Relación Suelo - Planta pH y Acidez Gilberto Cabalceta A. Centro de Investigaciones Agronómicas Universidad de Costa Rica

DEFINICIONES Se entiende por acidez del suelo la condición del mismo en la cual existe una acumulación de elementos tóxicos (Al, Fe y Mn), a menudo asociada a una fertilidad natural baja (deficiencia de P, cationes y elementos menores). El problema de la acidez del suelo puede corregirse adaptando los cultivos a esta condición, o mejorando la fertilidad del suelo con la adición de cal y/o fertilizantes.

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SUELOS ÁCIDOS DE COSTA RICA Andisoles Inceptisoles Dystrudepts Dystrustepts 1

EFECTOS DE LA ACIDEZ DEL SUELO EN LOS CULTIVOS Reduce el crecimiento de las raíces, y por lo tanto afecta en forma negativa el rendimiento del cultivo Reduce la calidad de las cosechas Induce la aparición de deficiencias nutricionales en los cultivos: calcio, magnesio, fósforo, azufre, zinc, etc. Disminuye rentabilidad del cultivo 1

RESPONSABLE DE LA ACIDEZ DEL SUELO Presencia de Hidrógeno y Aluminio que causan disminución del pH y aumento de concentración de elementos tóxicos para las plantas 1

Aluminio intercambiable Tratamiento del suelo pH Al Intercamb (cmol(+)l-1) Cebada (g/maseta) Aérea raíces No encalado 4.2 1.8 107 32 Encalado 5.8 0.3 201 152 Encal+H2SO4 190 125 Encal +H2SO4+ Al2(SO4)3 137 39 1

% Saturación de aluminio Suelo pH Al Intercamb (cmol(+)l-1) Saturac de Al (%) P.S. raíces (g/maceta) maíz sorgo Humatas (Ultisol) 4.8 4.5 3.9 4 6 11 40 57 87 931 400 895 296 209 19 Coto (Oxisol) 4.0 3 5 52 70 687 345 630 126 389 128 1

pH Logaritmo negativo de la concentración de H+. Cuando el H2O se ioniza en H+ y OH- (solución neutra), ambos están en una concentración de 10-7 mol/L H2O  H+ + OH- [H+] [OH] = 1x10-14 [ H2O] [H+]=[OH-]= 1x10-7 El logaritmo negativo de la [H+] es 7, o pH =7 Cuando la [H+] es >, tal como 10-4 mol/L, el pH es 4. En soluciones alcalinas la [OH-] excede la de H+. La suma de [H+] y [OH-] es igual a 10-14 mol/L La determinación del pH posee un carácter orientador sobre el comportamiento del suelo.

Reacción de nitrificación Acidez residual producida por fertilizantes nitrogenados (Tomado de Tisdale et al. 1993.) Fuente N (%) Reacción de nitrificación Índice de Acidez (kg CaCO3 100 kg-1 fertilizante) Urea 46 (NH2)CO + 4 O2  2H+ + 2NO3- + CO2 + H2O - 84 Nitrato de amonio 33.5 NH4NO3 + 2O2  2H+ + 2NO3- + H2O - 63 Sulfato de amonio 21 (NH4)2SO4 + 4O2  4H+ + 2NO3- + SO4-2 + 2H2O - 112 Fosfato monoamónico 12 NH4H2PO4 + O2  2H+ + NO3- + H2PO4- + H2O - 65 Fosfato diamónico 18 (NH4)2HPO4 + O2  3H+ + 2NO3- + H2PO4- + H2O - 74

Clasificación de la acidez intercambiable Acidez activa: constituye el H+ en la solución del suelo y proveniente de diferentes fuentes 2. Acidez intercambiable: H+ y Al3+ intercambiables retenidos en cargas negativas de arcillas del suelo 3. Acidez no intercambiable: H+ en enlaces covalentes en la superficie de arcillas de carga variable 4. Acidez potencial: constituye la suma de la acidez intercambiable y la acidez no intercambiable

Efecto del pH en suelo Propiedades Químicas Solubilización, disponibilidad y absorción de nutrimentos (Ca, Mg, K, P, menores) % saturación bases y % saturación acidez Generación de carga variable (CIC y CIA) Propiedades Biológicas Tipo de organismos presentes Desarrollo vegetal: pH < 4, H+ afecta la raíz pH según la genética de la raíz Propiedades Físicas Estructura y estabilidad de agregados

