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Este es un diagrama y una fotografía relacionada de las capas de suelo desde el lecho rocoso hasta el suelo.
A, B y C representan el perfil del suelo , una notación acuñada por primera vez por Vasily Dokuchaev (1846-1903), el padre de la pedología ; A es la capa superficial del suelo ; B es un regolito ; C es un saprolito (un regolito menos degradado); la capa más inferior representa el lecho de roca .
Superficie-Agua GLEY desarrollado en el glacial , Irlanda del Norte .

El suelo es una mezcla de materia orgánica , minerales , gases , líquidos y organismos que juntos sustentan la vida . El cuerpo de suelo de la Tierra , llamado pedosfera , tiene cuatro funciones importantes :

Todas estas funciones, a su vez, modifican el suelo y sus propiedades.

El suelo también se conoce comúnmente como tierra o tierra ; Algunas definiciones científicas distinguen la suciedad del suelo al restringir el término anterior específicamente al suelo desplazado.

La pedosfera interactúa con la litosfera , la hidrosfera , la atmósfera y la biosfera . [1] El término pedolito , usado comúnmente para referirse al suelo, se traduce como piedra triturada en el sentido de piedra fundamental , del griego antiguo πέδον suelo , tierra . El suelo consta de una fase sólida de minerales y materia orgánica (la matriz del suelo), así como una fase porosa que contiene gases (la atmósfera del suelo) y agua (la solución del suelo). [2] [3] En consecuencia, los científicos del suelo pueden concebir los suelos como unasistema de estado de sólidos, líquidos y gases. [4]

El suelo es producto de varios factores: la influencia del clima , el relieve (elevación, orientación y pendiente del terreno), los organismos y los materiales parentales del suelo (minerales originales) que interactúan a lo largo del tiempo. [5] Continuamente experimenta un desarrollo por medio de numerosos procesos físicos, químicos y biológicos, que incluyen la meteorización con la erosión asociada . Dada su complejidad y fuerte conexión interna , los ecologistas del suelo consideran el suelo como un ecosistema . [6]

La mayoría de los suelos tienen una densidad aparente seca (densidad del suelo teniendo en cuenta los huecos cuando está seco) entre 1,1 y 1,6 g / cm 3 , mientras que la densidad de partículas del suelo es mucho mayor, en el rango de 2,6 a 2,7 g / cm 3 . [7] Poco del suelo del planeta Tierra es más antiguo que el Pleistoceno y ninguno es más antiguo que el Cenozoico , [8] aunque se conservan suelos fosilizados desde tiempos tan lejanos como el Arcaico . [9]

La ciencia del suelo tiene dos ramas básicas de estudio: la edafología y la pedología . La edafología estudia la influencia de los suelos en los seres vivos. [10] La pedología se centra en la formación, descripción (morfología) y clasificación de suelos en su entorno natural. [11] En términos de ingeniería, el suelo se incluye en el concepto más amplio de regolito , que también incluye otro material suelto que se encuentra sobre el lecho de roca , como se puede encontrar en la Luna y también en otros objetos celestes . [12]

Procesos [ editar ]

Funciones del suelo como un componente importante de la Tierra 's ecosistema . Los ecosistemas del mundo se ven afectados de manera profunda por los procesos que se llevan a cabo en el suelo, con efectos que van desde el agotamiento del ozono y el calentamiento global hasta la destrucción de la selva tropical y la contaminación del agua . Con respecto al ciclo del carbono de la Tierra , el suelo actúa como un importante depósito de carbono , [13] y es potencialmente uno de los más reactivos a las perturbaciones humanas [14] y al cambio climático. [15]A medida que el planeta se calienta, se ha predicho que los suelos agregarán dióxido de carbono a la atmósfera debido al aumento de la actividad biológica a temperaturas más altas, una retroalimentación positiva (amplificación). [16] Sin embargo, esta predicción ha sido cuestionada al considerar los conocimientos más recientes sobre la renovación del carbono del suelo. [17]

El suelo actúa como un medio de ingeniería, un hábitat para los organismos del suelo , un sistema de reciclaje de nutrientes y desechos orgánicos , un regulador de la calidad del agua , un modificador de la composición atmosférica y un medio para el crecimiento de las plantas , lo que lo convierte en un proveedor de servicios ecosistémicos de importancia crítica. . [18] Dado que el suelo tiene una enorme variedad de nichos y hábitats disponibles , contiene la mayor parte de la diversidad genética de la Tierra . Un gramo de suelo puede contener miles de millones de organismos, pertenecientes a miles de especies, en su mayoría microbianas y en gran parte aún inexploradas. [19][20] El suelo tiene una media procariota densidad de aproximadamente 10 8 organismos por gramo, [21] mientras que el océano tiene no más de 10 7 organismos procariotas por mililitro (gramos) de agua de mar. [22] El carbono orgánico contenido en el suelo finalmente se devuelve a la atmósfera a través del proceso de respiración llevado a cabo pororganismos heterótrofos , pero una parte sustancial se retiene en el suelo en forma de materia orgánica del suelo ; la labranza generalmente aumenta la tasa de respiración del suelo , lo que lleva al agotamiento de la materia orgánica del suelo. [23]Dado que las raíces de las plantas necesitan oxígeno, la aireación es una característica importante del suelo. Esta ventilación se puede lograr a través de redes de poros del suelo interconectados , que también absorben y retienen el agua de lluvia, lo que la hace disponible para que las plantas la absorban. Dado que las plantas requieren un suministro de agua casi continuo, pero la mayoría de las regiones reciben lluvias esporádicas, la capacidad de retención de agua de los suelos es vital para la supervivencia de las plantas. [24]

Los suelos pueden eliminar de manera eficaz las impurezas, [25] matar los agentes patógenos [26] y degradar los contaminantes ; esta última propiedad se denomina atenuación natural . [27] Normalmente, los suelos mantienen una absorción neta de oxígeno y metano y experimentan una liberación neta de dióxido de carbono y óxido nitroso . [28] Los suelos ofrecen a las plantas apoyo físico, aire, agua, moderación de la temperatura, nutrientes y protección contra las toxinas. [29] Los suelos proporcionan nutrientes fácilmente disponibles para plantas y animales al convertir la materia orgánica muerta en diversas formas de nutrientes. [30]

Composición [ editar ]

Perfil del suelo: la capa superficial del suelo oscurecida y las capas de subsuelo rojizas son típicas de las regiones de clima subtropical húmedo

Componentes de un suelo franco en porcentaje de volumen

  Agua (25%)
  Gases (25%)
  Arena (18%)
  Limo (18%)
  Arcilla (9%)
  Materia orgánica (5%)

Un suelo típico tiene aproximadamente 50% de sólidos (45% de minerales y 5% de materia orgánica) y 50% de huecos (o poros) de los cuales la mitad está ocupada por agua y la otra mitad por gas. [31] El porcentaje de contenido mineral y orgánico del suelo puede tratarse como una constante (a corto plazo), mientras que el porcentaje de contenido de agua y gas del suelo se considera muy variable, por lo que un aumento en uno se equilibra simultáneamente con una reducción en el otro. [32] El espacio de los poros permite la infiltración y el movimiento de aire y agua, los cuales son críticos para la vida existente en el suelo. [33] La compactación , un problema común con los suelos, reduce este espacio, evitando que el aire y el agua lleguen a las raíces de las plantas y los organismos del suelo. [34]

Con el tiempo suficiente, un suelo indiferenciado desarrollará un perfil de suelo que consta de dos o más capas, denominadas horizontes de suelo . Estos difieren en una o más propiedades tales como textura , estructura , densidad , porosidad , consistencia, temperatura, color y reactividad . [8] Los horizontes difieren mucho en grosor y generalmente carecen de límites definidos; Su desarrollo depende del tipo de material parental , los procesos que modifican esos materiales parentales y los factores que forman el suelo.que influyen en esos procesos. Las influencias biológicas sobre las propiedades del suelo son más fuertes cerca de la superficie, mientras que las influencias geoquímicas sobre las propiedades del suelo aumentan con la profundidad. Los perfiles de suelos maduros generalmente incluyen tres horizontes maestros básicos: A, B y C. El solum normalmente incluye los horizontes A y B. El componente vivo del suelo se limita en gran medida al solum y, por lo general, es más prominente en el horizonte A. [35] Se ha sugerido que el pedón , una columna de suelo que se extiende verticalmente desde la superficie hasta el material parental subyacente y lo suficientemente grande para mostrar las características de todos sus horizontes, podría subdividirse en el humipedón.(la parte viva, donde habitan la mayoría de los organismos del suelo, correspondiente a la forma de humus ), el copedón (en posición intermedia, donde se produce la mayor parte de la erosión de los minerales) y el litopedón (en contacto con el subsuelo). [36]

La textura del suelo está determinada por las proporciones relativas de las partículas individuales de arena , limo y arcilla que componen el suelo. La interacción de las partículas minerales individuales con materia orgánica, agua, gases a través de procesos bióticos y abióticos hace que esas partículas floculan (se pegan) para formar agregados o peds . [37] Cuando se pueden identificar estos agregados, se puede decir que un suelo está desarrollado y se puede describir con más detalle en términos de color, porosidad, consistencia, reacción ( acidez ), etc.

El agua es un agente crítico en el desarrollo del suelo debido a su participación en la disolución, precipitación, erosión, transporte y deposición de los materiales que componen el suelo. [38] La mezcla de agua y materiales disueltos o suspendidos que ocupan el espacio poroso del suelo se llama solución del suelo. Dado que el agua del suelo nunca es agua pura, sino que contiene cientos de sustancias orgánicas y minerales disueltas, se puede llamar con mayor precisión la solución del suelo. El agua es fundamental para la disolución , precipitación y lixiviación de minerales del perfil del suelo.. Finalmente, el agua afecta el tipo de vegetación que crece en un suelo, lo que a su vez afecta el desarrollo del suelo, una retroalimentación compleja que se ejemplifica en la dinámica de los patrones de vegetación en bandas en las regiones semiáridas. [39]

Los suelos suministran nutrientes a las plantas , la mayoría de los cuales se mantienen en su lugar mediante partículas de arcilla y materia orgánica ( coloides ) [40] Los nutrientes pueden adsorberse en las superficies de los minerales arcillosos, unirse a los minerales arcillosos ( absorbidos ) o unirse a los compuestos orgánicos como parte de los organismos vivos o materia orgánica del suelo muerto . Estos nutrientes ligados interactúan con el agua del suelo para amortiguar la composición de la solución del suelo (atenuar los cambios en la solución del suelo) cuando los suelos se humedecen o se secan, cuando las plantas absorben los nutrientes, cuando se lixivian las sales o cuando se agregan ácidos o álcalis. [41] [42]

La disponibilidad de nutrientes para las plantas se ve afectada por el pH del suelo , que es una medida de la actividad de los iones de hidrógeno en la solución del suelo. El pH del suelo es una función de muchos factores formadores del suelo, y generalmente es más bajo (más ácido) donde la meteorización es más avanzada. [43]

La mayoría de los nutrientes de las plantas, con la excepción del nitrógeno , se originan a partir de los minerales que forman el material parental del suelo . Parte del nitrógeno proviene de la lluvia como ácido nítrico diluido y amoníaco , [44] pero la mayor parte del nitrógeno está disponible en los suelos como resultado de la fijación de nitrógeno por las bacterias . Una vez en el sistema suelo-planta, la mayoría de los nutrientes se reciclan a través de organismos vivos, residuos vegetales y microbianos ( materia orgánica del suelo ), formas ligadas a minerales y la solución del suelo. Tanto los organismos vivos del suelo (microbios, animales y raíces de plantas) como la materia orgánica del suelo.son de importancia crítica para este reciclaje y, por lo tanto, para la formación y fertilidad del suelo . [45] Las enzimas microbianas del suelo pueden liberar nutrientes de minerales o materia orgánica para que los utilicen las plantas y otros microorganismos, secuestrarlos (incorporarlos) a las células vivas o provocar su pérdida del suelo por volatilización (pérdida a la atmósfera en forma de gases) o lixiviación. . [46]

Formación [ editar ]

