Acidez del suelo
Acidez del suelo, también reacción del medio de la solución del suelo, o reacción del suelo, — propiedad del suelo condicionada por la presencia de iones de hidrógeno en la solución del suelo y de iones de hidrógeno intercambiables e iones de aluminio, hierro(III), manganeso en el complejo absorbente del suelo (CAS).
Determinación
Reacción del medio de la solución del suelo — relación entre la concentración de iones de hidrógeno H+ y de iones hidróxido OH- de la solución del suelo, expresada como indicador de iones de hidrógeno (pH) de un extracto acuoso o salino. El pH se determina mediante la ecuación:
donde
- CH^+
- — concentración de iones de hidrógeno en la solución, mol/dm3.
En agua pura, la concentración de iones de hidrógeno coincide con la concentración de iones hidróxido y es igual a 1⋅10-7 mol/L, es decir, pH = 7.
La solución del suelo contiene dióxido de carbono disuelto en agua (llamado erróneamente «ácido carbónico»), que se disocia en iones de hidrógeno H+ e iones bicarbonato HCO32-:
La acidez creada en este caso es neutralizada por las bases absorbidas por el suelo y por los carbonatos de calcio y magnesio:
Los iones de hidrógeno formados como resultado de esta reacción ejercen una acción acidificante sobre la solución del suelo.
Cuando en el complejo absorbente del suelo hay sodio, en la solución se forman bicarbonato y carbonato de sodio:
Además del dióxido de carbono, el suelo puede contener ácidos orgánicos formados como resultado de la actividad vital de la biota del suelo y de las plantas.
Además del dióxido de carbono disuelto y de los ácidos orgánicos, la solución del suelo puede ser acidificada por sales de aluminio, hierro(III) y manganeso.
Importancia
La reacción del medio de la solución del suelo influye en el régimen nutritivo de los suelos, la actividad de los microorganismos del suelo, la transformación de los elementos nutritivos de los fertilizantes y del suelo, y en las propiedades agrofísicas, agroquímicas, fisicoquímicas y biológicas de los suelos. La acidez excesiva suprime la actividad de la microflora beneficiosa del suelo (amonificantes, nitrificantes, azotobacter, etc.) y favorece el desarrollo de bacterias y hongos patógenos. La reacción ácida del medio afecta negativamente el crecimiento y desarrollo de las plantas. Una alta concentración de iones de hidrógeno empeora el estado fisicoquímico del protoplasma de las células del sistema radicular, impide su crecimiento, altera la permeabilidad de las membranas radiculares y el metabolismo en las raíces, empeorando así las condiciones de nutrición de la planta.
De forma indirecta, la reacción del medio del suelo influye en la fertilidad: la acidez elevada conduce a un aumento de la movilidad de los compuestos húmicos y a su lavado fuera de la capa arable; la acción de los iones de hidrógeno H+ sobre la parte mineral del suelo conduce a su empobrecimiento en partículas coloidales. La acidificación del suelo provoca una deficiencia de calcio y magnesio intercambiables, lo que deteriora bruscamente la estructura, la capacidad de absorción y la capacidad amortiguadora. El medio ácido aumenta la concentración de aluminio y manganeso tóxicos para las plantas y reduce la movilidad de algunos elementos, por ejemplo, el molibdeno, creando alteraciones en el régimen nutritivo de los suelos. La acidez elevada deprime la biota del suelo, ante todo las bacterias nitrificantes y fijadoras de nitrógeno, las lombrices de tierra, los ácaros y los colémbolos. En general, la actividad biológica de los suelos ácidos es sustancialmente menor que la de los neutros.
Los suelos con acidez excesiva se caracterizan por:
- bajo contenido de formas móviles de nitrógeno, fósforo, potasio y microelementos;
- propiedades agroquímicas y agrofísicas desfavorables;
- contenido elevado de formas móviles de aluminio y manganeso;
- baja actividad biológica;
- influencia negativa de la alta concentración de iones de hidrógeno H+ sobre el estado fisicoquímico del protoplasma, el crecimiento del sistema radicular y el metabolismo de las plantas;
- desarrollo de microflora patógena, por ejemplo, hongos de Penicillium, Fusarium, Trichoderma;
- movilización de metales pesados.
La aplicación sistemática de fertilizantes fisiológicamente ácidos, por ejemplo, nitrato de amonio, deteriora las propiedades agroquímicas del suelo, lo que reduce el rendimiento de los cultivos.
