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AGRO 4037 – Fertilidad de Suelos y Abonos 3- Principios de Química de Suelos Objetivos: 1. Definir, describir y cuantificar la capacidad de intercambio catiónico (CIC) y aniónico (CIA) en suelos. Recuerden que la influencia de los minerales específicos y otros componentes del suelo en reacciones de intercambio deben ser identificadas y relacionadas a la carga permanente y/o carga dependiente del pH. 2. Describir las propiedades químicas generales (químicas y físicas) de los minerales que generan carga y otros componentes del suelo. 3. Describir la influencia de la mineralogía de los suelos sobre las propiedades de fertilidad de suelos. 4. Cuantificar la relación entre peso atómico y peso equivalente de iones y compuestos. Utilizar estas relaciones para calcular CIC, porcentaje de saturación de bases y otras reacciones de intercambio en el suelo. 5. Utilizar los conceptos de intercambio para cuantificar enmiendas al suelo. 6. Discutir la influencia de la capacidad amortiguadora en la retención de nutrimentos y disponibilidad. Describir como las propiedades químicas y físicas afectan la capacidad amortiguadora.

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3-1.0. Mineralogía 3-1.1. Introducción • El suelo es uno de los 3 componentes envueltos en sistema producción agrícola. • Lo que determina la mejor producción es la mejor interacción de los tres a través del manejo • Suelos son el producto de 5 factores: clima, relieve, material parental, organismos interactuando a través del tiempo. Los factores dan origen a los diferentes tipos de suelo en el mundo. • En términos de volumen, los suelos minerales son suelo es: agua (25%); aire (25%); materiales inorgánicos (45%); materiales orgánicos (5%). La fracción sólida está formada por: • Fase sólida primaria (minerales primarios) – consiste de materiales inorgánicos primarios (cuarzo, feldespatos, apatiíta) y secundarios gruesos (limo y arena), residuos orgánicos sin descomponer. • Fase coloidal – materiales inorgánicos secundarios y compuestos orgánicos de tamaño coloidal. Tienen capacidad de generar carga, participar en reacciones y atraer iones. • Fase viva – microorganismos y macrofauna. Participan en reacciones químicas y elaboración de suelo. • Minerales secundarios – Estamos interesados en la fracción arcilla ( Mg+2 > NH4+ = K+ > Na+ (2) radio hidratado (dentro de la misma valencia). A mayor radio hidratado se le hace mas difícil al catión acercarse al sitio de intercambio. Mg mas hidratado que Ca. Na mas hidratado que K+ y NH4+.

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3-3. Capacidad de Intercambio Cationico La carga de las partículas del suelo tiene que estar balanceada por cationes o aniones en la fase adsorbida de la superficie de estas. Este fenómeno da lugar al intercambio iónico. Un ión puede intercambiarse con otro para balancear la carga. La reacción es rápida, estoquiométrica y de naturaleza principalmente electrostática. 3-3.1. Definiciones: • Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) – Numero total de cargas negativas disponibles (sitios de intercambio) para atraer cationes al suelo. La habilidad de un suelo a retener e intercambiar cationes en superficie negativamente cargada (cmolc/kg = meq/100g) • Capacidad de Intercambio Aniónico (CIA) – Numero total de cargas positivas disponibles (sitios de intercambio) para atraer aniones al suelo. La habilidad de retener aniones en superficie positivamente cargada (cmolc/kg = meq/100g). ***Nota: Un aspecto fundamental en fertilidad de suelos es cuantificar la influencia de intercambio catiónico en la disponibilidad del nutrimento. Por lo tanto tenemos que expresar los iones en términos iguales ya que los iones varían en cuanto a su carga. • Capacidad de Intercambio Catiónico Efectiva (CICE) – Para evitar la dependencia que existe entre el CIC y el pH de suelos (carga variable) se introduce el concepto de CICE. Este es la sumatoria de las base intercambiables con 1M NH4OAc pH 7 y la acidez intercambiable con 1M KCl, en base a carga • Bases intercambiables - Sumatoria de Ca, Mg, Na, y K intercambiable con 1M NH4OAc • Acidez intercambiable (AI) - La cantidad de acidez (H + Al + Mn) extraíble con 1M KCl en base a carga. • Porciento saturación bases (% SB) - Porcentaje de la CIC o CICE ocupada por cationes básicos. Mucho cuidado!!!!! • Carga permanente - Carga que no cambia con cambios en pH. Se debe a sustitución isomórfica y casi siempre es -. La preferencia es para iones de mayor carga y menor grado de hidratación. 8

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• Carga variable - Carga que cambia con pH y concentración de sales. Se debe al comportamiento acido/base en la superficie de los óxidos, aluminosilicatos laminares, y materia orgánica. • Punto de carga cero (PCC) - pH donde la carga positiva es igual que la carga negativa. Arriba de este la carga neta es negativa. Se mide pHagua - pHKCl. Si esto es positivo la carga neta del suelo es negativa. De otra manera es positiva.