La formación del suelo, o pedogénesis , es el efecto combinado de procesos físicos, químicos, biológicos y antropogénicos que actúan sobre el material parental del suelo . Se dice que el suelo se forma cuando la materia orgánica se ha acumulado y los coloides se lavan hacia abajo, dejando depósitos de arcilla , humus , óxido de hierro , carbonato y yeso , produciendo una capa distinta llamada horizonte B. Esta es una definición algo arbitraria, ya que las mezclas de arena, limo, arcilla y humus apoyarán la actividad biológica y agrícola antes de esa época. [47]Estos componentes se mueven de un nivel a otro por el agua y la actividad animal. Como resultado, se forman capas (horizontes) en el perfil del suelo. La alteración y el movimiento de materiales dentro de un suelo provoca la formación de horizontes de suelo distintivos . Sin embargo, las definiciones más recientes de suelo abarcan suelos sin materia orgánica, como los regolitos que se formaron en Marte [48] y condiciones análogas en los desiertos del planeta Tierra. [49]

Un ejemplo del desarrollo de un suelo comenzaría con la erosión del lecho rocoso del flujo de lava, que produciría el material parental de base puramente mineral a partir del cual se forma la textura del suelo. El desarrollo del suelo procedería más rápidamente de la roca desnuda de los flujos recientes en un clima cálido, bajo lluvias intensas y frecuentes. En tales condiciones, las plantas (en una primera etapa , líquenes y cianobacterias que fijan nitrógeno y luego plantas superiores epilíticas ) se establecen muy rápidamente en la lava basáltica , aunque hay muy poco material orgánico. [50] Las plantas están sostenidas por la roca porosa ya que está llena de nutrientes.-Agua portadora que transporta minerales disueltos de las rocas. Las grietas y cavidades, la topografía local de las rocas, albergarían materiales finos y albergarían raíces de plantas. Las raíces de las plantas en desarrollo están asociadas con hongos micorrízicos que erosionan los minerales [51] que ayudan a romper la lava porosa, y por este medio la materia orgánica y un suelo mineral más fino se acumulan con el tiempo. Estas etapas iniciales del desarrollo del suelo se han descrito en volcanes, [52] inselberg, [53] y morrenas glaciares. [54]

La forma en que procede la formación del suelo está influenciada por al menos cinco factores clásicos que se entrelazan en la evolución de un suelo. Son: material parental, clima, topografía (relieve), organismos y tiempo. [55] Cuando se reordenan por clima, relieve, organismos, material parental y tiempo, forman el acrónimo CROPT. [56]

Propiedades físicas [ editar ]

Las propiedades físicas de los suelos, en orden de importancia decreciente para los servicios ecosistémicos como la producción de cultivos , son textura , estructura , densidad aparente , porosidad , consistencia, temperatura, color y resistividad . [57] La textura del suelo está determinada por la proporción relativa de los tres tipos de partículas minerales del suelo, llamadas separaciones del suelo: arena , limo y arcilla . En la siguiente escala más grande, las estructuras de suelo llamadas peds o más comúnmente agregados de suelo se crean a partir de la separación del suelo cuandoLos óxidos de hierro , carbonatos , arcilla, sílice y humus recubren las partículas y hacen que se adhieran a estructuras secundarias más grandes y relativamente estables. [58] La densidad aparente del suelo , cuando se determina en condiciones de humedad estandarizadas, es una estimación de la compactación del suelo . [59] La porosidad del suelo consiste en la parte vacía del volumen del suelo y está ocupada por gases o agua. La consistencia del suelo es la capacidad de los materiales del suelo para unirse. La temperatura y el color del suelo son autodefinidos. La resistividad se refiere a la resistencia a la conducción de corrientes eléctricas y afecta la tasa de corrosión de las estructuras de metal y hormigón que están enterradas en el suelo. [60]Estas propiedades varían según la profundidad del perfil del suelo, es decir, a través de los horizontes del suelo . La mayoría de estas propiedades determinan la aireación del suelo y la capacidad del agua para infiltrarse y mantenerse dentro del suelo. [61]

Humedad del suelo [ editar ]

La humedad del suelo se refiere al contenido de agua del suelo. Puede expresarse en términos de volúmenes o pesos. La medición de la humedad del suelo puede basarse en sondas in situ o métodos de teledetección .

El agua que ingresa a un campo se elimina de un campo por escorrentía , drenaje , evaporación o transpiración . [62] La escorrentía es el agua que fluye en la superficie hasta el borde del campo; el drenaje es el agua que fluye a través del suelo hacia abajo o hacia el borde del campo subterráneo; La pérdida de agua por evaporación de un campo es la parte del agua que se evapora a la atmósfera directamente desde la superficie del campo; la transpiración es la pérdida de agua del campo por su evaporación de la propia planta.

El agua afecta la formación , la estructura , la estabilidad y la erosión del suelo , pero es una preocupación principal con respecto al crecimiento de las plantas. [63] El agua es esencial para las plantas por cuatro razones:

  1. Constituye el 80% -95% del protoplasma de la planta .
  2. Es fundamental para la fotosíntesis .
  3. Es el disolvente en el que se transportan los nutrientes hacia, dentro y por toda la planta.
  4. Proporciona la turgencia por la cual la planta se mantiene en la posición adecuada. [64]

Además, el agua altera el perfil del suelo al disolver y volver a depositar minerales, a menudo en niveles más bajos. [65] En un suelo franco, los sólidos constituyen la mitad del volumen, el gas una cuarta parte del volumen y el agua una cuarta parte del volumen [31] del cual solo la mitad estará disponible para la mayoría de las plantas, con una fuerte variación según potencial matricial . [66]

Un campo inundado drenará el agua gravitacional bajo la influencia de la gravedad hasta que las fuerzas adhesivas y cohesivas del agua resistan un mayor drenaje, momento en el que se dice que ha alcanzado la capacidad de campo . [67] En ese momento, las plantas deben aplicar succión [67] [68] para extraer agua del suelo. El agua que las plantas extraen del suelo se llama agua disponible . [67] [69] Una vez que se agota el agua disponible, la humedad restante se denomina agua no disponible, ya que la planta no puede producir suficiente succión para extraer el agua. A 15 bar de succión, punto de marchitez , las semillas no germinarán, [70] [ 67][71] las plantas comienzan a marchitarse y luego mueren. El agua se mueve en el suelo bajo la influencia de la gravedad , la ósmosis y la capilaridad . [72] Cuando el agua ingresa al suelo, desplaza el aire de los macroporos interconectadospor flotación y rompe los agregados en los que queda atrapado el aire, un proceso llamado apagado . [73]

La velocidad a la que un suelo puede absorber agua depende del suelo y de sus otras condiciones. A medida que una planta crece, sus raíces primero eliminan el agua de los poros más grandes ( macroporos ). Pronto, los poros más grandes retienen solo aire, y el agua restante se encuentra solo en los poros de tamaño intermedio y más pequeño ( microporos ). El agua en los poros más pequeños está tan fuertemente sujeta a las superficies de las partículas que las raíces de las plantas no pueden arrancarla. En consecuencia, no toda el agua del suelo está disponible para las plantas, con una fuerte dependencia de la textura . [74] Cuando está saturado, el suelo puede perder nutrientes a medida que el agua se drena. [75]El agua se mueve en un campo de drenaje bajo la influencia de la presión donde el suelo está saturado localmente y por capilaridad tira hacia las partes más secas del suelo. [76] La mayoría de las necesidades de agua de las plantas se suplen de la succión causada por la evaporación de las hojas de las plantas ( transpiración ) y una fracción menor es suministrada por la succión creada por las diferencias de presión osmótica entre el interior de la planta y la solución del suelo. [77] [78] Las raíces de las plantas deben buscar agua y crecer preferentemente en micrositios de suelo más húmedo, [79] pero algunas partes del sistema de raíces también pueden volver a humedecer las partes secas del suelo. [80] La insuficiencia de agua dañará el rendimiento de un cultivo. [81]La mayor parte del agua disponible se utiliza en la transpiración para atraer nutrientes a la planta. [82]

El agua del suelo también es importante para la modelización climática y la predicción meteorológica numérica. El Sistema de Observación del Clima Global especificó el agua del suelo como una de las 50 Variables Climáticas Esenciales (ECV). [83] El agua del suelo se puede medir in situ con un sensor de humedad del suelo o se puede estimar a partir de datos satelitales y modelos hidrológicos. Cada método presenta ventajas y desventajas y, por tanto, la integración de diferentes técnicas puede reducir los inconvenientes de un único método determinado. [84]

Retención de agua [ editar ]

El agua se retiene en un suelo cuando la fuerza adhesiva de atracción que los átomos de hidrógeno del agua tienen por el oxígeno de las partículas del suelo es más fuerte que las fuerzas cohesivas que el hidrógeno del agua siente por otros átomos de oxígeno del agua. [85] Cuando un campo se inunda, el espacio poroso del suelo se llena completamente de agua. El campo drenará bajo la fuerza de la gravedad hasta que alcance lo que se llama capacidad de campo , momento en el que los poros más pequeños se llenan de agua y los más grandes de agua y gases. [86] La cantidad total de agua retenida cuando se alcanza la capacidad de campo es una función del área de superficie específica de las partículas del suelo.[87] Como resultado, los suelos con alto contenido de arcilla y alto contenido orgánico tienen mayores capacidades de campo. [88] La energía potencial del agua por unidad de volumen en relación con el agua pura en condiciones de referencia se denomina potencial hídrico . El potencial hídrico total es una suma del potencial matricial que resulta de la acción capilar , el potencial osmótico para suelos salinos y el potencial gravitacional cuando se trata de la dirección vertical del movimiento del agua. El potencial hídrico en el suelo suele tener valores negativos, por lo que también se expresa en succión., que se define como el potencial hídrico negativo. La succión tiene un valor positivo y puede considerarse como la fuerza total necesaria para extraer o expulsar el agua del suelo. El potencial hídrico o la succión se expresan en unidades de kPa (10 3 pascal ), bar (100 kPa) o cm H 2 O (aproximadamente 0.098 kPa). El logaritmo común de succión en cm H 2 O se llama pF. [89] Por lo tanto, pF 3 = 1000 cm = 98 kPa = 0,98 bar.

Las fuerzas con las que se retiene el agua en el suelo determinan su disponibilidad para las plantas. Las fuerzas de adhesión retienen el agua fuertemente a las superficies minerales y de humus y menos fuertemente a sí misma por fuerzas cohesivas. La raíz de una planta puede penetrar un volumen muy pequeño de agua que se adhiere al suelo e inicialmente ser capaz de extraer agua que solo es retenida ligeramente por las fuerzas cohesivas. Pero a medida que la gota desciende, las fuerzas de adhesión del agua a las partículas del suelo producen una succión cada vez mayor , finalmente hasta 1500 kPa (pF = 4,2). [90] Con una succión de 1500 kPa, la cantidad de agua del suelo se denomina punto de marchitez.. En esa succión, la planta no puede satisfacer sus necesidades de agua ya que el agua todavía se pierde de la planta por transpiración, la turgencia de la planta se pierde y se marchita, aunque el cierre de los estomas puede disminuir la transpiración y, por lo tanto, puede retrasar el marchitamiento por debajo del punto de marchitez , en particular. bajo adaptación o aclimatación a la sequía. [91] El siguiente nivel, llamado secado al aire, se produce a una succión de 100.000 kPa (pF = 6). Finalmente, la condición de secado en horno se alcanza con una succión de 1.000.000 kPa (pF = 7). Toda el agua por debajo del punto de marchitez se llama agua no disponible. [92]

Cuando el contenido de humedad del suelo es óptimo para el crecimiento de las plantas, el agua de los poros grandes e intermedios puede moverse por el suelo y ser utilizada fácilmente por las plantas. [74] La cantidad de agua que queda en un suelo drenado hasta la capacidad de campo y la cantidad disponible son funciones del tipo de suelo. El suelo arenoso retendrá muy poca agua, mientras que la arcilla retendrá la cantidad máxima. [88] El agua disponible para el franco limoso podría ser del 20%, mientras que para la arena podría ser solo del 6% en volumen, como se muestra en esta tabla.