Tabla. Influencia de las propiedades agroquímicas del suelo sobre el rendimiento de cebada (después de 18 años de aplicación de nitrato de amonio).
| Rendimiento, q/ha | Suma de bases absorbidas, mmol por 100 g de suelo | Acidez intercambiable, mmol por 100 g de suelo | Acidez hidrolítica, mmol por 100 g de suelo | Grado de saturación de bases, % |
|---|---|---|---|---|
| 25-30 | 12-15 | 0,5 | 3,5 | 86-90 |
| 20-25 | 8-15 | 1 | 3-4 | 60-90 |
| 15-20 | 6-13 | 1,5-2,0 | 3-8 | 50-60 |
| 10-15 | 4-5 | 2,0 | 7-8 | 50 |
| 5-10 | 4-5 | 2,5 | 7-8 | 50 |
| 5 | 4-5 | 3,0 | 9-10 | 40-50 |
| Coeficiente de correlación | +0,81 | -0,89 | -0,65 | +0,85 |
Tipos de acidez del suelo
La acidez del suelo se distingue en actual y potencial (intercambiable e hidrolítica).
Acidez actual
La acidez actual de la solución del suelo está condicionada por la presencia de iones de hidrógeno e iones bicarbonato, así como por ácidos orgánicos solubles y sales hidrolíticamente ácidas. La acidez actual de los suelos también está influida por el ácido nítrico formado en el proceso de actividad vital de las bacterias nitrificantes y por los fertilizantes fisiológicamente ácidos, por ejemplo, NH4Cl, (NH4)2SO4.
Se determina como el pH de la solución del suelo o del extracto acuoso del suelo.
Acidez potencial
La acidez potencial está condicionada por los iones de hidrógeno, aluminio, hierro(III) y manganeso absorbidos por intercambio por el complejo absorbente del suelo (CAS). Según la capacidad de estos iones de ser desplazados por intercambio por otros iones, la acidez potencial se subdivide en intercambiable e hidrolítica.
Acidez intercambiable
La acidez intercambiable está condicionada por la presencia en el CAS de iones de hidrógeno, aluminio, hierro y manganeso, que pueden ser desplazados por cationes de sales neutras, incluso de fertilizantes, por ejemplo, KCl, KNO3, K2SO4:
En los suelos débilmente ácidos, la acidez intercambiable es insignificante; en los alcalinos, está ausente. La acidez intercambiable de los suelos ácidos pasa a actual al interactuar la fase sólida del suelo con fertilizantes hidrosolubles, enmiendas y sales disueltas en la solución del suelo.
La magnitud de la acidez intercambiable sirve como indicador de la necesidad de encalado de los suelos. La magnitud de la acidez intercambiable se expresa en pH del extracto salino (pHsal), es decir, de una suspensión de suelo en solución 1 N de KCl, o en miligramos-equivalentes por 100 g de suelo. Al tratar el suelo con una solución de sal neutra (KCl), en la suspensión del suelo, junto con la acidez actual existente, aparecen cationes desplazados del CAS, que causan la acidez intercambiable; por eso, la magnitud de la acidez intercambiable siempre es mayor que la de la actual.
Acidez hidrolítica
La acidez hidrolítica está condicionada por parte de los cationes del CAS de acidez potencial, que pueden ser desplazados al tratar el suelo con solución 1 N de una sal alcalina, por ejemplo, acetato de sodio CH3COONa:
La reacción alcalina de la solución acuosa de esta sal permite desplazar del CAS de manera más completa que el KCl neutro los iones de hidrógeno, aluminio, hierro y manganeso:
La acidez hidrolítica (Hg) se define como la acidez que incluye la actual, la intercambiable y la hidrolítica. Es mayor que la intercambiable y se expresa en miligramos-equivalentes por 100 g de suelo.
En ausencia de acidez actual e intercambiable, la acidez hidrolítica no es perjudicial para las plantas y los microorganismos. Esto se observa en todos los chernozems, excepto los meridionales.
La acidez hidrolítica tiene importancia para determinar el grado de saturación de los suelos con bases (G) y para justificar la sustitución de superfosfatos por harina de fosforita (fosforitización). Para los suelos ácidos, como los pantanosos, podzólicos y sod-podzólicos, los grises forestales, los suelos rojos y amarillos, la magnitud de la acidez hidrolítica permite determinar la dosis óptima de aplicación de cal.
