La parte mineral del suelo es el principal componente de los suelos.
La parte mineral del suelo se creó en el curso de los procesos de meteorización y transformación de las rocas y minerales de las capas superiores de la litosfera. Lo demuestra la composición química similar de la litosfera y los suelos. La cubierta del suelo se ha formado bajo la influencia conjunta de factores físicos y químicos de naturaleza mineral, así como de organismos vivos, principalmente plantas y microorganismos.
La composición geoquímica del suelo se hereda de las rocas que lo forman. Así, un alto contenido de óxido de silicio determina un alto contenido de óxido de silicio en el suelo. Las rocas carbonatadas forman suelos enriquecidos con elementos alcalinotérreos.
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Indicadores agroquímicos de la fertilidad del suelo
Parte mineral del suelo (English Русский)
Capacidad de absorción de los suelos
El grado de saturación de la base y la amortiguación del suelo
Efecto de los fertilizantes en las propiedades del suelo
Características agroquímicas de los suelos en Rusia
Factores biológicos de la formación del suelo
Debido a la actividad de los organismos vivos, el contenido de carbono en el suelo aumentó 20 veces y el de nitrógeno 10 veces en comparación con la corteza terrestre.
La formación del suelo en condiciones naturales es muy lenta. La aplicación de fertilizantes y métodos agrotécnicos permite acelerar este proceso. Los fertilizantes aumentan la actividad vital de las plantas y la microflora del suelo, lo que conduce a la acumulación de materia orgánica y elementos biológicamente importantes.
Silicatos y aluminosilicatos
Según su estructura química, los minerales se dividen en silicatos y aluminosilicatos. De los silicatos para todos los tipos de suelos en las fracciones de arena y polvo predomina el cuarzo — SiO2 caracterizado con baja capacidad de absorción y alta permeabilidad. Su contenido en los suelos suele ser superior al 60% y en los suelos arenosos superior al 90%. El cuarzo es químicamente inerte y tiene una gran resistencia.
La base de la parte mineral de la tierra son los compuestos de sílice-oxígeno. El mineral más extendido del suelo es el cuarzo o el óxido de silicio. El aluminio y el hierro existen principalmente en los minerales de aluminosilicato y ferrosilicato. Los átomos de silicio y de oxígeno forman grupos SiO4 fuertemente enlazados que tienen una estructura tetraédrica. Debido a la tetravalencia del silicio, los grupos SiO4 pueden formar diversas combinaciones complejas de compuestos.
En las estructuras minerales de las fracciones finas del suelo, los tetraedros de sílice pueden estar unidos en capas, cadenas o grupos individuales de tetraedros de SiO4. El grado de oxidación total de estos grupos es negativo. En las combinaciones complejas de tetraedros de silicio-oxígeno, una parte de los átomos de silicio puede ser sustituida por átomos de aluminio.
En la red cristalina del cuarzo, los tetraedros de SiO4 están conectados entre sí mediante átomos de oxígeno con otros cuatro tetraedros de SiO4. La fórmula general del cuarzo es (SiO2)n. En la estructura cristalina de los feldespatos, una parte de los átomos de silicio se sustituye por aluminio. Para compensar la carga negativa del armazón de sílice-aluminio-oxígeno, incorporan átomos de sodio, calcio y otros en las «cavidades» de la red. Así, el feldespato albita tiene la fórmula Na[SiAlO8].
El aluminio en coordinación tetraédrica con iones de oxígeno o grupo hidroxilo OH forma grupos octaédricos, donde el átomo de aluminio está rodeado por seis átomos de oxígeno o grupos hidroxilo. La fórmula de dicho compuesto (capa) [Al(OH)3]⋅n corresponde al mineral gibbsita (hidrargilita).
La estructura de estos minerales puede representarse como sigue:
…[(OH)3Al2(OH)3]⋅n…[(OH)3Al2(OH)3]⋅n…[(OH)3Al2(OH)3]⋅n.
La fórmula refleja la composición química de la capa (paquete) y los puntos representan los paquetes intermedios.
La parte mineral del suelo está formada por minerales primarios y secundarios. Los suelos arenosos y limosos están dominados principalmente por minerales primarios, los suelos limosos están compuestos por minerales primarios y secundarios, y los suelos arcillosos están compuestos principalmente por minerales secundarios con mezcla de cuarzo. La división de los minerales en primarios, es decir, con un tamaño de partícula superior a 0,001 mm, y secundarios de menos de 0,001 mm es condicional, ya que estos últimos son productos de la meteorización físico-química de los primarios y de la formación de hidratos de óxidos de sílice semihidratados y otros compuestos en los mismos.