Los anteriores son valores promedio para las texturas del suelo.

Flujo de agua [ editar ]

El agua se mueve a través del suelo debido a la fuerza de la gravedad , la ósmosis y la capilaridad . A una succión de cero a 33 kPa ( capacidad de campo ), el agua se empuja a través del suelo desde el punto de su aplicación bajo la fuerza de la gravedad y el gradiente de presión creado por la presión del agua; esto se llama flujo saturado. A mayor succión, el movimiento del agua es atraído por capilaridad desde un suelo más húmedo hacia un suelo más seco. Esto se debe a la adhesión del agua a los sólidos del suelo y se denomina flujo insaturado. [94] [95]

La infiltración y el movimiento del agua en el suelo están controlados por seis factores:

  1. Textura de la tierra
  2. Estructura del suelo. Los suelos de textura fina con estructura granular son más favorables a la infiltración de agua.
  3. La cantidad de materia orgánica. La materia gruesa es mejor y si está en la superficie ayuda a prevenir la destrucción de la estructura del suelo y la formación de costras.
  4. Profundidad del suelo a capas impermeables como chapas o lecho de roca
  5. La cantidad de agua que ya está en el suelo.
  6. Temperatura del suelo. Los suelos cálidos absorben agua más rápido, mientras que los suelos congelados pueden no ser capaces de absorber dependiendo del tipo de congelación. [96]

Las tasas de infiltración de agua oscilan entre 0,25 cm por hora para suelos con alto contenido de arcilla y 2,5 cm por hora para arena y estructuras de suelo bien estabilizadas y agregadas. [97] El agua fluye a través del suelo de manera desigual, en forma de los llamados "dedos de gravedad", debido a la tensión superficial entre las partículas de agua. [98] [99]

Las raíces de los árboles, vivas o muertas, crean canales preferenciales para que el agua de lluvia fluya a través del suelo, [100] aumentando las tasas de infiltración del agua hasta 27 veces. [101]

Las inundaciones aumentan temporalmente la permeabilidad del suelo en los lechos de los ríos , lo que ayuda a recargar los acuíferos . [102]

El agua aplicada a un suelo es empujada por gradientes de presión desde el punto de su aplicación donde está saturado localmente, a áreas menos saturadas, como la zona vadosa . [103] [104] Una vez que el suelo está completamente mojado, más agua se moverá hacia abajo o se filtrará fuera del rango de las raíces de las plantas , llevando consigo arcilla, humus, nutrientes, principalmente cationes y varios contaminantes , incluidos pesticidas , contaminantes , virus y bacterias , que pueden causar la contaminación de las aguas subterráneas . [105] [106] En orden de solubilidad decreciente, los nutrientes lixiviados son:

  • Calcio
  • Magnesio, azufre, potasio; dependiendo de la composición del suelo
  • Nitrógeno; generalmente poco, a menos que se haya aplicado recientemente un fertilizante de nitrato
  • Fósforo; muy poco, ya que sus formas en el suelo son de baja solubilidad. [107]

En los Estados Unidos, el agua de filtración debido a la lluvia varía desde casi cero centímetros al este de las Montañas Rocosas hasta cincuenta o más centímetros por día en las Montañas Apalaches y la costa norte del Golfo de México. [108]

El agua es arrastrada por capilaridad debido a la fuerza de adhesión del agua a los sólidos del suelo, produciendo un gradiente de succión del suelo húmedo al más seco [109] y de macroporos a microporos . [ cita requerida ] La llamada ecuación de Richards permite el cálculo de la tasa temporal de cambio del contenido de humedad en los suelos debido al movimiento del agua en suelos insaturados . [110] Curiosamente, esta ecuación atribuida a Richards fue publicada originalmente por Richardson en 1922. [111] La ecuación de la velocidad de la humedad del suelo, [112] que puede resolverse usando el método de flujo de zona vadosa de contenido de agua finito , [113] [114] describe la velocidad del agua que fluye a través de un suelo insaturado en la dirección vertical. La solución numérica de la ecuación de Richardson / Richards permite el cálculo del flujo de agua insaturada y el transporte de solutos utilizando software como Hydrus , [115] al proporcionar parámetros hidráulicos del suelo de funciones hidráulicas ( función de retención de agua y función de conductividad hidráulica insaturada) y condiciones iniciales y de contorno. . El flujo preferencial ocurre a lo largo de macroporos interconectados, grietas, canales de raíces y gusanos, que drenan el agua debajogravedad . [116] [117] Muchos modelos basados ​​en la física del suelo ahora permiten alguna representación del flujo preferencial como un continuo dual, doble porosidad o opciones de doble permeabilidad, pero estos generalmente han sido "atornillados" a la solución de Richards sin ningún sustento físico riguroso. . [118]

Absorción de agua por las plantas [ editar ]

De igual importancia para el almacenamiento y movimiento del agua en el suelo es el medio por el cual las plantas la adquieren y sus nutrientes. La mayor parte del agua del suelo es absorbida por las plantas como absorción pasiva causada por la fuerza de tracción del agua que se evapora ( transpira ) de la larga columna de agua ( flujo de savia del xilema ) que va de las raíces de la planta a sus hojas, según la teoría de la cohesión-tensión. . [119] El movimiento ascendente del agua y los solutos ( elevación hidráulica ) está regulado en las raíces por la endodermis [120] y en el follaje de la planta por la conductancia estomática , [121] y puede interrumpirse en la raíz y el brote.vasos del xilema por cavitación , también llamada embolia de xilema . [122] Además, la alta concentración de sales dentro de las raíces de las plantas crea un gradiente de presión osmótica que empuja el agua del suelo hacia las raíces. [123] La absorción osmótica se vuelve más importante durante los momentos de baja transpiración de agua causada por temperaturas más bajas (por ejemplo, por la noche) o alta humedad, y lo contrario ocurre bajo alta temperatura o baja humedad. Son estos procesos los que causan la evisceración y el marchitamiento , respectivamente. [124] [125]

La extensión de las raíces es vital para la supervivencia de las plantas. Un estudio de una sola planta de centeno de invierno cultivada durante cuatro meses en un pie cúbico (0,0283 metros cúbicos) de suelo franco mostró que la planta desarrolló 13,800,000 raíces, un total de 620 km de longitud con 237 metros cuadrados de superficie; y 14 mil millones de raíces de cabello de 10,620 km de longitud total y 400 metros cuadrados de área total; para una superficie total de 638 metros cuadrados. La superficie total del suelo franco se estimó en 52.000 metros cuadrados. [126]En otras palabras, las raíces estuvieron en contacto con solo el 1,2% del suelo. Sin embargo, la extensión de la raíz debe verse como un proceso dinámico, que permite que nuevas raíces exploren un nuevo volumen de suelo cada día, aumentando drásticamente el volumen total de suelo explorado durante un período de crecimiento determinado y, por lo tanto, el volumen de agua absorbido por la raíz. sistema durante este período. [127] La arquitectura de las raíces, es decir, la configuración espacial del sistema de raíces, juega un papel destacado en la adaptación de las plantas a la disponibilidad de agua y nutrientes del suelo y, por lo tanto, en la productividad de las plantas. [128]

Las raíces deben buscar agua, ya que el flujo de agua insaturada en el suelo solo puede moverse a una velocidad de hasta 2,5 cm por día; como resultado, están muriendo y creciendo constantemente a medida que buscan altas concentraciones de humedad en el suelo. [129] La humedad insuficiente del suelo, hasta el punto de causar el marchitamiento , causará daños permanentes y el rendimiento de los cultivos se verá afectado. Cuando el sorgo en grano se expuso a una succión del suelo tan baja como 1300 kPa durante la emergencia de la cabeza de la semilla a través de las etapas de floración y formación de la semilla, su producción se redujo en un 34%. [130]

Uso consuntivo y eficiencia del uso del agua [ editar ]

Solo una pequeña fracción (0,1% a 1%) del agua utilizada por una planta se mantiene dentro de la planta. La mayor parte se pierde finalmente a través de la transpiración , mientras que la evaporación de la superficie del suelo también es sustancial, la relación transpiración: evaporación varía según el tipo de vegetación y el clima, alcanzando su punto máximo en las selvas tropicales y sumergiendo en estepas y desiertos . [131] La transpiración más la pérdida de humedad del suelo por evaporación se denomina evapotranspiración . La evapotranspiración más el agua retenida en la planta se suma al uso consuntivo, que es casi idéntico a la evapotranspiración. [130] [132]

El agua total utilizada en un campo agrícola incluye la escorrentía superficial , el drenaje y el uso consuntivo. El uso de mantillos sueltos reducirá las pérdidas por evaporación durante un período después de que se riegue el campo, pero al final, la pérdida total por evaporación (planta más suelo) se acercará a la de un suelo descubierto, mientras que hay más agua disponible de inmediato para el crecimiento de las plantas. [133] La eficiencia del uso del agua se mide por la tasa de transpiración., que es la relación entre el agua total transpirada por una planta y el peso seco de la planta cosechada. Las proporciones de transpiración para los cultivos varían de 300 a 700. Por ejemplo, la alfalfa puede tener una proporción de transpiración de 500 y, como resultado, 500 kilogramos de agua producirán un kilogramo de alfalfa seca. [134]

Gas del suelo [ editar ]

La atmósfera del suelo, o gas del suelo , es muy diferente de la atmósfera de arriba. El consumo de oxígeno por los microbios y las raíces de las plantas, y su liberación de dióxido de carbono , disminuyen el oxígeno y aumentan la concentración de dióxido de carbono. La concentración de CO 2 atmosférico es 0.04%, pero en el espacio poroso del suelo puede variar de 10 a 100 veces ese nivel, contribuyendo así potencialmente a la inhibición de la respiración de la raíz. [135] Los suelos calcáreos regulan la concentración de CO 2 mediante la amortiguación de carbonatos , a diferencia de los suelos ácidos en los que todo el CO 2 respirado se acumula en el sistema de poros del suelo. [136]En niveles extremos, el CO 2 es tóxico. [137] Esto sugiere un posible control de retroalimentación negativa de la concentración de CO 2 del suelo a través de sus efectos inhibidores sobre la respiración microbiana y de las raíces (también llamada " respiración del suelo "). [138] Además, los huecos del suelo están saturados con vapor de agua, al menos hasta el punto de máxima higroscopicidad , más allá del cual se produce un déficit de presión de vapor en el espacio poroso del suelo. [33] Es necesaria una porosidad adecuada, no solo para permitir la penetración del agua, sino también para permitir que los gases se difundan hacia adentro y hacia afuera. El movimiento de los gases se produce por difusión de concentraciones altas a concentraciones más bajas,coeficiente de difusión que disminuye con la compactación del suelo . [139] El oxígeno de la atmósfera superior se difunde en el suelo donde se consume y los niveles de dióxido de carbono en exceso de la atmósfera superior se difunden con otros gases (incluidos los gases de efecto invernadero ), así como con el agua. [140] La textura y estructura del suelo afectan fuertemente la porosidad del suelo y la difusión de gas. Es el espacio total de los poros ( porosidad ) del suelo, no el tamaño de los poros y el grado de interconexión de los poros (o, a la inversa, el sellado de los poros), junto con el contenido de agua, la turbulencia del aire y la temperatura, lo que determina la velocidad de difusión de los gases hacia y fuera del suelo. [141] [140] La estructura laminada del suelo y la compactación del suelo (baja porosidad) impiden el flujo de gas, y una deficiencia de oxígeno puede alentar a las bacterias anaeróbicas a reducir (eliminar oxígeno) del nitrato NO 3 a los gases N 2 , N 2 O y NO, que luego se pierden a la atmósfera, lo que agota el nitrógeno del suelo. [142] El suelo aireado también es un sumidero neto de metano CH 4 [143] pero un productor neto de metano (un gas de efecto invernadero que absorbe el calor fuerte) cuando los suelos se agotan de oxígeno y están sujetos a temperaturas elevadas. [144]

La atmósfera del suelo también es la sede de las emisiones de compuestos volátiles distintos de los óxidos de carbono y nitrógeno de diversos organismos del suelo, por ejemplo, raíces, [145] bacterias, [146] hongos, [147] animales. [148] Estos volátiles se utilizan como señales químicas, haciendo de la atmósfera del suelo el asiento de redes de interacción [149] [150] que juegan un papel decisivo en la estabilidad, dinámica y evolución de los ecosistemas del suelo. [151] Los compuestos orgánicos volátiles del suelo biogénico se intercambian con la atmósfera aérea, en la que son sólo 1-2 órdenes de magnitud más bajos que los de la vegetación aérea. [152]

Los humanos podemos hacernos una idea de la atmósfera del suelo a través del conocido aroma 'después de la lluvia', cuando el agua de lluvia infiltrada elimina toda la atmósfera del suelo después de un período de sequía, o cuando se excava el suelo, [153] una propiedad a granel atribuido de manera reduccionista a compuestos bioquímicos particulares como el petricor o la geosmina .

