Química ambiental Suelo LA CALIDAD DEL SUELO Y SUS INDICADORES INTRODUCCIÓN ¿Qué es la calidad del suelo? La calidad y la salud del suelo son conceptos equivalentes, no siempre considerados sinónimos. La calidad debe interpretarse como la utilidad del suelo para un propósito específico en una escala amplia de tiempo. El estado de las propiedades dinámicas del suelo como contenido de materia orgánica, diversidad de organismos, o productos microbianos en un tiempo particular constituye la salud del suelo. La preocupación por la calidad del suelo ha sido un concepto equiparado con el de productividad agrícola por la poca diferenciación que se hacía entre tierras y suelo. Tierras de buena calidad eran aquéllas que permitían maximizar la producción y minimizar la erosión. Para clasificarlas se generaron sistemas basados en esas ideas. El concepto de calidad del suelo ha estado asociado con el de sostenibilidad, es por eso que el uso del suelo se debe de basar en la capacidad de éste para proporcionar elementos esenciales, pues éstos son finitos y limitan, por ende, la productividad. La calidad del suelo, ha sido relacionada con la capacidad del suelo para funcionar. Incluye atributos como fertilidad, productividad potencial, sostenibilidad y calidad ambiental. Simultáneamente, calidad del suelo es un instrumento que sirve para comprender la utilidad y salud de este recurso. El término calidad del suelo se empezó a acotar al reconocer las funciones del suelo: (1) promover la productividad del sistema sin perder sus propiedades físicas, químicas y biológicas (productividad biológica sostenible); (2) atenuar contaminantes ambientales y patógenos (calidad ambiental); y (3) favorecer la salud de plantas, animales y humanos. Al desarrollar este concepto, también se ha considerado que el suelo es el substrato básico para las plantas; capta, retiene y emite agua; y es un filtro ambiental efectivo. En consecuencia, este concepto refleja la capacidad del suelo para funcionar dentro de los límites del ecosistema del cual forma parte y con el que interactúa. El uso sostenible del suelo es un problema importante debido a que las condiciones medioambientales crean entornos en los cuales es un reto identificar estrategias para mantener e incrementar la productividad agrícola. A medida que la productividad agrícola se intensifica para satisfacer las necesidades crecientes de la población, la presión sobre los recursos naturales agua, aire y suelo también se incrementa. La calidad de suelo es una medida de su capacidad para funcionar adecuadamente con relación a un uso específico. Este concepto tiene una connotación más ecológica cuando se define como su capacidad para aceptar, almacenar y reciclar agua, minerales y energía para la producción de cultivos, preservando un ambiente sano. Las definiciones más recientes de calidad del suelo se basan en la multifuncionalidad del suelo y no sólo en un uso específico, pero este concepto continúa evolucionando. Puede decirse que es la capacidad del suelo para funcionar dentro de los límites de un ecosistema natural o manejado, sostener la productividad de plantas y animales, mantener o mejorar la calidad del aire y del agua, y sostener la salud humana y el hábitat. Indicadores de la calidad del suelo A pesar de la preocupación creciente acerca de la degradación del suelo, de la disminución en su calidad y de su impacto en el bienestar de la humanidad y el ambiente, aún no hay criterios universales para evaluar los cambios en la calidad del suelo. Para hacer operativo este concepto, es preciso contar con variables que puedan servir para evaluar la condición del suelo. Estas variables se conocen como indicadores, pues representan una condición y conllevan información acerca de los cambios o tendencias de esa condición. Los indicadores son instrumentos de análisis que permiten simplificar, cuantificar y comunicar fenómenos complejos. Tales indicadores se aplican en muchos campos del conocimiento (economía, salud, recursos naturales, etc). Los indicadores de calidad del suelo pueden ser propiedades físicas, químicas y biológicas, o procesos que ocurren en este. Por tanto, los

Química ambiental Suelo indicadores que se empleen deben reflejar las principales restricciones del suelo, en congruencia con la función o las funciones principales que se evalúan. En virtud de que existen muchas propiedades alternativas para evaluar la calidad del suelo, a continuación se plantea un conjunto mínimo de propiedades del suelo para ser usadas como indicadores para evaluar los cambios que ocurren en el suelo con respecto al tiempo (Tabla 1). Los indicadores disponibles para evaluar la calidad de suelo pueden variar de localidad a localidad dependiendo del tipo y uso, función y factores de formación del suelo. La identificación efectiva de indicadores apropiados para evaluar la calidad del suelo depende del objetivo, que debe considerar los múltiples componentes de la función del suelo, en particular, el productivo y el ambiental. La identificación es compleja por la multiplicidad de factores químicos, físicos y biológicos que controlan los procesos biogeoquímicos y su variación en intensidad con respecto al tiempo y espacio. Tabla 1. Conjunto de indicadores físicos, químicos y biológicos propuesto para monitorear los cambios que ocurren en el suelo Relación con la condición y función del suelo