Clasificación de los suelos por la reacción del medio
La superficie total de tierras arables de los países de la CEI con acidez elevada es de aproximadamente 40-45 millones de ha, de las cuales necesitan encalado más de 55-60 millones de ha. Ante todo, a ellas pertenecen los suelos sod-podzólicos, los grises claros y grises forestales, los pantanosos y los suelos rojos.
La reacción de las soluciones del suelo puede oscilar desde pH = 2,5-3,5, característica de las turberas esfagnosas y los mantillos forestales de bosques esfagnosos, hasta pH = 9-11 en los solonetz.
Por la reacción del medio (pH), los suelos se dividen en:
- muy fuertemente ácidos — < 4,0 (pHsal),
- fuertemente ácidos — 4,1-4,5,
- medianamente ácidos — 4,6-5,0,
- débilmente ácidos — 5,1-6,0,
- neutros — 6,1-7,4,
- débilmente alcalinos — 7,5-8,5 (pHagua),
- fuertemente alcalinos — 8,6-10,0,
- marcadamente alcalinos — > 10,0.
Propiedades
La reacción de la solución del suelo de distintos suelos depende de la composición de los cationes absorbidos y del contenido de carbonatos. Si en el complejo absorbente hay un alto contenido de sodio (solonetz, solonchaks), la reacción de la solución del suelo está determinada por la presencia de carbonatos de sodio. En estos suelos alcanza 8-8,5. Cuando en el complejo absorbente predominan los cationes de calcio o los carbonatos de calcio y magnesio (suelos carbonatados, muchos chernozems), la reacción está determinada principalmente por el bicarbonato de calcio; el pH de tales suelos es 7-8. Si en el suelo, además de calcio y magnesio, hay aluminio e hidrógeno (chernozems lixiviados y degradados, suelos sod-podzólicos), la reacción de la solución del suelo está determinada por la presencia simultánea de iones de hidrógeno y bicarbonato de calcio, así como de ácidos orgánicos solubles y sus sales. Cuanto menor es la concentración de calcio y mayor la de hidrógeno, más se desplazará la reacción del medio hacia el lado ácido.
Acidez óptima del suelo
Para la mayoría de los cultivos agrícolas son favorables los suelos con reacción neutra o cercana a la neutra. El intervalo de pH 6,0-7,0 corresponde a la estructura del suelo más favorable agronómicamente, a una alta calidad del humus, a un régimen hídrico óptimo y a condiciones óptimas para la actividad vital de la biota del suelo.
Grupos de cultivos según su relación con la acidez del suelo y el encalado
Para algunos cultivos, la reacción óptima puede desplazarse hacia el lado más ácido o encontrarse en un amplio intervalo de pH. Todas las plantas durante las primeras 2-3 semanas desde la germinación son sensibles a una reacción desfavorable del medio. Por ejemplo, alfalfa, remolacha azucarera y algodón no toleran los suelos ácidos; otras, por el contrario, prefieren una reacción débilmente ácida: lupino, patata, trigo sarraceno, lino.
Según su relación con la acidez del suelo y su respuesta a la aplicación de cal, los cultivos agrícolas se dividen convencionalmente en cinco grupos.
- Los cultivos del primer grupo se caracterizan por la mayor sensibilidad a la reacción del medio; el medio óptimo es débilmente alcalino con pHagua = 7,0-8,0; pHKCl = 6,8-7,5. A ellos pertenecen: remolacha azucarera, forrajera y de mesa, col blanca, mostaza, alfalfa, esparceta, colza, cebolla, ajo, apio, espinaca, pimiento, chirivía, soja, cáñamo, grosella, algodón. Estos cultivos en suelos muy ácidos reducen el rendimiento 2-3 veces; las plantas se ven fuertemente afectadas por enfermedades. Los suelos destinados al cultivo de cultivos del primer grupo están sujetos a encalado en primer lugar.
- Los cultivos del segundo grupo se caracterizan por una reacción óptima del suelo cercana a la neutra, con un valor óptimo de pHKCl = 6,0-6,5. La disminución de la acidez hasta pH 4,5 conduce a una reducción del rendimiento de los cultivos de este grupo en 1,5-2 veces y aumenta la incidencia de enfermedades. A los cultivos del segundo grupo pertenecen: trigo, cebada, maíz, trébol, guisante, veza, judía, garbanzo, almorta, lenteja, coliflor y col forrajera, colirrábano, nabo, colinabo, lechuga, puerro, pepino, bromo, cola de zorra. Responden bien al encalado.