Fase sólida (matriz del suelo) [ editar ]

Las partículas del suelo se pueden clasificar por su composición química ( mineralogía ) así como por su tamaño. La distribución del tamaño de partícula de un suelo, su textura , determina muchas de las propiedades de ese suelo, en particular la conductividad hidráulica y el potencial hídrico , [154] pero la mineralogía de esas partículas puede modificar fuertemente esas propiedades. La mineralogía de las partículas más finas del suelo, la arcilla, es especialmente importante. [155]

Química [ editar ]

La química de un suelo determina su capacidad para suministrar los nutrientes vegetales disponibles y afecta sus propiedades físicas y la salud de su población viva. Además, la química del suelo también determina su corrosividad , estabilidad y capacidad para absorber contaminantes y filtrar el agua. Es la química de la superficie de los coloides minerales y orgánicos la que determina las propiedades químicas del suelo. [156] Un coloide es una partícula pequeña e insoluble que varía en tamaño de 1 nanómetro a 1 micrómetro , por lo tanto, lo suficientemente pequeña como para permanecer suspendida por el movimiento browniano en un medio fluido sin asentarse. [157]La mayoría de los suelos contienen partículas coloidales orgánicas llamadas humus , así como partículas coloidales inorgánicas de arcillas . El área de superficie específica muy alta de los coloides y sus cargas eléctricas netas le dan al suelo su capacidad para retener y liberar iones . Los sitios cargados negativamente en coloides atraen y liberan cationes en lo que se conoce como intercambio catiónico . La capacidad de intercambio catiónico (CEC) es la cantidad de cationes intercambiables por unidad de peso de suelo seco y se expresa en términos de miliequivalentes de carga positiva.iones por 100 gramos de suelo (o centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo; cmol c / kg). De manera similar, los sitios cargados positivamente en coloides pueden atraer y liberar aniones en el suelo, lo que le da al suelo la capacidad de intercambio de aniones (AEC).

Intercambio catiónico y aniónico [ editar ]

El intercambio de cationes, que tiene lugar entre los coloides y el agua del suelo, amortigua (modera) el pH del suelo , altera la estructura del suelo y purifica el agua de filtración adsorbiendo cationes de todo tipo, tanto útiles como dañinos.

Las cargas negativas o positivas de las partículas coloidales las hacen capaces de retener cationes o aniones, respectivamente, en sus superficies. Los cargos son el resultado de cuatro fuentes. [158]

  1. La sustitución isomorfa ocurre en la arcilla durante su formación, cuando los cationes de valencia más baja sustituyen a los cationes de valencia más alta en la estructura cristalina. [159] Las sustituciones en las capas más externas son más efectivas que para las capas más internas, ya que la fuerza de la carga eléctrica disminuye como el cuadrado de la distancia. El resultado neto son átomos de oxígeno con carga neta negativa y la capacidad de atraer cationes.
  2. Los átomos de oxígeno del borde de la arcilla no están en equilibrio iónico ya que las estructuras tetraédricas y octaédricas están incompletas. [160]
  3. Los hidroxilos pueden sustituir a los oxígenos de las capas de sílice, un proceso llamado hidroxilación . Cuando los hidrógenos de los hidroxilos de arcilla se ionizan en solución, dejan el oxígeno con una carga negativa (arcillas aniónicas). [161]
  4. Los hidrógenos de los grupos hidroxilo del humus también pueden ionizarse en solución, dejando, de manera similar a la arcilla, un oxígeno con carga negativa. [162]

Los cationes retenidos en los coloides cargados negativamente resisten ser arrastrados por el agua y fuera del alcance de las raíces de las plantas, preservando así la fertilidad de los suelos en áreas de lluvias moderadas y bajas temperaturas. [163] [164]

Existe una jerarquía en el proceso de intercambio catiónico en coloides, ya que difieren en la fuerza de adsorción por el coloide y, por lo tanto, en su capacidad para reemplazarse entre sí ( intercambio iónico ). Si está presente en cantidades iguales en la solución de agua del suelo:

Al 3+ reemplaza a H + reemplaza a Ca 2+ reemplaza a Mg 2+ reemplaza a K + igual que NH 4+ reemplaza a Na + [165]

Si se agrega un catión en grandes cantidades, puede reemplazar a los demás por la mera fuerza de sus números. A esto se le llama ley de acción de masas . Esto es en gran parte lo que ocurre con la adición de fertilizantes catiónicos ( potasa , cal ). [166]

A medida que la solución del suelo se vuelve más ácida ( pH bajo , lo que significa una abundancia de H + , los otros cationes unidos más débilmente a los coloides se empujan a la solución a medida que los iones de hidrógeno ocupan sitios de intercambio ( protonación ). ser arrastrado a la solución, dejando sitios cargados en el coloide disponibles para ser ocupados por otros cationes. Esta ionización de grupos hidroxilo en la superficie de los coloides del suelo crea lo que se describe como cargas superficiales dependientes del pH. [167] A diferencia de las cargas permanentes desarrolladas por isomorfos sustitución, las cargas dependientes del pH son variables y aumentan con el aumento del pH. [42]Los cationes liberados pueden estar disponibles para las plantas, pero también son propensos a ser lixiviados del suelo, posiblemente haciendo que el suelo sea menos fértil. [168] Las plantas pueden excretar H + en el suelo a través de la síntesis de ácidos orgánicos y, por ese medio, cambiar el pH del suelo cerca de la raíz y expulsar los cationes de los coloides, haciendo que estén disponibles para la planta. [169]

Capacidad de intercambio catiónico (CEC) [ editar ]

La capacidad de intercambio catiónico debe considerarse como la capacidad del suelo para eliminar cationes de la solución de agua del suelo y secuestrar los que se intercambiarán más tarde a medida que las raíces de las plantas liberan iones de hidrógeno a la solución. CEC es la cantidad de catión de hidrógeno intercambiable (H + ) que se combinará con 100 gramos de peso seco de suelo y cuya medida es un miliequivalente por 100 gramos de suelo (1 meq / 100 g). Los iones de hidrógeno tienen una sola carga y una milésima de gramo de iones de hidrógeno por 100 gramos de suelo seco da una medida de un miliequivalente de iones de hidrógeno. El calcio, con un peso atómico 40 veces mayor que el del hidrógeno y con una valencia de dos, se convierte en (40/2) x 1 miliequivalente = 20 miliequivalentes de ion hidrógeno por 100 gramos de suelo seco o 20 meq / 100 g. [170] La medida moderna de CIC se expresa como centimoles de carga positiva por kilogramo (cmol / kg) de suelo secado al horno.

La mayor parte de la CIC del suelo se produce en coloides de arcilla y humus, y la falta de aquellos en climas cálidos, húmedos y húmedos, debido a la lixiviación y descomposición, respectivamente, explica la aparente esterilidad de los suelos tropicales. [171] Las raíces de las plantas vivas también tienen algo de CIC, vinculado a su superficie específica . [172]

Capacidad de intercambio aniónico (AEC) [ editar ]

La capacidad de intercambio de aniones debe considerarse como la capacidad del suelo para eliminar aniones (p. Ej. , Nitrato , fosfato ) de la solución de agua del suelo y secuestrarlos para un intercambio posterior a medida que las raíces de las plantas liberan aniones de carbonato a la solución de agua del suelo. Los coloides que tienen una CIC baja tienden a tener algo de AEC. Las arcillas amorfa y sesquióxido tienen el AEC más alto, [174] seguido por los óxidos de hierro. Los niveles de AEC son mucho más bajos que los de CEC, debido a la tasa generalmente más alta de superficies cargadas positivamente (versus negativamente) en los coloides del suelo, a excepción de los suelos con carga variable. [175] Los fosfatos tienden a mantenerse en sitios de intercambio aniónico. [176]

Las arcillas de hidróxido de hierro y aluminio pueden intercambiar sus aniones hidróxido (OH - ) por otros aniones. [177] El orden que refleja la fuerza de adhesión del anión es el siguiente:

H 2 PO 4 - reemplaza SO 4 2 - reemplaza NO 3 - reemplaza Cl -

La cantidad de aniones intercambiables es de una magnitud de décimas a unos pocos miliequivalentes por 100 g de suelo seco. [173] A medida que aumenta el pH, hay relativamente más hidroxilos, que desplazarán los aniones de los coloides y los forzarán a disolverlos y sacarlos del almacenamiento; por lo tanto, AEC disminuye al aumentar el pH (alcalinidad). [178]

Reactividad (pH) [ editar ]

La reactividad del suelo se expresa en términos de pH y es una medida de la acidez o alcalinidad del suelo. Más precisamente, es una medida de la concentración de iones de hidrógeno en una solución acuosa y varía en valores de 0 a 14 (ácido a básico) pero prácticamente hablando para suelos, el pH varía de 3.5 a 9.5, ya que los valores de pH más allá de esos extremos son tóxicos para formas de vida. [179]

A 25 ° C, una solución acuosa que tiene un pH de 3,5 tiene 10 −3,5 moles de H + (iones de hidrógeno) por litro de solución (y también 10 −10,5 moles / litro de OH - ). Un pH de 7, definido como neutro, tiene 10 −7 moles de iones de hidrógeno por litro de solución y también 10 −7 moles de OH - por litro; dado que las dos concentraciones son iguales, se dice que se neutralizan entre sí. Un pH de 9.5 tiene 10 −9.5 moles de iones de hidrógeno por litro de solución (y también 10 −2.5 moles por litro de OH - ). Un pH de 3.5 tiene un millón de veces más iones de hidrógeno por litro que una solución con un pH de 9.5 (9.5-3.5 = 6 o 10 6) y es más ácido. [180]

El efecto del pH en un suelo es eliminar del suelo o hacer disponibles ciertos iones. Los suelos con alta acidez tienden a tener cantidades tóxicas de aluminio y manganeso. [181] Como resultado de una compensación entre la toxicidad y las necesidades, la mayoría de los nutrientes están mejor disponibles para las plantas a un pH moderado, [182] aunque la mayoría de los minerales son más solubles en suelos ácidos. Los organismos del suelo se ven obstaculizados por la alta acidez, y la mayoría de los cultivos agrícolas funcionan mejor con suelos minerales de pH 6,5 y suelos orgánicos de pH 5,5. [183] Dado que a un pH bajo, los metales tóxicos (por ejemplo, cadmio, zinc, plomo) están cargados positivamente como cationes y los contaminantes orgánicos están en forma no iónica, por lo que ambos están más disponibles para los organismos, [184] [185]Se ha sugerido que las plantas, animales y microbios que habitualmente viven en suelos ácidos están preadaptados a todo tipo de contaminación, ya sea de origen natural o humano. [186]

