad, se reduce la fijación simbiótica de N y hay pérdida de NO3 por lavado.
12.1 Factores formadores de suelos salinos
Los factores más influyentes en la formación de suelos salinos son la temperatura, el relieve, el material parental y el factor tiempo.
Temperatura y Precipitación: La evaporación sucede cuando la alta radiación agota el agua del aire y por lo tanto merma la energía del agua atmosférica. Al haber un gradiente de energía entre los sistemas suelo- atmosfera, el suelo sede la humedad a la atmosfera. A su vez, el agua profunda del suelo junto con iones disueltos sube a la superficie por capilaridad. Al llegar a la
superficie es evaporada y las sales quedan en la superficie en forma de costra. En los desiertos, debido a la baja precipitación, no hay agua que pueda lavar las sales que se forman por el proceso normal de meteorización de las rocas.
Los suelos salinos son por lo general de colores claros, duros, no hidratados, con valores altos de densidad aparente.
En climas húmedos, hay una menos probabilidad de que un suelo se vuelva salino debido a la lixiviación de los iones por el agua lluvia.
La descomposición de los minerales en el suelo depende de su solubilidad y la cantidad de sales solubilizadas depende de la cantidad de CO2 presente en la
atmosfera del suelo. El CO2 se acumula en la zona de raíces y forma Carbonatos
y bicarbonatos. Cuando predominan los bicarbonatos los suelos tienden a ser sódicos.
Relieve: En suelos pendientes no se originan suelos salinos debido a que hay escorrentía en superficie que lava las sales. El agua se acumula en las zonas en donde hay cambios de inclinación del relieve, por lo tanto, los suelos salinos se forman en terrenos planos y cóncavos de valles.
Material parental: Las rocas ígneas básicas como los minerales ferromagnesianos dan origen a suelos salinos, mientras que las rocas ígneas ácidas como los cuarzos, no contienen sales y por lo tanto los suelos derivados de ellas no tendrán tendencia a la salinización natural. Por ejemplo, las rocas del escudo terrestre de las Guayanas y los suelos diamantíferos, son cuarciticas y nunca darán origen a suelos salinos.
Tiempo: El suelo no es estático. Por el contrario, es un sistema en permanente evolución. Sin embargo, dependiendo del relieve, de la zona y de la edad, la dinámica de formación puede ser más o menos rápida.
Los suelos de la zona Andina son muy variables. En ellos se dan cambios en