CAPACIDAD DE INTERCAMBIO

CAPACIDAD DEINTERCAMBIO

COLOIDES

CARGAS NEGATIVAS

CARGAS POSITIVAS

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICA

INORGANICOS ORGANICOS

-ARCILLAS -OXIDOS DE Fe Y Al -ALOFANO

HUMUS

Intercambio catiónico

Definición: proceso a través del cual los cationes retenidos por los coloides de suelo pueden ser liberados a la solución, y un ion presente en la solución pasa a ser retenido por el coloide.

Importancia agronómica: determina la capacidad del suelo (poder buffer) de responder frente a cambios en la composición catiónica de la solución, asegurando la nutrición de las plantas

Características del intercambio catiónico

Regulado por la ley de acción de masas

Micela-Ca++ + 2Na+ Micela-2Na+ + Ca++

Generalmente equivalencia química Proceso reversibleLímite generalmente netoEquilibrio rápido y dinámico - intercambio

continuo

1 meq de un elemento X = 1 me de un elemento Y

Estructura de las unidades básicas de arcillas: (a) octahédrica, (b) capa octahédrica, (c) tetrahédrica y (d) capa tetrahédrica.

-INESTABILIDAD -POTENCIAL NUTRICIONAL

SUSTITUCION ISOMORFICA

NATURALEXPONTANEAIRREVERSIBLE

TETRAEDROS DE Si=0.042nm

TETRAEDROS DE Al=0.051 nm

SUST.ISOMORF

3+Al

SUSTITUCION ISOMORFICA

ARCILLAS

FILOSILICATOS

TIE

MP

O

MINERALES PRIMARIOS

ARCILLAS 2:1

ARCILLAS 1:1

OXIDOS DE Fe y Al

PR

EC

IPIT

AC

ION

+ T

EM

PE

RA

TU

RA

ORDEN DE SUELOS

MINERALES DOMINANTES

METEORIZACION

MOLLISOLS FELDESPATOS, VERMICULITA

SIO2

VERTISOLS SMECTITAS

SIO2

INCEPTISOLS SMECTITAS, CAOLINITAS

SIO2

ALFISOLS CAOLINITAS, SMECTITAS

SIO2

ULTISOLS CAOLINITAS, SESQUIOXIDOS

SIO2

OXISOLS SESQUIOXIDOS, CAOLINITAS

MENOS

MAYOR

DESILICACION

SUPERFICIE ESPECÍFICA

Caolinita de elevada cristalinidad hasta 15 m2/g Caolinita de baja cristalinidad hasta 50 m2/g Halloisita hasta 60 m2/g Illita hasta 50 m2/g Montmorillonita 80-300 m2/g Sepiolita 100-240 m2/g Paligorskita 100-200 m2/g  

CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO

Caolinita: 3-5 Halloisita: 10-40

Illita: 10-50 Clorita: 10-50

Vermiculita: 100-200 Montmorillonita: 80-200

Sepiolita-paligorskita: 20-35

CAPACIDAD DE ABSORCIÓN HIDRATACIÓN E

HINCHAMIENTO

PLASTICIDAD TIXOTROPÍA

CARACTERISTICAS GENERALES

DE LAS ARCILLAS

Características de cargas de coloides representativos.

TIPO DE COLOIDE

CARGA NEGATIVA CARGA POSITIVA cmol / kg

Premanente cmol/kg

Constante %

Variable %

ORGANICO 200 10 90 0

SMECTITA 100 95 5 0

VERMICULITA

150 95 5 0

MICA FINA 30 80 20 0

CLORITA 30 80 20 0

CAOLINITA 8 5 95 2

HALLOYSITA*

18 33 67 15

GIBBSITA 4 0 100 5

GOETITA 4 0 100 5

ALOFANA* 51 20 80 17

TURBA* 136 28 72 6

FUENTE: BRADY 1990 * CITADO EN SANCHEZ PEDRO 1976

Origen de las cargas en coloides orgánicos:

•compuestos de estructura variable, compleja, poco definida

•- compuestos inestables

•- tamaño de micelas pequeño

• - grupos carboxilo --COOH

• - grupos fenólicos --OH

• - grupos enólicos --OH

CARGA PERMANENTE

FRACCION ORGANICA

FRACCION INORGANICA

CARGA EN FUNCION DEL pH o VARIABLE

CIC

me/100g

pH4.0 7.0

pH CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA cmol(+) kg-1

MO ARCILLA SUELO

2.5 36 38 5.8

3.5 73 46 7.5

5.0 127 54 9.7

6.0 131 56 10.8

7.0 163 60 12.3

8.0 213 64 14.8

PRATT AND BAIR, 1962

pH 4.0 pH + 7.0

AcNH4+ BUFERADA o TAMPONADA A pH 7.0

K Ca Al Al Ca Ca Ca Ca K

Al Mg Al Al Mg Ca k Mg Ca

OH OH O-(1)

Si Si Si

OH(+½H) OH O(-½)

Al Al Al

OH((+½H) OH OH(-½)

H+ OH-

CARACTERISTICA ANFOTERICA

S

M

x

DOBLE CAPA DIFUSA

 

CAPACIDAD TAMPÓN

Solución y oxidación de pirita y otros sulfuros

pH : 2-4

Compuestos alumínicos pH : 4-5.5

Complejo de cambio pH : 5.5-6.8

Materia orgánica y minerales pH : 6.8-7.2

Carbonatos de Ca y Mg pH : 7.2-8.5

Sodio de cambio y carbonato sódico sólido

pH : 8.5-10.5

RETENCION DE CATIONES•CARACTERISTICAS DE INTERCAMBIADOR

MATERIA ORGANICA :Na < K < NH4+ <Mg< Ca < Ba < Mn

CAOLINITA : Na < H < K < Mg < Ca

MONTMORILLONITA :Na < K < H < Mg < Ca

MICA : Na < Mg < Ca < K < H

Ac. HUMICO : Na < K < Mg < Ca < H

REDUCCION EN LA RELATIVA FACILIDAD DE DESPLAZAMIENTO

•CARACTERISTICAS DEL ELEMENTO

-VALENCIA : CATIONES DE MAYOR VALENCIA SON MAS FUERTEMENTE RETENIDOS.

-DIAMETRO EFECTIVO E HIDRATACION: LOS CATIONES DE MENOR DIAMETRO SON MAS HIDRATADOS POR LO QUE SON MENOS FUERTEMENTE RETENIDOS

H+>Al+++>Ca++>Mg++>K+>NH4+>Na+>Li+

MATERIA ORGANICA

DEL SUELO

Origen de las cargas en óxidos e hidróxidos:

- AlOH + H+ AlOH2+

carga dependiente del pH o de tipo variable

Cationes de intercambio: son los cationes asociados al suelo que pueden intercambiarse con los de la solución sin que se descompongan los sólidos del

suelo

a) Bases de intercambio: le confieren al suelo un carácter básico : Ca++, Mg++, K+ y Na+

b) Aluminio (Al+++ ) o acidez intercambiable: el Al hexahidratado, le confiere al suelo acidez, pudiendo ceder protones por disociación de sus moléculas de agua

Terminologías

A pH > O IGUAL A 7.0 V ES 100%

RETENCION DE ANIONES

•RUPTURA DE ENLACES Si-O

Al – OH

OH

•CARACTER ANFOTERICO DE LOS COLOIDES:

VARIA DE ACUERDO CON EL COMPUESTO, PUES CADA UNO DE ELLOS PRESENTA UN DETERMINADO pH PARA MANIFESTAR SU CARÁCTER ANFOTERICO

DOBLE CAPA DIFUSA

LOS ANIONES SON ADSORBIDOS COMO EFECTO RESIDUAL DE LA DESORCION DE CATIONES

OXISOL cmol(+)/kg INCEPTISOL cmol(+)/kg

pH Cl- SO42- PO4

3- pH Cl- SO42-

6.7 0.3 2.0 41.2 6.8 0 22.0

5.8 2.4 7.1 50.8 5.6 0 36.5

4.0 6.0 ----- 88.2 4.0 0.05 47.4

RESUMEN DE LAS RELACIONES.