En áreas de alta precipitación, los suelos tienden a acidificarse ya que los cationes básicos son expulsados ​​de los coloides del suelo por la acción masiva de los iones de hidrógeno de la lluvia contra los adheridos a los coloides. Las altas tasas de lluvia pueden eliminar los nutrientes, dejando el suelo habitado solo por aquellos organismos que son particularmente eficientes para absorber nutrientes en condiciones muy ácidas, como en las selvas tropicales . [187] Una vez que los coloides están saturados con H + , la adición de más iones de hidrógeno o cationes de hidroxilo de aluminio hace que el pH sea aún más bajo (más ácido) ya que el suelo se ha quedado sin capacidad amortiguadora. [188]En áreas de lluvias extremas y altas temperaturas, la arcilla y el humus pueden ser arrastrados, reduciendo aún más la capacidad amortiguadora del suelo. [189] En áreas de escasas precipitaciones, el calcio no lixiviado empuja el pH a 8.5 y con la adición de sodio intercambiable, los suelos pueden alcanzar un pH de 10. [190] Más allá de un pH de 9, el crecimiento de las plantas se reduce. [191] Un pH alto da como resultado una baja movilidad de micronutrientes , pero los quelatos solubles en agua de esos nutrientes pueden corregir el déficit. [192] El sodio se puede reducir mediante la adición de yeso.(sulfato de calcio), ya que el calcio se adhiere a la arcilla con más fuerza que el sodio, lo que hace que el sodio se introduzca en la solución de agua del suelo, donde puede eliminarse con abundante agua. [193] [194]

Porcentaje de saturación base [ editar ]

Hay cationes formadores de ácido (por ejemplo, hidrógeno, aluminio, hierro) y hay cationes formadores de bases (por ejemplo, calcio, magnesio, sodio). La fracción de los sitios de intercambio de coloides del suelo cargados negativamente ( CEC ) que están ocupados por cationes formadores de bases se llama saturación de bases . Si un suelo tiene una CIC de 20 meq y 5 meq son cationes de aluminio e hidrógeno (formadores de ácido), el resto de posiciones en los coloides (20-5 = 15 meq) se suponen ocupadas por cationes formadores de bases, de modo que el La saturación de bases es 15/20 x 100% = 75% (el complemento 25% se supone que forman cationes o protones formadores de ácido ). La saturación de la base es casi directamente proporcional al pH (aumenta al aumentar el pH). [195]Es útil para calcular la cantidad de cal necesaria para neutralizar un suelo ácido (requerimiento de cal). La cantidad de cal necesaria para neutralizar un suelo debe tener en cuenta la cantidad de iones formadores de ácido en los coloides (acidez intercambiable), no solo los de la solución de agua del suelo (acidez libre). [196] La adición de suficiente cal para neutralizar la solución de agua del suelo será insuficiente para cambiar el pH, ya que los cationes formadores de ácido almacenados en los coloides del suelo tenderán a restaurar la condición original del pH a medida que el calcio los expulsa de esos coloides. de la lima añadida. [197]

Almacenamiento en búfer [ editar ]

La resistencia del suelo al cambio de pH, como resultado de la adición de material ácido o básico, es una medida de la capacidad amortiguadora de un suelo y (para un tipo de suelo en particular) aumenta a medida que aumenta la CIC . Por lo tanto, la arena pura casi no tiene capacidad de amortiguación, mientras que los suelos con alto contenido de coloides (ya sean minerales u orgánicos) tienen una alta capacidad de amortiguación . [198] El tamponamiento se produce por intercambio de cationes y neutralización . Sin embargo, los coloides no son los únicos reguladores del pH del suelo. También debe subrayarse el papel de los carbonatos . [199] De manera más general, según los niveles de pH, varios sistemas tampón tienen prioridad entre sí, desde rango de búfer de carbonato de calcio a rango de búfer de hierro. [200]

La adición de una pequeña cantidad de amoníaco acuoso altamente básico a un suelo hará que el amonio desplace los iones de hidrógeno de los coloides, y el producto final es agua y amonio fijado coloidalmente, pero pocos cambios permanentes en general en el pH del suelo.

La adición de una pequeña cantidad de cal , Ca (OH) 2 , desplazará los iones de hidrógeno de los coloides del suelo, provocando la fijación de calcio a los coloides y la evolución de CO 2 y agua, con pocos cambios permanentes en el pH del suelo.

Los anteriores son ejemplos de la amortiguación del pH del suelo. El principio general es que un aumento en un catión particular en la solución de agua del suelo hará que ese catión se fije a los coloides (tamponado) y una disminución en la solución de ese catión hará que se retire del coloide y se mueva a la solución ( amortiguado). El grado de amortiguación suele estar relacionado con la CIC del suelo; cuanto mayor es la CIC, mayor es la capacidad amortiguadora del suelo. [201]

Nutrientes [ editar ]

Diecisiete elementos o nutrientes son esenciales para el crecimiento y la reproducción de las plantas. Son carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K), azufre (S), calcio (Ca), magnesio (Mg), hierro (Fe ), boro (B), manganeso (Mn), cobre (Cu), zinc (Zn), molibdeno (Mo), níquel (Ni) y cloro (Cl). [203] [204] [205]Los nutrientes necesarios para que las plantas completen su ciclo de vida se consideran nutrientes esenciales . Los nutrientes que mejoran el crecimiento de las plantas pero que no son necesarios para completar el ciclo de vida de la planta se consideran no esenciales. Con la excepción del carbono, el hidrógeno y el oxígeno, que son suministrados por el dióxido de carbono y el agua, y el nitrógeno, que se obtiene mediante la fijación de nitrógeno , [205] los nutrientes se derivan originalmente del componente mineral del suelo. La Ley del Mínimo expresa que cuando la forma disponible de un nutriente no está en proporción suficiente en la solución del suelo, la planta no puede absorber otros nutrientes a una tasa óptima. [206]Por tanto, una proporción de nutrientes particular de la solución del suelo es obligatoria para optimizar el crecimiento de las plantas, un valor que puede diferir de las proporciones de nutrientes calculadas a partir de la composición de la planta. [207]

La absorción de nutrientes por parte de las plantas solo puede continuar cuando están presentes en una forma disponible para las plantas. En la mayoría de las situaciones, los nutrientes se absorben en forma iónica de (o junto con) el agua del suelo. Aunque los minerales son el origen de la mayoría de los nutrientes, y la mayor parte de la mayoría de los elementos nutritivos del suelo se mantiene en forma cristalina dentro de los minerales primarios y secundarios, se meteorizan con demasiada lentitud para soportar el rápido crecimiento de las plantas. Por ejemplo, la aplicación de minerales finamente molidos, feldespato y apatita , al suelo rara vez proporciona las cantidades necesarias de potasio y fósforo a una velocidad suficiente para un buen crecimiento de las plantas, ya que la mayoría de los nutrientes permanecen unidos en los cristales de esos minerales. [208]

Los nutrientes adsorbidos en las superficies de los coloides arcillosos y la materia orgánica del suelo proporcionan un depósito más accesible de muchos nutrientes vegetales (por ejemplo, K, Ca, Mg, P, Zn). A medida que las plantas absorben los nutrientes del agua del suelo, la piscina soluble se repone desde la piscina de superficie. La descomposición de la materia orgánica del suelo por microorganismos es otro mecanismo mediante el cual se repone la reserva de nutrientes solubles; esto es importante para el suministro de N, S, P y B disponibles para las plantas del suelo. [209]

Gramo por gramo, la capacidad del humus para retener nutrientes y agua es mucho mayor que la de los minerales arcillosos; la mayor parte de la capacidad de intercambio catiónico del suelo surge de los grupos carboxílicos cargados en la materia orgánica. [210] Sin embargo, a pesar de la gran capacidad del humus para retener agua una vez empapado en agua, su alta hidrofobicidad disminuye su humectabilidad . [211] En general, pequeñas cantidades de humus pueden aumentar notablemente la capacidad del suelo para promover el crecimiento de las plantas. [212] [209]

Materia orgánica del suelo [ editar ]

La materia orgánica del suelo está formada por compuestos orgánicos e incluye material vegetal, animal y microbiano, tanto vivo como muerto. Un suelo típico tiene una composición de biomasa de 70% de microorganismos, 22% de macrofauna y 8% de raíces. El componente vivo de un acre de suelo puede incluir 900 libras de lombrices de tierra, 2400 libras de hongos, 1500 libras de bacterias, 133 libras de protozoos y 890 libras de artrópodos y algas. [213]

Un pequeño porcentaje de la materia orgánica del suelo, con un tiempo de residencia pequeño , consiste en biomasa microbiana y metabolitos de bacterias, mohos y actinomicetos que trabajan para descomponer la materia orgánica muerta. [214] [215] Si no fuera por la acción de estos microorganismos, toda la parte de dióxido de carbono de la atmósfera sería secuestrada como materia orgánica en el suelo. Sin embargo, al mismo tiempo, los microbios del suelo contribuyen al secuestro de carbono en la capa superficial del suelo mediante la formación de humus estable . [216] Con el objetivo de secuestrar más carbono en el suelo para aliviar el efecto invernaderoA largo plazo, sería más eficaz estimular la humificación que reducir la descomposición de la basura . [217]

La parte principal de la materia orgánica del suelo es un conjunto complejo de pequeñas moléculas orgánicas, llamadas colectivamente humus o sustancias húmicas . El uso de estos términos, que no se basan en una clasificación química clara, se ha considerado obsoleto. [218] Otros estudios mostraron que la noción clásica de molécula no es conveniente para el humus, que escapó a la mayoría de los intentos realizados durante dos siglos para resolverlo en componentes unitarios, pero aún es químicamente distinto de los polisacáridos, ligninas y proteínas. [219]

La mayoría de los seres vivos en el suelo, incluidas las plantas, los animales, las bacterias y los hongos, dependen de la materia orgánica para obtener nutrientes y / o energía. Los suelos tienen compuestos orgánicos en diversos grados de descomposición, cuya tasa depende de la temperatura, la humedad del suelo y la aireación. Las bacterias y los hongos se alimentan de la materia orgánica cruda, de la que se alimentan los protozoos , que a su vez se alimentan de los nematodos , anélidos y artrópodos , capaces ellos mismos de consumir y transformar la materia orgánica cruda o humificada. A esto se le ha llamado la red trófica del suelo , a través de la cual se procesa toda la materia orgánica como en un sistema digestivo . [220]La materia orgánica mantiene los suelos abiertos, lo que permite la infiltración de aire y agua, y puede contener hasta el doble de su peso en agua. Muchos suelos, incluidos los desérticos y los suelos de grava rocosa, tienen poca o ninguna materia orgánica. Los suelos que son todos materia orgánica, como la turba ( histosoles ), son infértiles. [221] En su etapa más temprana de descomposición, el material orgánico original a menudo se denomina materia orgánica en bruto. La etapa final de descomposición se llama humus .

En los pastizales, gran parte de la materia orgánica que se agrega al suelo proviene de los sistemas de raíces profundas y fibrosas de las gramíneas. Por el contrario, las hojas de los árboles que caen al suelo del bosque son la principal fuente de materia orgánica del suelo en el bosque. Otra diferencia es la ocurrencia frecuente en los pastizales de incendios que destruyen grandes cantidades de material aéreo pero estimulan contribuciones aún mayores de las raíces. Además, la acidez mucho mayor bajo cualquier bosque inhibe la acción de ciertos organismos del suelo que de otra manera mezclarían gran parte de la basura superficial con el suelo mineral. Como resultado, los suelos debajo de los pastizales generalmente desarrollan un horizonte A más grueso con una distribución más profunda de materia orgánica que en suelos comparables debajo de los bosques, que característicamente almacenan la mayor parte de su materia orgánica en el suelo del bosque (O horizonte ) y delgado horizonte A. [222]

Humus [ editar ]

El humus se refiere a la materia orgánica que ha sido descompuesta por la microflora y la fauna del suelo hasta el punto en que es resistente a una mayor descomposición. El humus generalmente constituye solo el cinco por ciento del suelo o menos en volumen, pero es una fuente esencial de nutrientes y agrega importantes cualidades de textura cruciales para la salud del suelo y el crecimiento de las plantas . [223] El humus también alimenta a los artrópodos, las termitas y las lombrices de tierra que mejoran aún más el suelo. [224] El producto final, el humus, se suspende en forma coloidal en la solución del suelo y forma un ácido débil que puede atacar los minerales de silicato. [225]El humus tiene una alta capacidad de intercambio catiónico y aniónico que, en peso seco, es muchas veces mayor que la de los coloides arcillosos. También actúa como un amortiguador, como la arcilla, contra los cambios en el pH y la humedad del suelo. [226]

