PROPIEDADES QUIMICAS.

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1 PROPIEDADES QUIMICAS

2 CAPACIDAD DE INTERCAMBIO
COLOIDES CARGAS NEGATIVAS CARGAS POSITIVAS CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICA INORGANICOS ORGANICOS -ARCILLAS OXIDOS DE Fe Y Al ALOFANO HUMUS

3 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

4 Características del intercambio catiónico
Regulado por la ley de acción de masas Micela-Ca++ + 2Na+  Micela-2Na+ + Ca++ Generalmente equivalencia química Proceso reversible Límite generalmente neto Equilibrio rápido y dinámico - intercambio continuo

5 1 meq de un elemento X = 1 me de un elemento Y

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

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8 SUSTITUCION ISOMORFICA NATURAL EXPONTANEA IRREVERSIBLE INESTABILIDAD POTENCIAL NUTRICIONAL

9 SUSTITUCION ISOMORFICA
SUST.ISOMORF 3+ Al TETRAEDROS DE Al=0.051 nm TETRAEDROS DE Si=0.042nm

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11 ARCILLAS FILOSILICATOS

12 PRECIPITACION + TEMPERATURA
MINERALES PRIMARIOS ARCILLAS 2:1 PRECIPITACION + TEMPERATURA TIEMPO ARCILLAS 1:1 OXIDOS DE Fe y Al

13 ORDEN DE SUELOS MINERALES DOMINANTES METEORIZACION DESILICACION
MENOS DESILICACION MOLLISOLS FELDESPATOS, VERMICULITA SIO2 VERTISOLS SMECTITAS INCEPTISOLS SMECTITAS, CAOLINITAS ALFISOLS CAOLINITAS, SMECTITAS ULTISOLS CAOLINITAS, SESQUIOXIDOS OXISOLS SESQUIOXIDOS, CAOLINITAS MAYOR

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16 CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS ARCILLAS
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 m2/g Sepiolita m2/g Paligorskita m2/g   Caolinita: 3-5 Halloisita: Illita: Clorita: Vermiculita: Montmorillonita: Sepiolita-paligorskita: 20-35 SUPERFICIE ESPECÍFICA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS ARCILLAS CAPACIDAD DE ABSORCIÓN HIDRATACIÓN E HINCHAMIENTO TIXOTROPÍA PLASTICIDAD

17 CARGA POSITIVA cmol / kg
Características de cargas de coloides representativos. FUENTE: BRADY * CITADO EN SANCHEZ PEDRO 1976 TIPO DE COLOIDE CARGA NEGATIVA CARGA POSITIVA cmol / kg Premanente cmol/kg Constante % Variable % ORGANICO 200 10 90 SMECTITA 100 95 5 VERMICULITA 150 MICA FINA 30 80 20 CLORITA CAOLINITA 8 2 HALLOYSITA* 18 33 67 15 GIBBSITA 4 GOETITA ALOFANA* 51 17 TURBA* 136 28 72 6

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21 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

22 CIC me/100g pH CARGA EN FUNCION DEL pH o VARIABLE FRACCION ORGANICA
FRACCION INORGANICA CARGA PERMANENTE 4.0 7.0 pH

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24 CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA cmol(+) kg-1
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 pH 4.0 pH 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

25 CARACTERISTICA ANFOTERICA
OH OH O-(1) Si Si Si OH(+½H) OH O(-½) Al Al Al OH((+½H) OH OH(-½) H+ OH-

26 DOBLE CAPA DIFUSA S M x

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28 CAPACIDAD TAMPÓN Solución y oxidación de pirita y otros sulfuros
pH : 2-4 Compuestos alumínicos pH : 4-5.5 Complejo de cambio pH : Materia orgánica y minerales pH : Carbonatos de Ca y Mg pH : Sodio de cambio y carbonato sódico sólido pH :

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

31 MATERIA ORGANICA DEL SUELO

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33 Origen de las cargas en óxidos e hidróxidos:
- AlOH + H AlOH2+  carga dependiente del pH o de tipo variable

34 Terminologías 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

35 A pH > O IGUAL A 7.0 V ES 100%

36 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 SO PO pH Cl SO42-

37 REACCION DEL SUELO o pH DEL SUELO RESUMEN DE LAS RELACIONES.

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39 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: Niveles tóxicos de Al, Mn