REACCION DEL SUELO o pH DEL SUELO

pH DEL SUELO Y DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES

Valor óptimo de pH: 5 – 6 Máxima disponibilidad de nutrientes

Valores altos de pH: Disponibilidad reducida de nutrientes

Valores bajos de pH: Disponibilidad reducida de nutrientes

Niveles tóxicos de Al, Mn

RESPUESTA DE ALGUNOS CULTIVOS A LA APLICACION DE NUTRIENTES

Cultivo N P K Ca Mg Fe Cu Zn Mn BBrocoli A A A M M A M M M MTomate A A A A M A M M M MEspárrago A M A M M M B B B MPimiento A M A M M B B B M BArroz A M M B B A M A A MMaíz A M B B B M M A B BPapa A A A M M M M M M BCítricos A A A M M A A A A BVid A A A M M A B M A MA: Alta ; B: Baja : M: Media

SALES SOLUBLES ACIDAS,BASICAS O NEUTRAS QUE APARECEN POR: -METEORIZACION DE MINERALES -MINERALIZACION DE LA MO -AGUA DE RIEGO -ADICION DE FERTILIZANTES -ESTADO OXIDO REDUCTIVO

OXIDOS DE Fe, Al, QUE EN MEDIO ACIDO PUEDEN MODIFICAR EN FORMA SIGNIFICA EL pH

EL HUMUS QUE TIENE GRUPOS FUNCIONALES DEL TIPO: CARBOXILIXCOS, FENOLICOS, ENOLICOS, etc

PRODUCCIÓN DE CO2

QUE PASA A H2CO3GENERANDO

HIDROGENIONES

PRESENCIA DE ACIDOS ORGANICOS DE BAJO PESO MOLECULAR, ACETICO, CÍTRICO, etc

PRESENCIA DE ACIDOS FUERTES COMO EL SULFURICO, NITRICO, POR ACTIVIDAD MICROBIAL

FACTORES QUE AFECTAN EL pH

pH crítico y óptimo

 Especie pH Crítico pH Optimo

 Papa 5 5,4

 Avena 5,3 5,8

 Maíz 5,5 6,1

 Soja 5,8 6,4

 Alfalfa 6,1 6,7

Nivel de rendimiento en función del pH edáfico

 EspeciepH

4,7 5 5,7 6,8 7,5

 Maíz 34% 73% 83% 100% 85%

 Soja 65% 70% 80% 100% 93%

 Alfalfa -- -- 42% 100% 100%

NIVEL DE RENDIMIENTO EN FUNCIÓN DEL pH EDÁFICO

 ESPECIEpH

4,7 5 5,7 6,8 7,5

 Maíz 34% 73% 83% 100% 85%

 Soja 65% 70% 80% 100% 93%

 Alfalfa -- -- 42% 100% 100%

BAJA PRECIPITACION

ALTA

EVAPO.