Los ácidos húmicos y fúlvicos , que comienzan como materia orgánica cruda, son componentes importantes del humus. Después de la muerte de plantas, animales y microbios, los microbios comienzan a alimentarse de los residuos a través de la producción de enzimas extracelulares del suelo , lo que finalmente da como resultado la formación de humus. [227] A medida que los residuos se descomponen, solo las moléculas hechas de hidrocarburos alifáticos y aromáticos , ensambladas y estabilizadas por enlaces de oxígeno e hidrógeno, permanecen en forma de complejos ensamblajes moleculares llamados colectivamente humus. [219] El humus nunca es puro en el suelo, porque reacciona con metales y arcillas para formar complejos que contribuyen aún más a su estabilidad y aestructura del suelo . [226] Si bien la estructura del humus tiene en sí misma pocos nutrientes (con la excepción de los metales constitutivos como el calcio, el hierro y el aluminio), es capaz de atraer y enlazar, mediante enlaces débiles, los nutrientes de cationes y aniones que pueden liberarse más en la solución del suelo en respuesta a la absorción selectiva de las raíces y los cambios en el pH del suelo, un proceso de suma importancia para el mantenimiento de la fertilidad en los suelos tropicales. [228]

La lignina es resistente a la degradación y se acumula en el suelo. También reacciona con proteínas , [229] lo que aumenta aún más su resistencia a la descomposición, incluida la descomposición enzimática por microbios. [230] Las grasas y ceras de la materia vegetal tienen aún más resistencia a la descomposición y persisten en los suelos durante miles de años, de ahí su uso como trazadores de vegetación pasada en capas de suelo enterradas. [231] Los suelos arcillosos a menudo tienen contenidos orgánicos más altos que persisten por más tiempo que los suelos sin arcilla, ya que las moléculas orgánicas se adhieren y son estabilizadas por la arcilla. [232] Las proteínas normalmente se descomponen con facilidad, a excepción de las escleroproteínas., pero cuando se unen a partículas de arcilla se vuelven más resistentes a la descomposición. [233] Al igual que con otras proteínas, las partículas de arcilla absorben las enzimas exudadas por los microbios, disminuyendo la actividad enzimática al tiempo que protegen las enzimas extracelulares de la degradación. [234] La adición de materia orgánica a los suelos arcillosos puede hacer que la materia orgánica y los nutrientes agregados sean inaccesibles para las plantas y los microbios durante muchos años, [ cita requerida ] mientras que un estudio mostró una mayor fertilidad del suelo luego de la adición de abono maduro a un suelo arcilloso . [235] El alto contenido de taninos del suelo puede hacer que el nitrógeno sea secuestrado como complejos resistentes de taninos y proteínas.[236] [237]

La formación de humus es un proceso que depende de la cantidad de material vegetal que se agrega cada año y del tipo de suelo base. Ambos se ven afectados por el clima y el tipo de organismos presentes. [238] Los suelos con humus pueden variar en contenido de nitrógeno, pero típicamente tienen de 3 a 6 por ciento de nitrógeno. La materia orgánica cruda, como reserva de nitrógeno y fósforo, es un componente vital que afecta la fertilidad del suelo . [221] El humus también absorbe agua y se expande y encoge entre los estados seco y húmedo en mayor medida que la arcilla, aumentando la porosidad del suelo . [239]El humus es menos estable que los componentes minerales del suelo, ya que se reduce por la descomposición microbiana y con el tiempo su concentración disminuye sin la adición de nueva materia orgánica. Sin embargo, el humus en sus formas más estables puede persistir durante siglos, si no milenios. [240] El carbón vegetal es una fuente de humus muy estable, llamado carbón negro , [241] que se había utilizado tradicionalmente para mejorar la fertilidad de suelos tropicales pobres en nutrientes. Esta práctica muy antigua, comprobada en la génesis de las tierras oscuras amazónicas , ha sido renovada y popularizada con el nombre de biochar . Se ha sugerido que el biocarbón podría usarse para secuestrar más carbono.en la lucha contra el efecto invernadero . [242]

Influencia climatológica [ editar ]

La producción, acumulación y degradación de materia orgánica dependen en gran medida del clima. La temperatura, la humedad del suelo y la topografía son los principales factores que afectan la acumulación de materia orgánica en los suelos. La materia orgánica tiende a acumularse en condiciones húmedas o frías, donde la actividad del descomponedor se ve obstaculizada por la baja temperatura [243] o el exceso de humedad, lo que da lugar a condiciones anaeróbicas. [244]Por el contrario, la lluvia excesiva y las altas temperaturas de los climas tropicales permiten una rápida descomposición de la materia orgánica y la lixiviación de los nutrientes de las plantas. Los ecosistemas forestales en estos suelos dependen del reciclaje eficiente de nutrientes y materia vegetal por parte de la planta viva y la biomasa microbiana para mantener su productividad, un proceso que se ve perturbado por las actividades humanas. [245] La pendiente excesiva, en particular en presencia de cultivos por motivos agrícolas, puede favorecer la erosión de la capa superior del suelo que contiene la mayor parte de la materia orgánica en bruto que, de otro modo, eventualmente se convertiría en humus. [246]

Residuos vegetales [ editar ]

Tipos y porcentajes típicos de componentes de residuos vegetales

  Celulosa (45%)
  Lignina (20%)
  Hemicelulosa (18%)
  Proteína (8%)
  Azúcares y almidones (5%)
  Grasas y ceras (2%)

La celulosa y la hemicelulosa se descomponen rápidamente por hongos y bacterias, con una vida media de 12 a 18 días en un clima templado. [247] Los hongos de la pudrición parda pueden descomponer la celulosa y la hemicelulosa, dejando atrás la lignina y los compuestos fenólicos . El almidón , que es un sistema de almacenamiento de energía para las plantas, sufre una rápida descomposición por bacterias y hongos. La lignina consiste en polímeros compuestos de 500 a 600 unidades con una estructura amorfa altamente ramificada, unida a celulosa, hemicelulosa y pectina en las paredes celulares de las plantas . La lignina sufre una descomposición muy lenta, principalmente porhongos de pudrición blanca y actinomicetos ; su vida media en condiciones templadas es de aproximadamente seis meses. [247]

Horizontes [ editar ]

Una capa horizontal del suelo, cuyas características físicas, composición y edad son distintas de las de arriba y de abajo, se denomina horizonte de suelo . El nombre de un horizonte se basa en el tipo de material del que está compuesto. Estos materiales reflejan la duración de procesos específicos de formación del suelo . Se etiquetan utilizando una notación abreviada de letras y números que describen el horizonte en términos de su color, tamaño, textura, estructura, consistencia, cantidad de raíces, pH, vacíos, características de los límites y presencia de nódulos o concreciones. [248] Ningún perfil de suelo tiene todos los horizontes principales. Algunos, llamados entisoles, pueden tener un solo horizonte o actualmente se considera que no tienen horizonte, en particular suelos incipientes de depósitos de desechos mineros no recuperados , [249] morrenas , [250] conos volcánicos [251] dunas de arena o terrazas aluviales . [252] Los horizontes superiores del suelo pueden faltar en suelos truncados después de la ablación por viento o agua, con el entierro concomitante de los horizontes del suelo en ladera abajo, un proceso natural agravado por prácticas agrícolas como la labranza . [253] El crecimiento de los árboles es otra fuente de perturbación, creando una heterogeneidad a microescala que todavía es visible en los horizontes del suelo una vez que los árboles han muerto. [254]Al pasar de un horizonte a otro, de arriba a abajo del perfil del suelo, se retrocede en el tiempo, con eventos pasados ​​registrados en horizontes de suelo como en capas de sedimentos . El muestreo de polen , amebas testadas y restos de plantas en los horizontes del suelo puede ayudar a revelar cambios ambientales (por ejemplo, cambio climático, cambio de uso de la tierra ) que ocurrieron en el curso de la formación del suelo. [255] Los horizontes del suelo se pueden fechar mediante varios métodos, como el radiocarbono , utilizando trozos de carbón vegetal siempre que sean del tamaño suficiente para escapar de la pedoturbación por la actividad de las lombrices de tierra y otras perturbaciones mecánicas. [256]Los horizontes de suelos fósiles de los paleosoles se pueden encontrar dentro de las secuencias de rocas sedimentarias , lo que permite el estudio de entornos pasados. [257]

La exposición del material parental a condiciones favorables produce suelos minerales que son marginalmente adecuados para el crecimiento de las plantas, como es el caso de los suelos erosionados. [258] El crecimiento de la vegetación da como resultado la producción de residuos orgánicos que caen al suelo como hojarasca para las partes aéreas de las plantas (hojarasca) o se producen directamente bajo tierra para los órganos de las plantas subterráneas (hojarasca) y luego liberan materia orgánica disuelta . [259] La capa orgánica superficial restante, llamada horizonte O , produce un suelo más activo debido al efecto de los organismos que viven en él. Los organismos colonizan y descomponen los materiales orgánicos, poniendo a disposición nutrientes de los que pueden vivir otras plantas y animales. [260]Después de un tiempo suficiente, el humus se mueve hacia abajo y se deposita en una capa superficial orgánico-mineral distintiva llamada horizonte A , en la que la materia orgánica se mezcla con materia mineral a través de la actividad de los animales excavadores, un proceso llamado pedoturbación . Este proceso natural no llega a completarse en presencia de condiciones perjudiciales para la vida del suelo como una fuerte acidez, clima frío o contaminación, derivadas de la acumulación de materia orgánica no descompuesta dentro de un solo horizonte orgánico que recubre el suelo mineral [261] y en el yuxtaposición de materia orgánica humificada y partículas minerales, sin mezcla íntima, en los horizontes minerales subyacentes. [262]

Clasificación [ editar ]

El suelo se clasifica en categorías para comprender las relaciones entre diferentes suelos y determinar la idoneidad de un suelo en una región en particular. Uno de los primeros sistemas de clasificación fue desarrollado por el científico ruso Vasily Dokuchaev alrededor de 1880. [263] Fue modificado varias veces por investigadores estadounidenses y europeos, y se convirtió en el sistema comúnmente utilizado hasta la década de 1960. Se basó en la idea de que los suelos tienen una morfología particular en función de los materiales y factores que los forman. En la década de 1960, comenzó a surgir un sistema de clasificación diferente que se centró en la morfología del suelo en lugar de los materiales parentales y los factores formadores del suelo. Desde entonces ha sufrido más modificaciones. losLa Base de referencia mundial para los recursos del suelo (WRB) [264] tiene como objetivo establecer una base de referencia internacional para la clasificación de suelos.

Usos [ editar ]

El suelo se utiliza en la agricultura, donde sirve como ancla y base de nutrientes primarios para las plantas. Los tipos de suelo y la humedad disponible determinan las especies de plantas que se pueden cultivar. La ciencia del suelo agrícola fue el dominio primordial del conocimiento del suelo, mucho antes del advenimiento de la pedología en el siglo XIX. Sin embargo, como lo demuestran la aeroponía , la acuaponía y la hidroponía , el material del suelo no es absolutamente esencial para la agricultura, y los sistemas de cultivo sin suelo se han reivindicado como el futuro de la agricultura para una humanidad en crecimiento sin fin. [265]

El material del suelo también es un componente crítico en las industrias de minería, construcción y desarrollo del paisaje. [266] El suelo sirve como base para la mayoría de los proyectos de construcción. El movimiento de grandes volúmenes de suelo puede estar involucrado en la minería a cielo abierto , la construcción de carreteras y la construcción de presas . La protección de la tierra es la práctica arquitectónica de utilizar suelo como masa térmica externa contra las paredes del edificio. Muchos materiales de construcción se basan en el suelo. La pérdida de suelo debido a la urbanización está aumentando a un ritmo elevado en muchas áreas y puede ser fundamental para el mantenimiento de la agricultura de subsistencia . [267]

Los recursos del suelo son fundamentales para el medio ambiente, así como para la producción de alimentos y fibras, ya que producen el 98,8% de los alimentos consumidos por los seres humanos. [268] El suelo proporciona minerales y agua a las plantas de acuerdo con varios procesos involucrados en la nutrición de las plantas . El suelo absorbe el agua de lluvia y la libera más tarde, evitando así inundaciones y sequías, siendo la regulación de las inundaciones uno de los principales servicios ecosistémicos que proporciona el suelo. [269] El suelo limpia el agua a medida que se filtra a través de él. [270] El suelo es el hábitat de muchos organismos: la mayor parte de la biodiversidad conocida y desconocida se encuentra en el suelo, en forma de invertebrados ( lombrices de tierra , cochinillas, milpiés , ciempiés , caracoles , babosas , ácaros , colémbolos , enquitreidos , nematodos , protistas ), bacterias , arqueas , hongos y algas ; y la mayoría de los organismos que viven por encima del suelo tienen parte de ellos ( plantas ) o pasan parte de su ciclo de vida ( insectos ) bajo tierra. [271] La biodiversidad aérea y subterránea están estrechamente interconectadas, [238] [272] lo que hace que la protección del suelode suma importancia para cualquier plan de restauración o conservación .