Propiedad Físicas Textura Profundidad del suelo, suelo superficial y raíces Infiltración y densidad aparente Capacidad de retención de agua

Químicas Materia orgánica (N y C total) pH

Retención y transporte de agua y compuestos químicos; erosión del suelo Estima la productividad potencial y la erosión Potencial de lavado; productividad y erosividad Relación con la retención de agua, transporte, y erosividad; humedad aprovechable, textura y materia orgánica

% de arena, limo y arcilla; pérdida del sitio o posición del paisaje cm o m

Define la fertilidad del suelo; estabilidad; erosión Define la actividad química y biológica

Kg de C o N Ha-1

Conductividad eléctrica

Define la actividad vegetal y microbiana

P, N, y K extractables

Nutrientes disponibles para la planta, pérdida potencial de N; productividad e indicadores de la calidad ambiental

Biológicas C y N de la biomasa microbiana

Respiración, contenido de humedad y temperatura N potencialmente mineralizable Contenido de macrofauna

micro,

meso

y

Valores o unidades relevantes ecológicamente; comparaciones para evaluar

minutos/2.5 cm de agua y g/cm3 % (cm3/cm3), cm de humedad aprovechable/30 cm; intensidad de precipitación

comparación entre los límites superiores e inferiores para la actividad vegetal y microbiana dSm-1; comparación entre los límites superiores e inferiores para la actividad vegetal y microbiana Kg Ha-1; niveles suficientes para el desarrollo de los cultivos

Potencial microbiano catalítico y depósito para el C y N, cambios tempranos de los efectos del manejo sobre la materia orgánica Mide la actividad microbiana; estima la actividad de la biomasa

Kg de N o C Ha-1 relativo al C y N total o CO2 producidos

Productividad del suelo y suministro potencial de N

Kg de N Ha-1d-1 relativo al contenido de C y N total Presencia y diversidad de organismos

Relacionado con los procesos de descomposición y mineralización de Residuos orgánicos y alerta temprana ante perturbaciones.

Kg de C Ha-1 d-1 relativo a la actividad de la biomasa microbiana;

Química ambiental Suelo De acuerdo con estas ideas, no habría un enfoque único para generar un conjunto de indicadores para cada propósito. Los enfoques pueden cambiar con el tiempo conforme incremente el entendimiento de los problemas ambientales y conforme los valores sociales evolucionen. Uno de los enfoques ampliamente utilizados por lo inmediato de su comprensión es en el que trabaja la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OECD). Se trata del sistema presión-estado-respuesta, el cual se basa en una cadena de causalidades donde se entiende que las actividades humanas originan presiones sobre el ambiente (indicadores de presión) que modifican la calidad y cantidad de los recursos naturales (indicadores de estado) en virtud de lo cual se produce una respuesta que tiende a modular la presión (indicadores de respuesta). Dentro del enfoque presión-estado-respuesta, la OECD ha propuesto algunos indicadores ambientales que se relacionan con la calidad del suelo. Dos de ellos son indicadores para el riesgo de erosión hídrica y riesgo de erosión eólica. Recientemente la OECD (2003) ha propuesto indicadores de acumulación de C en el suelo. Fuente: Bautista, et al. Ecosistemas 13 (2): 90-97. Mayo 2004.

Propuesta de trabajo en campo Es importante realizar una caracterización sobre el sitio de muestreo, por tanto no olvide tener una hoja de registro de información para iniciar con una “Descripción de sitio para calidad del suelo”. Tenga en cuenta aspectos como erosión incluyen cárcavas, surcos, desarrollo de pedestales, áreas expuestas de subsuelo, daño a plantas por materiales transportados por el viento, etc., así como una descripción del manejo pasado y presente de tierras y cultivos, de ser posible. Mencione aspectos como la pendiente y aspectos topográficos del sitio de muestreo y realice un esquema que permita la locación del lugar de muestreo. Se recomienda incluir material fotográfico. OBJETIVOS   