SUELO:ALTO MOVIMIENTO ASCENDENTE DE LA SOLUCION SUELO

SUELOS POCOEVOLUCIONADOS

pH NEUTROS A BASICOS

SALINIDAD

CLORUROS: ClNa, CaCl2 ,

MgCl2, KCl

SULFATOS:MgSO4, Na2SO4,

NITRATO: NaNO3,

KNO3

CARBONATOS:Na2CO3

BICARBONATOS:NaCO3H

SALES MAS COMUNES

SALINIDAD

DESORDENES FISIOLOGICOS:PRESENCIA DE IONES, ENZIMAS, ORGANELOS

DESEQUILIBRIOS IONICOS:REDUCCION SIGNIFICATIVA EN EL RECICLAJE DE LIPIDOS

REDUCCION DEL POTENCIAL.AJUSTE OSMOTICO

ASIMILACION DE CO2

SINTESIS DE PROTEINAS: FALTA DE AGUA O TOXICIDAD DE UN ION ESPECIFICO

RESPIRACION: A > TASA = > GASTO DE GLUCOSA

RECICLADO DE HORMONAS:< SINTESIS DE CITOQUININAS,> SINTESIS DE Ac ABSICICO, < TRANSPORTE DE CITOQUININAS A LAS PARTES AEREAS

EFECTO DE LAS SALES EN LA BOMBA DE PROTONES(ATPasa)DEL TONOPLASTO – Mettler et al 1982-

ION MONOVALENTE SAL – 10 mM

ESTIMULACION ATP-asa - % DEL CONTROL

TESTIGO 10

KCl- CONTROL 100

NaCl 102

NaBr 87

KNO3 21

K2SO4 3

http://www.miliarium.com/Welcome.asp

GUÍA PARA LA INTERPRETACIÓN DEL AGUA DE RIEGO (Ayres and Westcot, 1985. FAO)

Problema Potencial Unidades Grado de Restricción de Uso

Ninguno Ligero a Moderado Severo

Salinidad (afecta la disponibilidad de agua al cultivo)

C.E.w. * dS/m < 0.7 0.7 – 3.0 > 3.00

TSD mg/l < 450 450 – 2000 > 2000

Infiltración (afecta la tasa de infiltración del aguaen el suelo)

SAR = 0 – 3 y C.E. w   > 7 0.7 – 0.2 < 0.2

= 3 – 6   > 1.2 1.2 – 0.3 < 0.3

= 6 – 9   > 1.9 1.9 – 0.5 < 0.5

= 12 – 20   > 2.9 2.9 – 1.3 < 1.3

= 20 – 40   > 5.0 5.0 – 2.9 < 2.9

Toxicidad Ión Específico (afecta la sensibilidad del cultivo)

Sodio (Na+) SAR < 3 3 – 9 > 9

Cloro (Cl-) meq/l < 4 4 – 10 > 10

Boro (B) mg/l < 0.7 0.7 – 3.0 > 3.0

Efectos Misceláneos(afecta la suceptibilidad del cultivo)

Nitrógeno (N-NO3-)       >30

Bicarbonato (HCO3-) mg/l < 5 5 – 30 >8.5

pH meq/l < 1.5 1.5 – 8.5  

  Rango Normal 6.5 – 8.4

CONCENTRACIONES MÁXIMAS DE ELEMENTOS TRAZA EN AGUAS DE RIEGO

Elemento

Concentración máxima

recomendada (mg/l)

Efectos

Al (aluminio)

5,0Puede causar la improductividad en suelos ácidos, pero en suelos alcalinos el ion

precipita desapareciendo toda posible toxicidad (pH > 5,5).

As (arsénico)

0,10La toxicidad para las plantas varía ampliamente, entre los 12 mg/l para la especie

Sudan grass y los 0,05 mg/l para el arroz.

Be (berilio) 0,10La toxicidad para las plantas varía ampliamente, entre los 5 mg/l para la col rizada y

los 0,05 mg/l para algunas clases de judías.

Cd (cadmio)

0,01

Tóxico para las judías, remolachas y nabos a concentraciones bajas de hasta 0,1 mg/l en soluciones de nutrientes. Se recomienda adoptar límites conservadores debido al

potencial de acumulación en plantas y suelos hasta alcanzar concentraciones que pueden resultar dañinas para el hombre.

Co (cobalto) 0,05Tóxico para los tomates a concentraciones de 0,1 mg/l en soluciones de nutrientes. Su

efecto tiende a quedar anulado en suelos neutros y alcalinos.