El componente biológico del suelo es un sumidero de carbono extremadamente importante ya que aproximadamente el 57% del contenido biótico es carbono. Incluso en los desiertos, las cianobacterias , los líquenes y los musgos forman costras biológicas del suelo que capturan y secuestran una cantidad significativa de carbono mediante la fotosíntesis . Los métodos de cultivo y pastoreo deficientes han degradado los suelos y liberado gran parte de este carbono secuestrado a la atmósfera. La restauración de los suelos del mundo podría contrarrestar el efecto del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y ralentizar el calentamiento global , al tiempo que mejora el rendimiento de los cultivos y reduce las necesidades de agua. [273] [274][275]

La gestión de residuos a menudo tiene un componente de suelo. Los campos de drenaje séptico tratan los efluentes de los tanques sépticos mediante procesos aeróbicos en el suelo. La aplicación de aguas residuales a la tierra se basa en la biología del suelo para tratar la DBO aeróbicamente . Alternativamente, los rellenos sanitarios utilizan tierra como cobertura diaria , aislando los depósitos de residuos de la atmósfera y evitando los olores desagradables. El compostaje se usa ahora ampliamente para tratar los desechos domésticos sólidos aeróbicos y los efluentes secos de los depósitos de sedimentación . Aunque el compost no es suelo, los procesos biológicos que tienen lugar durante el compostaje son similares a los que ocurren durante la descomposición.y humificación de la materia orgánica del suelo . [276]

Los suelos orgánicos, especialmente la turba , sirven como un importante recurso combustible y hortícola . Los suelos de turba también se utilizan comúnmente para la agricultura en los países nórdicos, porque los sitios de turberas, cuando se drenan, proporcionan suelos fértiles para la producción de alimentos. [277] Sin embargo, amplias áreas de producción de turba, como los pantanos de sphagnum de secano , también llamados pantanos de manta o pantanos elevados , ahora están protegidas debido a su interés patrimonial. Por ejemplo, Flow Country , que cubre 4.000 kilómetros cuadrados de extensión ondulada de turberas en Escocia, es ahora candidato para ser incluido en la Lista del Patrimonio Mundial . Bajo la actualidadSe cree que los suelos de turba del calentamiento global están involucrados en un proceso de autorrefuerzo ( retroalimentación positiva ) de aumento de la emisión de gases de efecto invernadero ( metano y dióxido de carbono ) y aumento de la temperatura, [278] un argumento que todavía está en debate cuando se reemplaza a escala de campo e incluyendo el crecimiento de plantas estimuladas. [279]

La geofagia es la práctica de comer sustancias similares al suelo. Tanto los animales como los humanos ocasionalmente consumen tierra con fines medicinales, recreativos o religiosos. [280] Se ha demostrado que algunos monos consumen tierra, junto con su alimento preferido ( follaje de árboles y frutos ), para aliviar la toxicidad de los taninos . [281]

Los suelos filtran y purifican el agua y afectan su química. El agua de lluvia y el agua acumulada de estanques, lagos y ríos se filtran a través de los horizontes del suelo y los estratos rocosos superiores , convirtiéndose así en agua subterránea . Las plagas ( virus ) y contaminantes , como contaminantes orgánicos persistentes ( pesticidas clorados , bifenilos policlorados ), aceites ( hidrocarburos ), metales pesados ​​( plomo , zinc , cadmio ) y el exceso de nutrientes ( nitratos , sulfatos , fosfatos ) son filtrados por el tierra.[282] Los organismos del suelo los metabolizan o inmovilizan en su biomasa y necromasa, [283] incorporándolos así al humus estable. [284] La integridad física del suelo también es un requisito previo para evitar deslizamientos de tierra en paisajes accidentados. [285]

Degradación [ editar ]

La degradación de la tierra se refiere a un proceso natural o inducido por el hombre que afecta la capacidad de funcionamiento de la tierra . [286] La degradación del suelo implica acidificación , contaminación , desertificación , erosión o salinización . [287]

La acidificación del suelo es beneficiosa en el caso de los suelos alcalinos , pero degrada la tierra cuando reduce la productividad de los cultivos , la actividad biológica del suelo y aumenta la vulnerabilidad del suelo a la contaminación y la erosión . Los suelos son inicialmente ácidos y permanecen así cuando sus materiales parentales son bajos en cationes básicos ( calcio , magnesio , potasio y sodio ). En los materiales parentales más ricos en minerales resistentes a la intemperie, la acidificación se produce cuando se lixivian cationes básicos.del perfil del suelo por lluvia o exportado por la recolección de cultivos forestales o agrícolas. La acidificación del suelo se acelera mediante el uso de fertilizantes nitrogenados formadores de ácido y por los efectos de la precipitación ácida . La deforestación es otra causa de acidificación del suelo, mediada por una mayor lixiviación de nutrientes del suelo en ausencia de copas de árboles . [288]

La contaminación del suelo a niveles bajos a menudo está dentro de la capacidad del suelo para tratar y asimilar el material de desecho . La biota del suelo puede tratar los desechos transformándolos, principalmente a través de la actividad enzimática microbiana . [289] La materia orgánica del suelo y los minerales del suelo pueden adsorber el material de desecho y disminuir su toxicidad , [290] aunque cuando están en forma coloidal pueden transportar los contaminantes adsorbidos a ambientes subterráneos. [291] Muchos procesos de tratamiento de desechos se basan en esta biorremediación natural.capacidad. Exceder la capacidad de tratamiento puede dañar la biota del suelo y limitar su función. Los suelos abandonados se producen cuando la contaminación industrial u otras actividades de desarrollo dañan el suelo hasta tal punto que no se puede utilizar de forma segura o productiva. La remediación de suelos abandonados utiliza principios de geología, física, química y biología para degradar, atenuar, aislar o eliminar los contaminantes del suelo para restaurar las funciones y los valores del suelo . Las técnicas incluyen lixiviación , burbujeo de aire , acondicionadores de suelo , fitorremediación , biorremediación y atenuación natural monitoreada (MNA) . Un ejemplo de contaminación difusa con contaminantes esAcumulación de cobre en viñedos y huertos a los que se aplican repetidamente fungicidas, incluso en agricultura ecológica . [292]

Desertificación

La desertificación es un proceso ambiental de degradación de los ecosistemas en las regiones áridas y semiáridas, a menudo causado por actividades humanas mal adaptadas, como el pastoreo excesivo o la recolección excesiva de leña . Es un error común pensar que la sequía causa desertificación. [293] Las sequías son comunes en tierras áridas y semiáridas. Las tierras bien administradas pueden recuperarse de la sequía cuando vuelven las lluvias. Las herramientas de manejo del suelo incluyen el mantenimiento de los niveles de nutrientes y materia orgánica del suelo, reducción de la labranza y aumento de la cobertura. [294]Estas prácticas ayudan a controlar la erosión y a mantener la productividad durante los períodos en los que hay humedad disponible. Sin embargo, el continuo abuso de la tierra durante las sequías aumenta la degradación de la tierra. El aumento de la presión de la población y el ganado en las tierras marginales acelera la desertificación. [295] Ahora se cuestiona si el calentamiento climático actual favorecerá o desfavorecerá la desertificación, con informes contradictorios sobre las tendencias de lluvia previstas asociadas con el aumento de la temperatura y fuertes discrepancias entre las regiones, incluso en el mismo país. [296]

Control de la erosión

La erosión del suelo es causada por el agua , el viento , el hielo y el movimiento en respuesta a la gravedad . Puede ocurrir más de un tipo de erosión simultáneamente. La erosión se distingue de la meteorización , ya que la erosión también transporta el suelo erosionado lejos de su lugar de origen (el suelo en tránsito puede describirse como sedimento ). La erosión es un proceso natural intrínseco, pero en muchos lugares aumenta enormemente por la actividad humana, especialmente las prácticas inadecuadas de uso de la tierra . [297] Estas incluyen actividades agrícolas que dejan el suelo desnudo durante épocas de fuertes lluvias o vientos fuertes, pastoreo excesivo ,deforestación y actividad de construcción inadecuada . Una gestión mejorada puede limitar la erosión. Las técnicas de conservación del suelo que se emplean incluyen cambios de uso de la tierra (como reemplazar cultivos propensos a la erosión con pasto u otras plantas que se unen al suelo), cambios en el momento o tipo de operaciones agrícolas, construcción de terrazas , uso de materiales de cobertura que suprimen la erosión ( incluidos los cultivos de cobertura y otras plantas ), limitando las perturbaciones durante la construcción y evitando la construcción durante los períodos propensos a la erosión y en lugares propensos a la erosión, como las pendientes pronunciadas. [298]Históricamente, uno de los mejores ejemplos de erosión del suelo a gran escala debido a prácticas inadecuadas de uso de la tierra es la erosión eólica (el llamado tazón de polvo ) que arruinó las praderas estadounidenses y canadienses durante la década de 1930, cuando agricultores inmigrantes, alentados por el gobierno federal de ambos países, se asentaron y convirtieron la pradera de pasto corto original en cultivos agrícolas y ganadería .

Un problema grave y prolongado de erosión hídrica se produce en China , en el curso medio del río Amarillo y el curso superior del río Yangtze . Desde el río Amarillo, más de 1.600 millones de toneladas de sedimentos fluyen cada año hacia el océano. El sedimento se origina principalmente por la erosión hídrica (erosión por barrancos) en la región de la meseta de Loess en el noroeste de China. [299]

La tubería del suelo es una forma particular de erosión del suelo que ocurre debajo de la superficie del suelo. [300] Causa la falla de diques y presas , así como la formación de sumideros . El flujo turbulento elimina el suelo comenzando en la boca del flujo de filtración y la erosión del subsuelo avanza en pendiente ascendente. [301] El término ebullición de arena se utiliza para describir la apariencia del extremo de descarga de una tubería de tierra activa. [302]

La salinización del suelo es la acumulación de sales libres hasta tal punto que conduce a la degradación del valor agrícola de los suelos y la vegetación. Las consecuencias incluyen daños por corrosión , crecimiento reducido de las plantas, erosión debido a la pérdida de la cubierta vegetal y la estructura del suelo y problemas de calidad del agua debido a la sedimentación . La salinización se produce debido a una combinación de procesos naturales y provocados por el hombre. Las condiciones áridas favorecen la acumulación de sal. Esto es especialmente evidente cuando el material parental del suelo es salino. El riego de tierras áridas es especialmente problemático. [303]Toda el agua de riego tiene algún nivel de salinidad. El riego, especialmente cuando se trata de fugas de canales y riego excesivo en el campo, a menudo eleva el nivel freático subyacente . La salinización rápida ocurre cuando la superficie de la tierra está dentro de la franja capilar del agua subterránea salina . El control de la salinidad del suelo implica el control del nivel de agua y el enjuague con niveles más altos de agua aplicada en combinación con drenaje de baldosas u otra forma de drenaje subterráneo . [304] [305]

Reclamación [ editar ]

Los suelos que contienen altos niveles de arcillas particulares con altas propiedades de hinchamiento, como las esmectitas , suelen ser muy fértiles. Por ejemplo, los arrozales ricos en esmectitas de las llanuras centrales de Tailandia se encuentran entre los más productivos del mundo. Sin embargo, el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados minerales y pesticidas en la producción intensiva de arroz de regadío ha puesto en peligro estos suelos, lo que ha obligado a los agricultores a implementar prácticas integradas basadas en los Principios Operativos de Reducción de Costos (CROP). [306]