P máxima disponibilidad pH: 5.5 – 6.0 pH H2O pH KCl Muy ácido <5.5 Ácido extremo <4 Acidez media 5.5 - 5.9 Ácido fuerte 4.0 - 4.9 Acidez débil 6.0 - 6.4 Ácido mediano 5.0 - 5.9 Acidez muy débil 6.5 - 6.9 Ácido ligero 6.0 - 6.9 Alcalino muy débil 7.0 - 7.4 Alcalino ligero 7.0 - 8.0 Alcalino débil 7.5 - 7.9 Alcalino mediano 8.1 - 9.0 Alcalino medio 8.0 - 8.4 Alcalino fuerte 9.1 - 10.0 Muy alcalino >8.5 Alcalino extremo >10.1 P máxima disponibilidad pH: 5.5 – 6.0 Mg máxima disponibilidad pH: 5.0 – 7.0 N máxima disponibilidad pH: 5.0 – 8.5

Fuentes de acidez 1. Iones de H+ Exudados radicales Ionización de OH- terminales en arcillas Ionización de OH- terminales en M.O. Carbónico (R-COOH) Fenólico (R-OH) Alcohólico(R-OH) Metoxílico(R-OCH3) Fertilizantes nitrogenados amoniacales organismos NH4+ + 2O2 NO3- + 2H+ + H2O Oxidación rápida piritas (FeS2)  H2SO4 2. Iones Al+3 Al(OH)3 + 3H+ Al+3 + 3H2O

Coloide]-Ca + H2O  Coloide]-2H + Ca+2 + 2OH- Fuentes de Alcalinidad Una base es una sustancia que al disociar recibe protones del agua produciendo iones OH- Sucede con los elementos alcalinos y alcalino térreos (iones metálicos) como el Ca, Mg, K, Na Coloide]-Ca + H2O  Coloide]-2H + Ca+2 + 2OH- Cuanto > sea la participación de estos elementos en el complejo > será el pH

PRODUCCIÓN DE IÓNES ÁCIDOS Causas de Acidez PRODUCCIÓN DE IÓNES ÁCIDOS Clima Fuerte Cultivo Intensivo Fuentes permanentes Exudados radicales Mineralización Fertilizantes N-NH4+ Fuentes progresivas Ionización de OH- Liberación de Al3+ PÉRDIDA DE BASES

Razones de baja fertilidad de los suelos 1. Toxicidad de Aluminio > 60% de saturación de Al3+ > 1 mg/L de Al3+ en la solución del suelo 2. Deficiencia de Ca y/o Mg 3. Toxicidad de Mn 4. Fijación de P Precipitación con Fe y Al intercambiables Adsorción arcillas carga +: alofana,óxidos de Fe y Al 5. Toxicidad de H+

Parámetros de acidez en el suelo pH: < 5.5 Acidez o Al Intercambiable: > 0.5 cmol(+)/L Suma bases: < 5 cmol(+)/L % SA: > 10% (60%) % SA = Ac. Int. x 100 CICE CICE= Ca+Mg+K+Ac. Int Ac. Int= Al + H

Parámetros de acidez en el suelo Bajo Medio o moderado Adecuado u óptimo Alto o excesivo pH < 5.5 5.5-6 > 6 Suma bases (cmol(+) l-1) < 5 5-12 > 12 Acidez Inter. (cmol(+) l-1) < 0.5 0.5-1 < 0.3 > 1 % Saturación acidez < 15 15-30 < 10 > 30

ENCALADO Método más común y efectivo para corregir la acidez del suelo, y consiste en la aplicación masiva de sales básicas con el objeto de neutralizar la acidez causada por hidrógeno y aluminio La reducción de la acidez y la toxicidad de aluminio mejora el crecimiento de las raíces de las plantas permitiéndoles profundizar más en el perfil del suelo y explorar un mayor volumen de suelo en busca de agua y nutrimentos. 1

La reacción en el suelo ácido es: Reacción general Suelo]-2Al + 3CaCO3 + 6H2O Suelo]-3Ca + 2Al(OH)3↓ + 3H2CO3 3H2O + 3CO2  La reacción en el suelo ácido es: Mg2+ Ca2+  Al+3 + H2O  AlOH+2 + H+ Coloide Al+3 Al3+ K+