Cr (cromo) 0,10No está generalmente reconocido como elemento esencial de crecimiento. Se

recomienda adoptar límites conservadores debido a la falta de conocimiento de sus efectos tóxicos sobre las plantas.

Cu (cobre) 0,20Tóxico para varias plantas a concentraciones entre 0,1 y 1,0 mg/l en soluciones de

nutrientes.

F (flúor) 1,0 Sus efectos quedan neutralizados en suelos neutros y alcalinos.

Fe 5,0

En suelos aireados no es tóxico para las plantas, pero puede contribuir a la acidificación del suelo y a la pérdida de la escasa disponibilidad del fósforo y del

molibdeno necesarios. El uso de aspersores elevados puede provocar depósitos sobre las plantas, equipos y edificios, de aspecto desagradable

Li 2,5Tolerado por la mayoría de los cultivos a concentraciones inferiores a 5 mg/l; móvil

en el interior del suelo. Tóxico para los críticos a niveles bajos (> 0,00075 mg/l). Tiene efectos similares a los del boro.

Mn 0,20Tóxico para varios cultivos a concentraciones entre décimas de mg y varios mg/l, pero

normalmente sólo en suelos ácidos.

Mo 0,01A concentraciones normales, tanto en el suelo como en el agua, no es tóxico para las

formas de vida en el caso de cultivos de forraje plantados en suelos con elevados niveles de molibdeno disponible.

Ni 0,20Tóxico para varias plantas a concentraciones entre 0,5 y 1,0 mg/l. A pH neutro o

alcalino se reduce su toxicidad.

Pb 5,0 A concentraciones muy elevadas puede inhibir el crecimiento celular de las plantas.

Se 0,02

A concentraciones tan bajas como 0,025 mg/l ya resulta tóxico para las plantas, y es tóxico para la vida animal en cultivos de forraje plantados en suelos con niveles de selenio relativamente elevados. Es un elemento esencial para los animales, pero a

concentraciones muy bajas.

Sn -Las plantas lo excluyen de forma muy efectiva; la tolerancia específica es

desconocida.

Ti -Las plantas lo excluyen de forma muy efectiva; la tolerancia específica es

desconocida.

0,10 Tóxico para muchas plantas a concentraciones relativamente bajas.

Zn (zinc) 2,0Tóxico para muchas plantas a concentraciones muy variables; en terrenos orgánicos

o de textura fina, y a pH superiores a 6, la toxicidad es más reducida.

CONCENTRACIONES MÁXIMAS DE ELEMENTOS TRAZA EN AGUAS DE RIEGO

Elemento

Concentración máxima

recomendada (mg/l)

Efectos

METCALF & EDDY, INC. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill. 3ª Edición (1995)

CRS puede clasificarse el agua de la siguiente forma:- Agua recomendable: CRS < 1,25.- Agua poco recomendable: CRS entre 1,25 y 2.- Agua no recomendable: CRS > 2.

Clasificación de las aguas de riego en función de los grados hidrotimétricos franceses.

Tipo de agua Grados hidrotimétricos franceses

Muy blanda Menor de 7

Blanda 7-14

Semiblanda 14-22

Semidura 22-32

Dura 32-54

Muy dura Más de 54

Fuente: Junta de Extremadura (1992).

http://www.elriego.com/

http://www.elriego.com/

RANGO DE NITRIFICACION Y FUERZA IONICA EN LA SOLUCION SUELO EN SUELO DE pH 5.3 INFLUENCIADO POR LA FUERZA

IONICA DE SOLUCION SALINA DE CLORURO Y SULFATO ADICIONADO

POTENCIAL OSMOTICO DE SLN NH4

+

RANGO DE NITRIFICACION

POTENCIAL OSMOTICO SLN SUELO

Cl- SO4= Cl- SO4

=

KPa mg N-NO3- / kg / dia KPa

-93 1.40 2.40 -91 -79

-171 0.82 2.12 -130 -101

-338 0.10 1.88 -234 -138

-680 -0.07 1.75 -476 -210