Durante el proceso de meteorización, la hidrólisis del feldespato y la mica conduce a la sustitución de los cationes metálicos en las redes cristalinas de los minerales por iones de hidrógeno:
La meteorización física y química es inseparable de la transformación biológica de las rocas y los minerales por parte de los organismos vivos y sus productos.
Minerales primarios del suelo
Los minerales primarios del suelo son los que han pasado de la corteza terrestre al suelo sin cambiar su estructura. Estos minerales son los minerales del esqueleto del suelo:
- el cuarzo y sus variedades,
- feldespatos: ortoclasas, plagioclasas, mica, hornblenda, augita, turmalina, magnetita, calcita, dolomita y otros.
Los minerales primarios del suelo forman parte de las rocas madre formadas por la meteorización y la destrucción de las rocas. Están presentes en los suelos en forma de partículas arenosas de 0,05 a 1,0 mm y de partículas polvorientas de 0,001 a 0,05 mm. En pequeñas cantidades están presentes como partículas limosas menores de 1 µm y como partículas coloidales menores de 0,25 µm.
A partir de los minerales primarios, bajo la influencia de procesos físico-químicos como la hidratación, la hidrólisis, la oxidación y la actividad vital de los organismos del suelo, se forman hidratos de óxidos y sílice, sales minerales y también minerales secundarios.
La descomposición de los feldespatos y la mica libera potasio, calcio, magnesio, hierro y algunos otros nutrientes para las plantas.
Minerales secundarios del suelo
Los minerales secundarios o minerales de arcilla son la caolinita, la montmorillonita, la hidromica y otros. Los minerales secundarios del suelo o minerales de la arcilla, como la caolinita, la montmorillonita, la mica, etc., están presentes en su mayoría como partículas fangosas o coloidales, y con menos frecuencia como partículas polvorientas.
En las redes cristalinas de los minerales de aluminosilicato de la fracción finamente dispersa de los suelos se encuentran combinaciones de capas tetraédricas de sílice-oxígeno y octaédricas de alúmina.
La red cristalina de la caolinita está formada por paquetes de dos capas unidas por átomos de oxígeno: una capa tetraédrica de sílice-oxígeno y una capa octaédrica de alúmina-hidróxido:
…[O3Si2O2(OH)Al2(OH)3]•n…[O3Si2O2(OH)Al2(OH)3]•n.
Las redes cristalinas de la montmorillonita y la hidrómica están formadas por una capa de alumohidróxido y dos capas de sílice unidas a ella:
[O3Si2O2(OH)Al2OHO2Si2O3]•n…[O3Si2O2(OH)Al2OHO2Si2O3]•n.
Los enlaces entre los paquetes en los minerales del grupo de la caolinita son más fuertes, y los espacios entre los paquetes son pequeños. Por lo tanto, la interacción de las partículas microcristalinas con el agua sólo se produce en la superficie externa.
En los minerales del grupo de la montmorillonita los espacios interpack son más grandes y la unión entre los paquetes es más débil, por lo que las moléculas de agua pueden penetrar en los espacios interpack. Los cationes localizados en la superficie de las partículas y en los espacios intermedios participan en el intercambio de cationes con la solución del suelo de los minerales de este grupo. Esto explica la alta capacidad de absorción de intercambio de los minerales del grupo de la montmorillonita y la presencia de absorción no intercambiable de cationes. Este grupo se caracteriza por su alta dispersabilidad, hinchabilidad, pegajosidad y viscosidad.
Los minerales de la arcilla del suelo se dividen en:
- montmorillonita (montmorillonita — Al2Si4O10(OH)2⋅nH2O, beidelita — Al3Si3O9(OH)3⋅nH2O, nontronita, saponita, sonita, etc.);
- caolinita (caolinita — Al2Si2O5(OH)4 y halloysita Al2Si2O5(OH)4⋅2H2O);
- hidromica (hidromuscovita (illita) (K,H3O)Al2(OH)2[Al,Si]4⋅nH2O, hidrobiotita, vermiculita);
- minerales de óxidos de haluro (hematita, bemitita, hidrargilita, goethita, etc.).
La mayor capacidad de absorción la tienen los minerales de montmorillonita, y la menor, la caolinita. Así, la capacidad de absorción de la caolinita es de 8 a 15 veces menor que la de la montmorillonita. Esta peculiaridad tiene importancia en la absorción de los fertilizantes.