Conocer las propiedades físicas, químicas y biológicas más comunes en un suelo de la región cafetera Describir los aspectos más relevantes de la morfología del perfil del suelo Implementar el uso de indicadores de la calidad del suelo de fácil reconocimiento, como una herramienta de diagnóstico y monitoreo para este recurso

 MATERIALES Y REACTIVOS - Muestras de suelo - Agua destilada - Peróxido de hidrógeno al 30% - Ácido clorhídrico al 10% - Bandejas plásticas - Potenciómetro

- Varilla de agitación - Beaker 250 ml - Cinta métrica o regla - Tablas Munsell para determinar color - Palín o pala - Bolsas plásticas

RECONOCIMIENTO Una vez con el material dispuesto y preparado para la fase de toma de muestras, al llegar al perfil deberemos observarlo y determinar las propiedades y diferencias entre horizontes. Estas diferencias se deben a parámetros edáficos medibles que puedan caracterizar cada uno de los horizontes. Textura, color, estructura, presencia de raíces, son algunas de las características identificables más directas de un horizonte y que nos pueden ayudar para diferenciar el límite superior e inferior de un horizonte para su identificación clara. Una vez identificados todos los horizontes, los marcaremos de algún modo: banderas, marcas en el propio suelo, etc., señalando la parte superior e inferior. Tras este momento, pasaremos a muestrear el suelo y registrar las diferentes características específicas de los horizontes, recogiéndolas en la hoja de descripción de perfiles.

Química ambiental Suelo TÉCNICA DE MUESTREO La técnica de muestreo de un suelo es un proceso muy metódico que se debe de realizar de (DE ABAJO A ARRIBA), para evitar contaminar las muestras. Los pasos a seguir son: 1. Limpiar la primera capa del horizonte, hasta que quede expuesta la capa de suelo fresco, ya que debido a la oxidación y otros procesos, puede enmascarar los análisis 2. Disponer una bandeja o bolsa de plástico en la zona donde se va a proceder a excavar las muestras 3. Proceder a la extracción de la muestra con la ayuda de una pala o piqueta 4. Introducción del material en un recipiente cerrado. 5. Etiquetado y marcado de la muestra (Ejemplo: Calicata X Horizonte X) Allí mismo en campo proceda a realizar cada una de las pruebas que a continuación se describen: a. Determinación de la textura del suelo Tome la muestra de suelo de cada horizonte, aproximadamente 20 g, póngala en su mano izquierda y agregue agua gota a gota y con la mano derecha manipule la muestra hasta que adquiera una consistencia pegajosa, haga una bola con ella de 2 a 5 cm de diámetro. El punto en el cual el suelo se vuelve maleable es indicador de su textura (Figura 1.), para identificar la clase textural del suelo compárelo con la figura y la tabla 2.

Figura 1. El punto en el cual el suelo se vuelve maleable y se le puede dar forma, indica su textura (Euroconsult, 1989). Tabla 2. Tipos de textura del suelo Arenoso Franco arenoso Franco sedimentario Franco Franco arcilloso Arcilla fina Arcilla pesada

El suelo permanece flojo y separado, solo puede juntarse dándole forma de pirámide El suelo contiene bastante sedimento y arcilla para mostrarse pegajoso y s ele puede dar la forma de una bola fácil de partir en dos Similar a la anterior, pero al suelo se le puede dar forma de cilindro pequeño y corto Contiene casi la misma cantidad de arena, sedimento y arcilla. Puede manipularse hasta formar un cilindro de 12 cm de largo que se rompe al doblarlo Similar al anterior sin embargo este puede doblarse hasta darle una forma de U, sin forzarlo y sin que se rompa Se le puede dar forma de circulo pero muestra algunas rupturas Se le puede dar forma de circulo sin que muestre ninguna ruptura