3-3.2. Equivalencia y Peso Equivalente peso atómico - peso en gramos en 6.02 x 1023 de átomos, moléculas ó iones. Unidades son en g/mol. Mol - Un mol de sustancia es 6.02 x 1023 átomos, moléculas ó iones. peso equivalente - cantidad (masa) de una sustancia (catión, anión) que reacciona o desplaza 1 g de H+, lo cual es igual al numero de cargas de Avogadro. g / 6.02 x 1023 cargas (+ o -). Se obtiene dividiendo el peso atómico por la valencia. Ejemplo: Elemento

Peso atómico (g/mol) 40 24 39 18 23 1 27

Ca2+ Mg2+ K+ NH4+ Na+ H+ Al3+

Peso equivalente (g/eq) 20 12 39 18 23 1 9

Para calcular el peso equivalente de compuesto: NaOH + HCl ------------> Na+ + Cl- + H2O 2+

CaCO3 + 2HCl ------------> Ca +2Cl- + CO2 + H2O

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Para iones y compuestos en solución, queremos expresar concentración: • Molaridad - cantidad de moles / L • Normalidad - cantidad de moles de carga / L = equivalentes / L Aplicación: eq A = eq B (40 mL NaOH) (N) = (0.3 N) (20 mL H2SO4) N=

3-3.3. Medición de la capacidad de intercambio catiónico (CIC): • En suelos tropicales la capacidad de intercambio catiónico dependerá del método por el cual es medido ya que en algunos suelos (suelos de carga variable) el número de cargas disponibles varían con el pH (esto no es así en suelos dominados por arcillas 2:1). Para evitar la dependencia del CIC con el pH del suelo se introduce el concepto de capacidad de intercambio catiónico efectivo (CICE). • Capacidad de Intercambio Catiónico (CICE) – Bases intercambiables + Acidez intercambiable. • Bases intercambiables = bases (Ca, Mg, Na, K) extraíbles con solución 1M NH4OAc. • Acidez intercambiable (AI) = La cantidad de acidez (H + Al + Mn) extraíble con 1M KCl en base a carga. • La capacidad de intercambio catiónico (CIC) de los suelos dependerá de las condiciones por la cual es medida. Se obtendrán diferentes resultados con diferentes métodos.

a. Extracción del suelo con solución salina amortiguada (buffer solution) 1. Método de sumatoria - Medir las bases (Ca, Mg, K, Na) que se extraen a la solución amortiguada (1M NH4OAC) individualmente. A menos que se incluya la acidez intercambiable (AI), este método subestimará el CIC en suelos de carga variable ya que no considera los ácidos (Al y H). - o 2. Método de desplazamiento - Medir el catión (NH4) que satura los sitios de intercambio y que removió las bases intercambiables. Este método sobreestimará el CIC en suelos de carga variable ya que aumentará el número de sitios de intercambio posibles. 10

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b. Extracción del suelo con solución salina sin amortiguar (1M KCl o 0.5 M CaCl2 u otra sal similar) 1. Método de desplazamiento – Medir el catión (K, Ca u otro similar) que satura los sitios de intercambio y que ha sido desplazado por otro catión al pH del suelo. Este método mide las cargas disponibles al pH del suelo en su estado natural. Ejemplos: Extraer 5 g suelo con 100 mL de solución 1M NH4OAC. La concentración en la solución es la siguiente: 32 ppm Ca2+ 16 ppm K+ 12 ppm Mg2+ 14 ppm Na+ Si a este se le suma la acidez extraíble con 1M KCl esta se llama capacidad de intercambio efectiva (CICE). 1 ppm H+ 9 ppm Al3+ -

3-3.4. Factores que afectan CIC: a. Contenido de arcilla Componente del Suelo materia orgánica vermiculita montmorilonita ilita caolinita sesquióxidos suelo

CIC (cmolc/kg) 200-400 140-250 80-150 20-40 2-15 1-5 4-55

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Con suelos del mismo material parental y condiciones

CIC (meq/100g)

CIC (meq/100g)

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materia orgánica arcilla 2:1

arcilla 1:1

% arcilla

pH del suelo

b. pH del suelo - a menor pH, menor proporción de bases que son reemplazados por cationes ácidos (protones y aluminio) 3-3.5. Porciento saturación bases (% SB) Niveles óptimos: Mg2+ = 8 - 15% (10) Ca2+ = 65 - 85% (65) K+ = 4 - 8% (5) Na+ = muy poco Calculo de % SB - extracción de 100 g suelo con 500 mL solución Ca2+ = 240 ppm Mg2+ =50 ppm K+ = 80 ppm Na+ = 46 ppm Al3+ = 36 ppm H+ = 5 ppm

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pH

Relación % saturación de bases y pH

% saturación de bases 3-3.6. Capacidad de intercambio anionico • 1 - 5 cmolc/kg • Aniones en solución pueden ser adsorbidos a sitios de intercambio + cargado. • La carga se origina de: • bordes rotos en la capa octaedral • grupos OH en la superficie de caolinita • hidrólisis de oxidos de Fe y Al • CIA aumenta con disminución en pH Orden de adsorción para aniones: H2PO4- > SO42- > NO3- = Cl3-4. Materia orgánica • La materia orgánica del suelos está constituida por residuos de plantas y animales en varios estados de descomposición. Un nivel adecuado de de materia orgánica beneficia al suelo por: 1. mejora las condiciones físicas 2. mejora la infiltración de agua 3. facilita la labranza del suelo 4. reduce perdidas por erosión 5. Es una reserva abundante de N, P, S y menos abundante de Ca, Mg, K, micronutrientes

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Algunos suelos tienen muy poca materia orgánica. En áreas tropicales la mayoría de los suelos tienen contenidos bajos de materia orgánica debido a las altas temperaturas y mucha precipitación que aceleran el proceso de descomposición. Estudios revelan que se pueden incrementar los niveles de materia orgánica con buen manejo, lo cual permite producir mejores rendimientos. Este incremento por lo general no se puede sostener naturalmente En áreas templadas el contenido de materia orgánica tiende a ser más alto. Importancia de dejar residuos en el suelo...

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