La montmorillonita Мg3(OН)4[Si4O8(OН)2]·Н2O se caracteriza por una alta dispersión: 40-50 % de partículas coloides (tamaño inferior a 0,0001 mm) y 60-80 % de partículas limosas (tamaño inferior a 0,001 mm). Predomina en los chernozems. Debido a su alta dispersabilidad, la capacidad de absorción alcanza los 120 mg-eq/100 g. Se hincha cuando se moja. Los cationes (K+, NH4+, Na+, Ca2+, etc.) pueden penetrar en el espacio interplanar de la estructura cristalina, que al deshidratarse (secarse) del suelo se fija y se vuelve inaccesible para las plantas hasta la siguiente saturación con humedad.
Los minerales secundarios de aluminosilicato se encuentran en el suelo en forma de cristales finos y se caracterizan por su gran capacidad de absorción.
El grupo de caolinita está menos disperso, tiene poca hinchazón y pegajosidad, la capacidad de absorción no supera los 25 mg-eq/100 g de suelo, el tamaño de las partículas es inferior a 0,001 mm, la permeabilidad al agua es buena.
En los suelos sod-podzólicos y chernozem formados sobre margas de cobertura prevalecen la montmorillonita y la hidromica en la composición de las fracciones altamente dispersas. En los suelos rojos, los suelos amarillos y los suelos de podzol formados sobre productos de la antigua meteorización húmeda del granito, el contenido de minerales del grupo de la caolinita es mucho mayor.
La hidromica se forma a partir de la mica, tiene una composición química inconstante, en propiedades físicas ocupa una posición intermedia entre la montmorillonita y la caolinita. La hidrómica está presente en todos los suelos en las fracciones de limo y coloide. Debido a su alta dispersabilidad, tienen una gran superficie y capacidad de absorción.
La mica determina las propiedades agroquímicas y agrofísicas del suelo. Son la fuente de nutrición de potasio de las plantas, su composición incluye hasta un 5-7% de potasio. La energía de absorción coloidal del potasio es alta y como resultado en el complejo de absorción contiene 0,510 mmol/100 g de suelo. Los suelos rojos y las lateritas, debido al bajo contenido de mica e hidromica y al exceso de minerales del grupo de la caolinita con bajo contenido de potasio, se caracterizan por la deficiencia de potasio.
El alófano, la sílice libre, varios ácidos y sus sales se encuentran entre los minerales débilmente oxidados que tienen una influencia significativa en la capacidad de absorción del suelo. La parte mineral del suelo incluye sustancias amorfas como hidratos de óxido de aluminio Al2O3 ⋅ nH2O, óxido de hierro Fe2O3 ⋅ nH2O y óxido de silicio SiO2 ⋅ nH2O. Su mayor contenido se observa en los suelos rojos y amarillos. En los puntos isoeléctricos, estas sustancias forman precipitados amorfos que, al envejecer, forman nuevos minerales:
Sales minerales
El suelo contiene sales minerales: carbonatos, sulfatos, nitratos, cloruros, fosfatos de calcio, magnesio, potasio, sodio, hierro, aluminio y manganeso. Todos los nitratos y cloruros, así como las sales de potasio y sodio, son bien solubles en el agua, pero su contenido en los suelos (excepto los salinos) es relativamente pequeño. Las sales poco solubles (carbonatos de calcio y magnesio y sulfato de calcio) se encuentran en fase sólida en algunos suelos en cantidades significativas, mientras que los fosfatos insolubles de calcio, magnesio, hierro y aluminio se encuentran en todos los suelos.
Tabla. Contenido de oligoelementos en el suelo y la litosfera, en % de masa
| Manganeso | Cobre | ||||
| Flúor | Zinc | ||||
| Tungsteno | Cobalto | ||||
| Boro | Molibdeno | ||||
| Níquel | Yodo | ||||
Además de los macronutrientes, hay oligoelementos en el suelo. Las rocas formadoras de suelo son su principal fuente en el suelo. Así, los suelos formados sobre productos de meteorización de rocas ácidas, es decir, granitos, liparitas, granito-porfirios son pobres en níquel, cobalto, cobre. Los suelos formados sobre productos de la meteorización de rocas básicas (basaltos, gabros), por el contrario, están enriquecidos con estos elementos.
Algunos microelementos, como el yodo, el boro, el flúor, el selenio y el arsénico, pueden llegar al suelo a través del aire atmosférico, las erupciones volcánicas y las precipitaciones. Para el yodo y el flúor, estas son las principales fuentes.
Literatura
Agroquímica. Libro de texto / V.G. Mineev, V.G. Sychev, G.P. Gamzikov et al. — Moscú: Instituto Panruso de Investigación Agroquímica que lleva el nombre de D.N. Pryanishnikov, 2017. — 854 с.
Yagodin B.A., Zhukov Y.P., Kobzarenko V.I. Agroquímica / Editado por B.A. Yagodin. — Moscú: Kolos, 2002. — 584 p.: ill.