Sin embargo, muchos agricultores de áreas tropicales luchan por retener la materia orgánica y la arcilla en los suelos en los que trabajan. En los últimos años, por ejemplo, la productividad ha disminuido y la erosión del suelo ha aumentado en los suelos poco arcillosos del norte de Tailandia, tras el abandono de la agricultura migratoria por un uso más permanente de la tierra. [307] Los agricultores respondieron inicialmente agregando materia orgánica y arcilla del material de los montículos de termitas , pero esto era insostenible a largo plazo debido a la rarefacción de los montículos de termitas. Los científicos experimentaron con la adición de bentonita , una de las arcillas de la familia de las esmectitas, al suelo. En ensayos de campo, realizados por científicos del Instituto Internacional de Gestión del Agua.en cooperación con la Universidad de Khon Kaen y los agricultores locales, esto tuvo el efecto de ayudar a retener agua y nutrientes. Complementar la práctica habitual del agricultor con una sola aplicación de 200 kg de bentonita por rai (6.26 rai = 1 hectárea) resultó en un aumento promedio del rendimiento del 73%. [308] Otros estudios mostraron que la aplicación de bentonita a suelos arenosos degradados redujo el riesgo de pérdida de cosechas durante los años de sequía. [309]

En 2008, tres años después de las pruebas iniciales, los científicos de IWMI realizaron una encuesta entre 250 agricultores en el noreste de Tailandia, la mitad de los cuales habían aplicado bentonita en sus campos. La mejora promedio para quienes usaron la adición de arcilla fue un 18% más alta que para quienes no usaron arcilla. El uso de la arcilla permitió a algunos agricultores cambiar al cultivo de hortalizas, que necesitan un suelo más fértil. Esto ayudó a incrementar sus ingresos. Los investigadores calcularon que 200 agricultores en el noreste de Tailandia y 400 en Camboya habían adoptado el uso de arcillas, y que otros 20.000 agricultores conocieron la nueva técnica. [310]

Si el suelo es demasiado alto en arcilla o sales (por ejemplo, suelo sódico salino ), la adición de yeso , arena de río lavada y materia orgánica (por ejemplo, desechos sólidos urbanos ) equilibrará la composición. [311]

Agregar materia orgánica, como madera astillada ramial o compost , al suelo que está agotado en nutrientes y demasiado alto en arena aumentará su calidad y mejorará la producción. [312] [313]

Se debe hacer una mención especial al uso de carbón vegetal , y más en general biocarbón para mejorar suelos tropicales pobres en nutrientes, un proceso basado en la mayor fertilidad de las Tierras Oscuras Amazónicas precolombinas antropogénicas , también llamadas Terra Preta de Índio, debido a sus interesantes características físicas. y propiedades químicas del carbono negro del suelo como fuente de humus estable . [314]

Historia de estudios e investigaciones [ editar ]

La historia del estudio del suelo está íntimamente ligada a la urgente necesidad de los seres humanos de proveerse de alimento y forraje para sus animales. A lo largo de la historia, las civilizaciones han prosperado o declinado en función de la disponibilidad y productividad de sus suelos. [315]

Estudios de fertilidad del suelo [ editar ]

Al historiador griego Jenofonte (450-355 a. C. ) se le atribuye el mérito de ser el primero en exponer los méritos de los cultivos de abono verde: "Pero entonces, cualquier maleza que haya en el suelo, convertida en tierra, enriquece el suelo tanto como el estiércol. " [316]

Columella 's Of ganadería , alrededor del 60 d.C. , defendía el uso de la cal y que el trébol y la alfalfa ( abono verde ) debían transformarse, [317] y fue utilizado por 15 generaciones (450 años) bajo el Imperio Romano hasta su colapso. [316] [318] Desde la caída de Roma hasta la Revolución Francesa , el conocimiento del suelo y la agricultura se transmitió de padres a hijos y, como resultado, los rendimientos de las cosechas fueron bajos. Durante la Edad Media europea , el manual de Yahya Ibn al-'Awwam , [319]con su énfasis en el riego, guió a los pueblos del norte de África, España y Oriente Medio ; una traducción de esta obra finalmente se llevó al suroeste de los Estados Unidos cuando estaba bajo la influencia española. [320] Olivier de Serres , considerado el padre de la agronomía francesa , fue el primero en sugerir el abandono del barbecho y su sustitución por prados de heno dentro de las rotaciones de cultivos , y destacó la importancia del suelo (el terruño francés ) en la gestión de viñedos . Su famoso libro Le Théâtre d'Agriculture et mesnage des champs [321]contribuyó al auge de la agricultura moderna y sostenible y al colapso de antiguas prácticas agrícolas como la enmienda del suelo para los cultivos mediante el levantamiento de la basura forestal y el asalto , que arruinó los suelos de Europa occidental durante la Edad Media e incluso más tarde según las regiones. [322]

Los experimentos sobre lo que hizo que las plantas crecieran primero llevaron a la idea de que la ceniza que quedaba cuando se quemaba la materia vegetal era el elemento esencial, pero se pasaba por alto el papel del nitrógeno, que no se deja en el suelo después de la combustión, una creencia que prevaleció hasta el siglo XIX. . [323] Aproximadamente en 1635, el químico flamenco Jan Baptist van Helmont pensó que había demostrado que el agua era el elemento esencial de su famoso experimento de cinco años con un sauce cultivado solo con la adición de agua de lluvia. Su conclusión vino del hecho de que el aumento en el peso de la planta aparentemente se había producido solo por la adición de agua, sin reducción del peso del suelo. [324] [325] [326] John Woodward(m. 1728) experimentó con varios tipos de agua, desde limpia hasta fangosa, y encontró que el agua fangosa era la mejor, por lo que concluyó que la materia terrosa era el elemento esencial. Otros concluyeron que era humus en el suelo lo que pasaba algo de esencia a la planta en crecimiento. Otros sostenían que el principio vital del crecimiento era algo que se pasaba de plantas o animales muertos a plantas nuevas. A principios del siglo XVIII, Jethro Tull demostró que era beneficioso cultivar (remover) la tierra, pero su opinión de que la remoción hacía que las partes finas del suelo estuvieran disponibles para la absorción de las plantas era errónea. [325] [327]

A medida que se desarrolló la química, se aplicó a la investigación de la fertilidad del suelo . El químico francés Antoine Lavoisier mostró alrededor de 1778 que las plantas y los animales deben [quemar] oxígeno internamente para vivir y pudo deducir que la mayor parte del peso de 165 libras del sauce de van Helmont provenía del aire. [328] Fue el agricultor francés Jean-Baptiste Boussingault quien mediante experimentación obtuvo evidencias que demostraban que las principales fuentes de carbono, hidrógeno y oxígeno para las plantas eran el aire y el agua, mientras que el nitrógeno se extraía del suelo. [329] Justus von Liebig en su libro La química orgánica en sus aplicaciones a la agricultura y la fisiología(publicado en 1840), afirmó que los productos químicos en las plantas deben provenir del suelo y el aire y que para mantener la fertilidad del suelo, los minerales usados ​​deben ser reemplazados. [330] Sin embargo, Liebig creía que el nitrógeno se suministraba desde el aire. El enriquecimiento del suelo con guano por los incas fue redescubierto en 1802, por Alexander von Humboldt . Esto llevó a su minería y la del nitrato chileno ya su aplicación al suelo en los Estados Unidos y Europa después de 1840. [331]

El trabajo de Liebig supuso una revolución para la agricultura, por lo que otros investigadores comenzaron a experimentar basándose en él. En Inglaterra, John Bennet Lawes y Joseph Henry Gilbert trabajaron en la Estación Experimental Rothamsted , fundada por el primero, y (re) descubrieron que las plantas tomaban nitrógeno del suelo y que las sales debían estar en un estado disponible para ser absorbidas por las plantas. Sus investigaciones también produjeron el superfosfato , que consiste en el tratamiento ácido de la roca fosfórica. [332] Esto condujo a la invención y el uso de sales de potasio (K) y nitrógeno (N) como fertilizantes. El amoníaco generado por la producción de coque se recuperó y se utilizó como fertilizante. [333]Finalmente, se entendió la base química de los nutrientes que se entregan al suelo en el estiércol y, a mediados del siglo XIX, se aplicaron fertilizantes químicos. Sin embargo, la interacción dinámica del suelo y sus formas de vida aún estaba pendiente de ser descubierta.

En 1856, J. Thomas Way descubrió que el amoníaco contenido en los fertilizantes se transformaba en nitratos, [334] y veinte años más tarde Robert Warington demostró que esta transformación la realizaban organismos vivos. [335] En 1890 Sergei Winogradsky anunció que había encontrado la bacteria responsable de esta transformación. [336]

Se sabía que ciertas leguminosas podían absorber nitrógeno del aire y fijarlo al suelo, pero fue necesario el desarrollo de la bacteriología hacia finales del siglo XIX para comprender el papel que desempeñan las bacterias en la fijación de nitrógeno . La simbiosis de bacterias y raíces de leguminosas, y la fijación de nitrógeno por las bacterias, fueron descubiertas simultáneamente por el agrónomo alemán Hermann Hellriegel y el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck . [332]

La rotación de cultivos , la mecanización y los fertilizantes químicos y naturales llevaron a duplicar los rendimientos de trigo en Europa occidental entre 1800 y 1900. [337]

Estudios de formación de suelos [ editar ]

Los científicos que estudiaron el suelo en relación con las prácticas agrícolas lo habían considerado principalmente como un sustrato estático. Sin embargo, el suelo es el resultado de la evolución de materiales geológicos más antiguos, bajo la acción de procesos bióticos y abióticos . Después de que comenzaron los estudios de mejora del suelo, otros investigadores comenzaron a estudiar la génesis del suelo y, como resultado, también los tipos y clasificaciones de suelo.

En 1860, en Mississippi, Eugene W. Hilgard (1833-1916) estudió la relación entre el material rocoso, el clima, la vegetación y el tipo de suelos que se desarrollaron. Se dio cuenta de que los suelos eran dinámicos y consideró la clasificación de los tipos de suelo. [338] Desafortunadamente, su trabajo no continuó. Aproximadamente al mismo tiempo, Friedrich Albert Fallou describía los perfiles del suelo y relacionaba las características del suelo con su formación como parte de su trabajo profesional de evaluación de bosques y tierras agrícolas para el principado de Sajonia . Su libro de 1857, Anfangsgründe der Bodenkunde (Primeros principios de la ciencia del suelo) estableció la ciencia moderna del suelo. [339]Contemporáneo con el trabajo de Fallou, e impulsado por la misma necesidad de evaluar con precisión la tierra para una tributación equitativa, Vasily Dokuchaev dirigió un equipo de científicos del suelo en Rusia que realizó un extenso estudio de suelos, observando que rocas básicas similares, clima y tipos de vegetación conducen a similares capas y tipos de suelos, y estableció los conceptos para las clasificaciones de suelos. Debido a las barreras del idioma, el trabajo de este equipo no se comunicó a Europa occidental hasta 1914 a través de una publicación en alemán de Konstantin Glinka , miembro del equipo ruso. [340]

Curtis F. Marbut , influenciado por el trabajo del equipo ruso, tradujo la publicación de Glinka al inglés, [341] y cuando fue puesto a cargo del Estudio Cooperativo Nacional de Suelos de Estados Unidos , lo aplicó a un sistema nacional de clasificación de suelos. [325]

Ver también [ editar ]

  • Suelo de sulfato ácido
  • Agrofísica
  • Corteza
  • Ciencia de la agricultura
  • Factores que afectan la permeabilidad de los suelos.
  • Índice de artículos relacionados con el suelo
  • Hongos micorrízicos y almacenamiento de carbono en el suelo
  • Capacidad de contracción-hinchamiento
  • Biodiversidad del suelo
  • Licuefacción del suelo
  • Ecuación de la velocidad de la humedad del suelo
  • Zoología del suelo
  • Museo Mundial del Suelo

Referencias [ editar ]

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