Reacción del material encalante CaCO3 + H2O  Ca2+ + HCO3- + OH- Las reacciones básicas de la cal CaCO3 CaCO3  Ca2+ + CO3-2 CO3-2 + H2O  HCO3- + OH- HCO3- + H2O  H2CO3 + OH- H2CO3  CO2 + H2O H+ (solución del suelo) + OH-  H2O

Hidrólisis del Al Alta 4.0-4.5 4.5-5.5 5.5-7.5 Baja + 3Ca2+  Coloide pH suelo Solubilid Alta 4.0-4.5 (Al(OH2)6)3+ + H2O  (AlOH(OH2)5)2+ + H3O+ (AlOH(OH2)5)2+ + H2O  (Al(OH)2(OH2)4)+ + H3O+ (Al(OH)2(OH2)4)+ + H2O  (Al(OH)3(OH2)3)+ + H3O+ 4.5-5.5 5.5-7.5 Baja Ca2+ Al3+ + 3Ca2+  Coloide Coloide Ca2+ + Al3+ Al3+ Ca2+

Reacciones del encalado en el suelo Efecto neto: neutralizar los coloides del suelo, reducir el # relativo de iones H+ en la solución del suelo. Resultado el pH  CaCO3 adicionado CO32- Ca2+ CO32- + H2O H+ + OH-  H2O El Ca2+ intercambia con los Al3+ HCO3- + OH- Ca2+ Ca2+ HCO3- + H2O K+ Coloide neutro K+ Mg2+ H+ Al3+ Ca2+ OH- + H2CO3 + Al3+ en solución de suelo A(OH)3 + 3H+ Inactivo H2CO3  H2O + CO2 

Factores a considerar Dosis de cal Calidad del material Fuente de cal Método y época de aplicación. 1

% SA tolerado por algunos cultivos Dosis de cal a Aplicar Regiones templadas se utilizó el criterio de encalar hasta pH: 7. Inconveniente por la alta capacidad buffer del suelo Multiplicar cmol(+)/L de acidez por un factor (1,5): 1 cmol(+)/L de Ca = 1 tonelada de CaCO3/ha Disminuir el % saturación de acidez a un nivel tolerable por el cultivo % SA tolerado por algunos cultivos

% SA tolerado por algunos cultivos

% SA tolerado y recomendado para algunos cultivos

% SA tolerado y recomendado para algunos cultivos

% SA tolerado y recomendado para forestales

% SA tolerado y recomendado para algunos cultivos Forraje % saturación bases adecuado % saturación acidez tolerado % SA recomendado Alfalfa 80 20 <15 trébol 60-70 30-40 <25 Lolium multiflorum Leucaena 60 40 <30 Vicia sp. Panicum maximun Pennisetum purpureum Cynodon sp. Caña de azúcar

% SA tolerado y recomendado para algunos cultivos Forraje % saturación bases adecuado % saturación acidez tolerado % SA recomendado Avena 50-60 40-50 <30 Centeno 50 <40 Gandul Setaria sp. 40 60 <50 Hemarthria altissima Lotus corniculatus Brachiaria brizantha Brachiaria dictyoneura Arachis pintoi

Dosis encalado bajando el % saturación de acidez 1. Cochrane, salinas y sánches: t CaCO3/ha= 1.8[(Al - RAS) x CICE]/100 RAS: % de Al tolerado por el cultivo 2. Modificación: t CaCO3/ha= [1.5(%AlR - %AlD)(CICE)/100]100/PRNT AlR: % Saturación de Al real en el suelo AlD: % Saturación de Al deseada PRNT: Poder relativo de neurtalización total de la cal 3. Modificación 2: t CaCO3/ha= 2(%AlR - %AlD)(CICE)/100 4. Van Raij (1991): t CaCO3/ha= [(V1 -V2)(CICE)/100]100/PRNT V1: % Saturación de bases deseado V2: % Saturación de bases real

Calidad de la cal 1. Pureza: Se refiere a la composición química del material. Se puede determinar en el laboratorio (Ca y Mg) 2. Fineza: Se refiere al tamaño de las partículas . Influye en la velocidad de reaación de la cal # de malla 20 mesh reacciona muy poco 30-60 reacciona de 10-18 meses 80 mesh reacciona en 1 mes 100 mesh reaaciona muy rápido Condición ideal: 70-80% del material pasa por una malla 60 mesh Efectividad o equivalencia química: Se mide por su equivalente de CaCO3