Figura A Figura B Figura C Figura D Figura E Figura F Figura G

Química ambiental Suelo b. Medición de la consistencia  Suelo húmedo Si el suelo se encuentra seco agregue un poco de agua para humedecer la superficie, tome un trozo de suelo húmedo y trate de romperlo con los dedos índice y pulgar, de acuerdo a lo observado clasifíquelo según la tabla 3: Tabla 3. Clasificación de la consistencia del suelo húmedo Frágil El trozo es fácil de romper en pedazos usando una presión leve Firme El trozo se rompe en pedazos bajo una moderada presión Muy firme El trozo es muy resistente a la presión y difícil de romper en pedazos  Suelo mojado Adicione más agua al suelo y frótelo repetidamente con sus dedos índice y pulgar, al hacer esto se están midiendo dos parámetros: adherencia y plasticidad, compare los resultados obtenidos con la tabla 4: Tabla 4. Clasificación de la consistencia del suelo mojado No Adherente La muestra no se adhiere a los dedos Adherente Cuando se manipula la muestra se adhiere a los dedos Muy adherente Cuando se manipula la muestra se adhiere muy fácilmente a los dedos No plástico El suelo no toma ninguna forma cuando se manipula Plástico El suelo forma una hebra que se rompe cuando los dedos aplican una presión moderada Muy plástico Cuando se manipula se forma una hebra que requiere mucha presión para deformar la masa de suelo c. Determinación de la estructura del suelo Tome en sus manos un bloque de suelo tratando de preservar su forma original, haga presión creciente hasta que el suelo se parta y muestre la forma de los agregados, use la tabla 5 para identificar la estructura según la forma que tomo el suelo, el tamaño y la dureza: Tabla 5. Clasificación de la estructura del suelo Sin estructura No hay agregación visible Débil Agregados formados pobremente difíciles de observar Moderado Agregados diferenciados y bien formados moderadamente visibles y durables Fuerte Agregados durables y fuertes en suelos no alterados Fuente: Haluk, 1981 d. Presencia de la actividad de macro-organismos del suelo Delimite un área de 30cm x 30 cm X 30 cm, remueva el monolito del suelo, realice cortes revuelva y cuente los organismos (lombrices, hormigas, escarabajos, larvas) encontrados y analice los resultados con la tabla 6: Tabla 6. Clasificación de la actividad de organismos Nulo No se observa ningún organismo + Bajo Se observan de 1 a 20 organismos ++ Moderado Se observan de 20 a 60 organismos +++ Alto SE observan más de 60 organismos

Química ambiental Suelo e. Presencia de la actividad de microorganismos del suelo Una buena forma de determinar si existe actividad de microorganismos en el suelo es mediante la observación de asociaciones simbióticas de bacterias fijadoras de nitrógeno (Bacterias nitrificantes) con las raíces de algunas especies de plantas, principalmente leguminosas. Para esto se debe remover la planta del suelo, lavar las raíces y observar la presencia de nódulos (formaciones cilíndricas pequeñas adheridas a las raíces), contar el número de nódulos y partir unos cuantos a la mitad y observar su color interno, si son de color amarillo ó blancuzco significa que el nódulo se encuentra inactivos y si presenta un color café ó rojizo, quiere decir que el nódulo se encuentra activo. f. Determinación del color Los horizontes del suelo presentan color, el cual es fácilmente observable, por lo general este se encuentra relacionado con los procesos de pedogénesis (formación del suelo). El color es la expresión de diversos procesos químicos como: la intemperización de los materiales geológicos, los procesos de oxido-reducción básicamente sobre el hierro y el manganeso y la descomposición de materia orgánica. También influyen las condiciones bajo las cuales estas reacciones químicas ocurren tales como el clima, el medio biofísico y la geología. La verdadera importancia del color radica en que el suelo tiene atributos que se relacionan directamente con esta característica, entre ellos se encuentra: El grado de evolución del suelo y el contenido de humos o ciertos minerales. Los elementos cromogénos, es decir las sustancias que le dan el color al suelo son básicamente: materia orgánica, óxidos de hierro y manganeso, carbonatos, sales y sulfatos. Para determinar el color del suelo compare un trozo de suelo con los datos de la tabla 7: Tabla 7. Determinación de la composición del suelo según el color Color Características Negro Se asocia a la incorporación de materia orgánica que se descompone en humus. Este color ha sido asociado a altos niveles de materia orgánica y condiciones de fertilidad, también a buenas características físicas y biológicas Rojo Se asocia a procesos de alteración de los materiales parentales bajo condiciones de altas temperaturas, baja actividad de agua, rápida incorporación de materia orgánica y alta liberación de hierro de las rocas, es indicativo de bajos niveles de fertilidad, pH ácido y ambientes de oxidación. Amarillo Por lo general es indicativo de meteorización en ambientes aerobios; ocurren en climas templados, se relaciona con bajos niveles de fertilidad, e general se asocia con iones hidratados de Fe+3 Blanco Acumulación de elementos o minerales que tienen coloración blanca: calcita, dolomita y yeso, así como silicatos y sales, también se debe a la remoción de componentes del suelo Gris Puede ser indicativo de un ambiente anaerobio, debido a que el suelo se satura con agua bajo estas condiciones las bacterias anaerobias utilizan el Fe+3 y se genera Fe+2 soluble en agua e incoloro Verde Suelos con mal drenaje Azul Se puede presentar en zonas costeras, zonas pantanosas donde se encuentran sulfatos g. Determinación del contenido de materia orgánica Tome un bloque de suelo de 5 cm, póngale 2 gotas de peróxido de hidrógeno con un gotero observe el grado de efervescencia (formación de burbujas) y compare los resultados de la tabla 8:

Química ambiental Suelo Tabla 8.Clasificación del contenido de materia orgánica Grado de efervescencia Interpretación El suelo no muestra ninguna efervescencia Contenido muy bajo de materia orgánica El suelo muestra muy baja efervescencia Contenido moderado de materia orgánica El suelo muestra mucha efervescencia Contenido alto de materia orgánica h. Determinación del pH Pese 20 g de suelo y disuélvalos en 30 ml de agua, agite la mezcla con la ayuda de la varilla de agitación y mida el pH con el potenciómetro. i. Presencia de carbonatos Tome una muestra de suelo de aproximadamente 5 cm aplique dos gotas de ácido clorhídrico al 10% observe el grado de efervescencia (aparición de burbujas) y determine la presencia de carbonatos, si la muestra presenta efervescencia significa que contiene carbonatos si no presenta ninguna efervescencia indica que no contiene carbonatos. j. Presencia de plantas indicadoras La composición y abundancia de especies arvenses “malezas” que crecen en los suelos agrícolas es un indicador útil de la condición del suelo, que los agricultores usan frecuentemente (Barrios et al., 1994). Algunos estudios llevados a cabo en Sur América (De Kool, 1996., Barrios y Escobar, 1998) y Centro América (Trejo et al., 1999) indican la importancia que tienen las plantas nativas como indicadores de la calidad del suelo. Los indicadores biológicos tienen el potencial de captar cambios en la calidad del suelo dada su naturaleza integrativa. Esto es, reflejan en forma simultánea cambios físicos, químicos y biológicos del suelo. Algunas plantas predominan en suelos pobres y otras se desarrollan con dificultad. De otra parte algunas plantas predominan en suelos fértiles y las que crecen en cualquier lugar crecen vigorosas. Entonces aquí es importante tener claro el concepto ecológico de sucesión natural. Los ecosistemas naturales y agrícolas responden de manera similar a los procesos de degradación y regeneración a través de la sucesión natural. Durante estos procesos las plantas mejor adaptadas y los organismos del suelo reemplazan a las menos adaptadas a través de una selección ejercida por cambios en las características del suelo. Las arvenses por lo general son las pioneras que crecen en suelo de diferentes características. Tabla 9. Plantas comunes indicadores de la calidad del suelo, usadas por los agricultores en la microcuenca del Rio Cabuyal, cauca, Colombia Nombre común Helecho marranero Chilco Escoba lanosa Siempre viva Papunga Hierva de chivo Escoba blanca Caracola Margarita

Nombre Científico Pteridium aquilinum Baccharis trinervis Andropogon bicornis Commelina diffusa Bidens pilosa Ageratum conyzoides Sida rhombifolia Koheleria lanata Chaptalina nutans

Familia Pteridiaceae Compositae Gramineae Commelinaceae Compositae Compositae Malvaceae Gesneriaceas Compositae

Tipo de suelo Pobre Pobre Pobre Fértil Fértil Fértil Cualquier tipo de suelo Cualquier tipo de suelo Cualquier tipo de suelo

Química ambiental Suelo BIBLIOGRAFIA Agricultural compendium for rural development in the tropics and subtropics.1989. Edited by EUROCONSULT. Amsterdam and Oxford. Elsevier. Pag 778. Barrios, E., Escobar, E. 1998. Plantas indicadoras de la calidad el suelo en la Cuenca del Rio Cabuyal. CIAT. Internal working document. Barrios, E., Herrera, R., Valles, J.L.1994. Tropical Floodplain Agroforesty Systems in mid-Orinoco River basin. Venezuela Agroforesty Sysmens 28: 143-157. De Kool, S. 1996 Exploring soil health through local indicators ans scientific parameters. MsC thesis. Wageningen Agricultural University. FAO; “Base referencial mundial del recurso suelo”, Ed. FAO, ISRIC y SICS, 1999, págs. 90. FAO; “Guía de descripción de perfiles” Ed. FAO. Roma, 1997 USDA; “Keys to Soil Taxonomy”. Décima edición, 2006, págs.: 332. Disponible en: http://soils.usda.gov/technical/classification/tax_keys/