40 RESPUESTA DE ALGUNOS CULTIVOS A LA APLICACION DE NUTRIENTES
Cultivo N P K Ca Mg Fe Cu Zn Mn B Brocoli A A A M M A M M M M Tomate A A A A M A M M M M Espárrago A M A M M M B B B M Pimiento A M A M M B B B M B Arroz A M M B B A M A A M Maíz A M B B B M M A B B Papa A A A M M M M M M B Cítricos A A A M M A A A A B Vid A A A M M A B M A M A: Alta ; B: Baja : M: Media

41 FACTORES QUE AFECTAN EL pH
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 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

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43 pH crítico y óptimo pH Crítico pH Optimo 5 5,4 5,3 5,8 5,5 6,1 6,4 6,7
 Especie pH Crítico pH Optimo  Papa 5 5,4  Avena 5,3 5,8  Maíz 5,5 6,1  Soja 6,4  Alfalfa 6,7 Nivel de rendimiento en función del pH edáfico  Especie pH 4,7 5 5,7 6,8 7,5  Maíz 34% 73% 83% 100% 85%  Soja 65% 70% 80% 93%  Alfalfa -- 42%

44 Maíz 34% 73% 83% 100% 85% Soja 65% 70% 80% 93% Alfalfa -- 42%
NIVEL DE RENDIMIENTO EN FUNCIÓN DEL pH EDÁFICO  ESPECIE pH 4,7 5 5,7 6,8 7,5  Maíz 34% 73% 83% 100% 85%  Soja 65% 70% 80% 93%  Alfalfa -- 42%

45 SUELOS POCO EVOLUCIONADOS
BAJA PRECIPITACION ALTA EVAPO. SUELOS POCO EVOLUCIONADOS pH NEUTROS A BASICOS SUELO: ALTO MOVIMIENTO ASCENDENTE DE LA SOLUCION SUELO SALINIDAD

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47 SALES MAS COMUNES BICARBONATOS: NaCO3H
CLORUROS: ClNa, CaCl2 , MgCl2, KCl CARBONATOS: Na2CO3 SALES MAS COMUNES NITRATO: NaNO3, KNO3 SULFATOS: MgSO4, Na2SO4,

48 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

49 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

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52 GUÍA PARA LA INTERPRETACIÓN DEL AGUA DE RIEGO (Ayres and Westcot, 1985
GUÍA PARA LA INTERPRETACIÓN DEL AGUA DE RIEGO (Ayres and Westcot, 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) > 3.0 Efectos Misceláneos(afecta la suceptibilidad del cultivo) Nitrógeno (N-NO3-) >30 Bicarbonato (HCO3-) < 5 5 – 30 >8.5 pH < 1.5 1.5 – 8.5 Rango Normal 6.5 – 8.4

53 Sus efectos quedan neutralizados en suelos neutros y alcalinos. Fe 5,0
CONCENTRACIONES MÁXIMAS DE ELEMENTOS TRAZA EN AGUAS DE RIEGO Elemento Concentración máxima recomendada (mg/l) Efectos Al (aluminio) 5,0 Puede causar la improductividad en suelos ácidos, pero en suelos alcalinos el ion precipita desapareciendo toda posible toxicidad (pH > 5,5). As (arsénico) 0,10 La 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) La 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) 0,05 Tóxico 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) No 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) 0,20 Tóxico 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

54 CONCENTRACIONES MÁXIMAS DE ELEMENTOS TRAZA EN AGUAS DE RIEGO Elemento
Concentración máxima recomendada (mg/l) Efectos Li 2,5 Tolerado 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 0,20 Tóxico para varios cultivos a concentraciones entre décimas de mg y varios mg/l, pero normalmente sólo en suelos ácidos. Mo 0,01 A 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 Tóxico 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 0,10 Tóxico para muchas plantas a concentraciones relativamente bajas. Zn (zinc) 2,0 Tóxico 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. METCALF & EDDY, INC. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill. 3ª Edición (1995)

55 Clasificación de las aguas de riego en función de
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).

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58 GRACIAS

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60 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= KPa mg N-NO3- / kg / dia -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