EQUIVALENTES QUÍMICOS DE MATERIALES DE ENCALADO 1

Clasificación de cales por su contenido de magnesio MATERIAL Mg % MgO MgCO3   Calcítico < 3 < 5 < 10 Magnesiano 3-7 5-12 10-25 Dolomítico > 7 > 12 > 25 1

CÁLCULO DE EQUIVALENTES QUÍMICOS EN MATERIALES DE ENCALADO %Ca x 2.5 = %CaCO3 x 1 = %EQCaCO3 %Mg x 3.5 = %MgCO3 x 1.19 = %EQCaCO3 CaCO3 EQCaCO3: 100 MgCO3 EQCaCO3: 119 1

-Indice de eficiencia del material de encalado PODER RELATIVO DE NEUTRALIZACION TOTAL (PRNT) -Indice de eficiencia del material de encalado -% de Equivalente Químico de la cal capaz de reaccionar en 3 meses -PRNT = %EQ x %EG / 100 EQ (equivalente químico) EG (equivalente granulométrico) > 80% Costo por unidad PRNT = costo saco/PRNT 1

Nombre y ubicación de las industrias de cal muestreadas en Costa Rica, 1992

Nombre y ubicación de las industrias de cal muestreadas en Costa Rica, 1992

EFICIENCIA GRANULOMETRICA DE LA CAL Eficiencia granulomética de la cal con base en el tamaño de malla (CIA-UCR) 1

Fuentes comunes de cal 1

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MÉTODO Y ÉPOCA DE APLICACIÓN Incorporación del material en los primeros 15 a 20 cm de suelo Distribución uniforme en todo el terreno Cultivos establecidos (pastos y perennes), la cal debe aplicarse en la superficie Cultivos perennes con distancias de siembra amplias: distribución área de gotera Humedad es necesaria para reacción de cal: -Al inicio de lluvias -Final de estación lluviosa Evitar contacto directo de la cal con fertilizantes: 1 o 2 meses antes Frecuencia: 2 o 3 años 1

Aplicación de cal antes de sembrar

Estimación de la dosis de cal para reducir saturación de acidez   La fórmula contempla la neutralización de un determinado % de saturación de acidez en relación con la CICE del suelo multiplicado por una constante con la que se cubren los factores que limitan la eficiencia de la reacción química a saber calidad del material encalante, reacciones paralelas en el suelo y el Al no intercambiable proveniente de la materia orgánica. 1.5 (Al – RAS) (CICE) x f ton CaCO3/ha = ------------------------------------ 100      Al = % de saturación de acidez existente en el suelo. RAS = % de saturación de acidez deseado. CICE = Capacidad de intercambio catiónico efectiva. F = Factor de corrección por calidad de la cal 100/PRNT. Este método no es útil en suelos con saturación de Al inferior a 30% 1

a) SUELO : Typic Hapludult UBICACIÓN: La Suiza,Turrialba Ejemplos de resultados de análisis de suelos para el cálculo de necesidades de encalado a) SUELO : Typic Hapludult UBICACIÓN: La Suiza,Turrialba CULTIVO: Caña de azúcar PRNT DE CAL: 86 % RAS DESEADO : 25 % 1

Ejemplo Siquirres, Limón: se desea sembrar maíz para ensilado que tolera 30% de saturación de acidez. El área es de 5 ha y el suelo clasifica como Typic hapludult A. Suma de bases: 0.3 + 0.5 + 0.1= 0.9 cmol(+)/L b. CICE: 0.9 + 2.59= 3.49 cmol(+)/L c. %Saturación de acidez: (2.59/3.49) x 100= 74.2% d. t CaCO3/ha = 2(%S.Al existente - %S. Al deseado) x CICE 100 = 2 (74.2 - 30) x 3.49 = 3.08  3 t CaCO3/ha

Ejemplo Siquirres, Limón: se desea sembrar maíz para ensilado que tolera 30% de saturación de acidez. El área es de 5 ha y el suelo clasifica como Typic hapludult. Cal con PRNT de 80% A. Suma de bases: 0,3 + 0,5 + 0,1= 0,9 cmol(+)/L b. CICE: 0,9 + 2,59= 3.49 cmol(+)/L c. %Saturación de acidez: (2,59/3,49) x 100= 74,2% d. t CaCO3/ha = 1,5 (%S.Al exist. - %S. Al desea) x CICE x 100 100 PRNT = 1,5 (74.2 - 30) x 3.49 x 100 = 2,89 t CaCO3/ha 100 80