- Los cultivos del tercer grupo toleran suelos moderadamente ácidos y alcalinos; no tienen un valor óptimo pronunciado de reacción del medio. Su crecimiento está influido por factores concomitantes. Con un régimen nutritivo favorable pueden dar buenas cosechas en el intervalo de pHKCl de 5 a 7,5. Se considera óptimo un medio débilmente ácido con pH 5,5-6,0. Las plantas del tercer grupo reaccionan positivamente al encalado de suelos fuerte y medianamente ácidos. A los cultivos del tercer grupo pertenecen el centeno de invierno, avena, trigo sarraceno, tomate, girasol, zanahoria, calabaza, calabacín, perejil, rábano, nabo, ruibarbo, tupinambo, timotea.
- Los cultivos del cuarto grupo incluyen cultivos que toleran bien una reacción moderadamente ácida del suelo; valor óptimo pHKCl = 5,1-5,6. Para el lino, los valores óptimos se encuentran en el intervalo pH 5,5-6,0; para la patata y los cultivos de bayas — pH 4,5-6,5. Estos cultivos responden positivamente al encalado manteniendo una relación óptima entre calcio, potasio, magnesio, boro y otros nutrientes. El exceso de calcio provoca una disminución del rendimiento y de la calidad de la producción; en la patata aumenta la incidencia de sarna, en el lino — de bacteriosis. La neutralización del exceso de acidez reduce la disponibilidad de boro, cobre y zinc para estos cultivos, y el exceso de calcio dificulta la entrada de potasio y magnesio. El encalado bajo cultivos del cuarto grupo es eficaz con una reacción fuertemente ácida del medio. A los cultivos de este grupo pertenecen la patata, el lino de fibra, mijo, sorgo, frambuesa, fresa y grosella espinosa.
- Los cultivos del quinto grupo se caracterizan por un valor óptimo de reacción del suelo con pHKCl = 4,5-4,8. Son poco sensibles a la acidez excesiva; el encalado se realiza solo en suelos muy fuertemente ácidos con pHKCl < 4,0, ya que el calcio puede influir negativamente en el crecimiento de estos cultivos, especialmente durante la germinación y en las fases iniciales de crecimiento. A los cultivos del quinto grupo pertenecen: acedera, té, café, cacao, lupino amarillo y azul, galega, serradela.
Para la mayoría de los cultivos agrícolas durante la germinación y en las fases iniciales de crecimiento se requiere un medio cercano al neutro — pHKCl 5,8-6,2 o pHagua — 6,4-7,0.
Los valores óptimos de pH para el crecimiento y desarrollo de un mismo cultivo pueden diferir según el tipo de suelo. En suelos con alto contenido de materia orgánica y composición granulométrica ligera, el intervalo óptimo de pH se desplaza hacia el lado ácido.
El óptimo fisiológico (biológico) de la reacción del medio para las plantas puede diferir del óptimo ecológico (tecnológico), que está relacionado con la movilidad de los elementos nutritivos y las condiciones de desarrollo de las enfermedades. Por ejemplo, para las plantas de patata y lino, si el suelo no está infectado con enfermedades, el óptimo biológico es pHKCl 6,0-6,2; sin embargo, en condiciones de afectación por enfermedades (la patata con reacción neutra y débilmente alcalina se ve afectada por sarna, causada por actinomicetos; el lino — por fusariosis), en condiciones de campo el rendimiento y la calidad de estos cultivos son mayores con pHKCl 5,2-5,6, es decir, en el óptimo ecológico. La discrepancia entre el óptimo biológico y el ecológico de la reacción del medio para muchos cultivos agrícolas se debe al cambio en la disponibilidad de nutrientes cuando cambia el pH del suelo.
Niveles óptimos de acidez en las rotaciones de cultivos
Debe tenerse en cuenta el cambio en la disponibilidad de macro- y microelementos durante el encalado. El encalado del suelo con pH superior a 6,6 es ineficaz, ya que aumentan la extracción y el lavado de calcio del suelo y disminuye la movilidad de los microelementos, excepto el molibdeno. Los fertilizantes calcáreos tienen acción prolongada, por lo que se tiene en cuenta la relación con ellos de todos (o los principales) cultivos de la rotación, es decir, la especialización de la rotación de cultivos y la composición granulométrica del suelo.
En la tabla se presentan niveles óptimos orientativos de pHKCl de los suelos para rotaciones de cultivos con diferente especialización. Óptimas en suelos sod-podzólicos y grises forestales son las dosis de aplicación de cal cercanas a las completas por acidez hidrolítica, que aseguran una reacción de pHsal 5,4-5,8.
Tabla. Niveles óptimos orientativos de la reacción del suelo (@abbr[Potencial de hidrógeno|pH]KCl) para rotaciones de cultivos de distintos tipos.
| Composición granulométrica del suelo | Tipos de rotaciones de cultivos | Pastos cultivados y praderas de siega | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | gramíneas | leguminosas-gramíneas | |
| Arenosos y franco-arenosos | 5,0-5,3 | 5,3-5,5 | 5,8-6,0 | 5,5-6,0 | 5,8-6,0 | 5,2-5,4 | 5,4-5,6 |
| Franco-ligeros y franco-medios | 5,5-5,6 | 5,5-6,0 | 6,0-6,2 | 5,8-6,0 | 6,0-6,2 | 5,4-5,6 | 5,6-5,9 |
| Franco-pesados y arcillosos | 5,5-5,8 | 5,8-6,2 | 6,2-6,5 | 6,0-6,2 | 6,2-6,5 | 5,6-5,8 | 6,0-6,2 |
| Turbosos | 4,6-4,8 | 4,8-5,2 | 5,2-5,8 | 5,0-5,4 | 5,2-5,6 | 4,6-4,8 | 5,0-5,2 |
Factores que aumentan la acidez del suelo
La acidez del suelo puede deberse a la aplicación de fertilizantes minerales fisiológicamente ácidos, que como resultado de su absorción por las plantas acumulan iones de hidrógeno en el suelo.
Entre los principales factores de acidificación del suelo se encuentran la extracción con la cosecha y el lavado de calcio y magnesio. La extracción de calcio y magnesio puede alcanzar desde decenas hasta cientos de kilogramos por 1 ha. La mayor extracción es característica de la col, la alfalfa y el trébol, que se distinguen por una alta sensibilidad a la acidez del suelo.<1>
La pérdida de calcio y magnesio por lavado está influida por el régimen hídrico de lavado del suelo, que depende de la abundancia de precipitaciones atmosféricas. Por ejemplo, en suelos ácidos el lavado puede ser de 200-300 kg/ha; en suelos carbonatados — sustancialmente mayor. Los suelos ligeros por composición granulométrica, con régimen hídrico de lavado, pierden considerablemente más calcio y magnesio.<1>
Manejo
El principal procedimiento agrotécnico de regulación de la acidez del suelo es el encalado — la aplicación de carbonato de calcio CaCO3.
Para los suelos alcalinos solonetz se emplea el enyesado — la aplicación de sulfato de calcio CaSO4 (yeso).
Alcalinidad
En los suelos alcalinos, como los chernozems meridionales, los suelos castaños y los solonetz, se distingue la alcalinidad actual y potencial.
Alcalinidad actual
La alcalinidad actual está condicionada por la presencia en la solución del suelo de sales hidrolíticamente alcalinas, por ejemplo, Na2CO3, K2CO3, NaHCO3, KHCO3, Mg(HCO3)2, Ca(HCO3)2, MgCO3.
La alcalinidad actual se determina en el extracto acuoso del suelo. Se expresa en mg·eq/100 g de suelo o pHagua.
La alcalinidad actual sirve como indicador de la necesidad de los suelos de neutralizar el exceso de alcalinidad mediante enyesado o acidificación.
Alcalinidad potencial
La alcalinidad potencial se manifiesta en suelos cuyo CAS contiene sodio en estado absorbido por intercambio, capaz, al ser desplazado a la solución, de aumentar la alcalinidad de la solución del suelo:
Por el contenido de sodio en el CAS se determina la necesidad del suelo de neutralizar el exceso de alcalinidad y las dosis de consumo de materiales que contienen yeso o ácidos técnicos.
Lista de fuentes
- Bazdyrev G. I., Loshakov V. G., Puponin A. I. y otros. Agricultura. Libro de texto para universidades. M.: Editorial «Kolos». 2000.
- Mineev V. G., Sychev V. G., Gamzikov G. P. y otros. Agrochimia. Libro de texto. / Bajo la red. de Mineev V. G. M.: Editorial de VNIIA im. D. N. Pryanishnikova. 2017.
- Yagodin B. A., Zhukov Yu. P., Kobzarenko V. I. Agrochimia. / Bajo la red. de B. A. Yagodina. M.: Kolos. 2002.