FACTORES QUE AFECTAN LA EFICIENCIA DE LA CAL 1.- CLIMA Y SUELO: Alta temperatura y humedad favorecen reacción de la cal. 2.- NATURALEZA QUIMICA DEL MATERIAL: Oxidos e hidróxidos de Ca forman bases fuertes, por lo que reaccionan más rápido y tienen menor efecto residual. 3.- TAMAÑO DE PARTICULA: Materiales finos dejan poco efecto residual, neutralizan más rápido la acidez. Cal retenida en mallas 20, 40 y 60 reaccionan en un plazo de 1 - 3 años Cal retenida en malla 10 INEFECTIVA 1

- Cultivos perennes: materiales más gruesos - Cultivos de ciclo corto: materiales de reacción rápida y alta fineza. - Cultivos perennes: materiales más gruesos 5.- UNIFORMIDAD DE LA APLICACIÓN - Distribución uniforme de la cal sobre la superficie del suelo. Incorporación 15 - 20 cm de profundidad 1

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EFECTO DEL USO DEL YESO 1

Dosis de yeso (Malavolta 1993) Uso del yeso cuando análisis del subsuelo (21-40 cm de profundidad) muestra <60% de saturación de Ca (con base en la CICE) Si el análisis de subsuelo muestra >20% de saturación de Al Cálculo de las necesidades de yeso: t ha-1 de yeso = (0.6 x CICE - Ca) x 2.5 t ha-1 de yeso = (Al - 0.2 x CICE) x 2.5 No es conveniente aplicar más de 2 t ha-1 de yeso, aún cuando el uso de las fórmulas anteriores indiquen una dosis mayor. (Malavolta 1993) 1

Dosis de yeso Otro criterio mencionado por Vitti et al. (1996), establece recomendaciones de yeso con base en la clase de textura del suelo: Suelos arenosos (<15% de arcilla): 0.5 t ha-1 Suelos francos (15-35% de arcilla): 1.0 t ha-1 Suelos arcillosos (36-60% de arcilla):1.5 t ha-1 Suelos muy arcillosos (>60% de arcilla):2.0 t ha-1 1

MEJORAMIENTO DEL SUBSUELO Acidez del subsuelo puede limitar crecimiento radical Aplicación superficial de cal no mejora subsuelo Incorporación superficial de yeso (CaSO4.2H2O) para mejorar la fertilidad de subsuelos ácidos Yeso promueve el desplazamiento de Ca y otros cationes hacia horizontes más profundos del suelo Yeso promueve el desarrollo del sistema radicular en el subsuelo, para aprovechar mejor el agua disponible, resistir épocas secas, y explorar mayor volumen de suelo que favorece la absorción de nutrimentos. 1

Dosis de yeso (Malavolta 1993) Uso del yeso cuando análisis del subsuelo (21-40 cm de profundidad) muestra <60% de saturación de Ca (con base en la CICE) Si el análisis de subsuelo muestra >20% de saturación de Al Cálculo de las necesidades de yeso: t ha-1 de yeso = (0.6 x CICE - Ca) x 2.5 t ha-1 de yeso = (Al - 0.2 x CICE) x 2.5 No es conveniente aplicar más de 2 t ha-1 de yeso, aún cuando el uso de las fórmulas anteriores indiquen una dosis mayor. (Malavolta 1993) 1

Dosis de yeso Otro criterio mencionado por Vitti et al. (1996), establece recomendaciones de yeso con base en la clase de textura del suelo: Suelos arenosos (<15% de arcilla): 0.5 t ha-1 Suelos francos (15-35% de arcilla): 1.0 t ha-1 Suelos arcillosos (36-60% de arcilla):1.5 t ha-1 Suelos muy arcillosos (>60% de arcilla):2.0 t ha-1 1

Sobreencalado Deterioro estructural del suelo Promueve formación de pequeños agregados que reducen la tasa de infiltración, lo que provoca > susceptibilidad a la erosión Deficiencia de fósforo En los suelos con alta capacidad de fijación de P por formación de fosfatos de calcio insolubles Posibles deficiencias: B, Zn, Mn Reducción de la producción: