COMPOSICIÓN DE LA DISOLUCIÓN DEL SUELO. Suelos agrícolas: Ca 2+, Mg 2+, K +, NO 3 -, Cl - y SO 4 2-, pH Suelos ácidos: Al Suelos alcalinos: Na +, CO 3.

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1 COMPOSICIÓN DE LA DISOLUCIÓN DEL SUELO

2 Suelos agrícolas: Ca 2+, Mg 2+, K +, NO 3 -, Cl - y SO 4 2-, pH Suelos ácidos: Al Suelos alcalinos: Na +, CO 3 2- Estabilidad mineral Si Suelos superficiales poco alterados DOC

3 COMPONENTES MINORITARIOS Metales traza suelos contaminados Dependen: pH S.O.M Condiciones redox

4 ESPECIACIÓN Hidrólisis Formación de pares iónicos Formación de complejos

5 M n+ O HHHH O L n- H H M n+ O HHHH e-e- H+H+ Hidrólisis

6 Al OHOH 2 2+ Al O O 4+ Al(H 2 O) 6 3+ + H 2 O  AlOH(H 2 O) 5 2+ + H + AlOH(H 2 O) 5 2+ + H 2 O  Al(OH) 2 (H 2 O) 4 + + H + Al(OH) 2 (H 2 O) 4 + + H 2 O  Al(OH) 3 (H 2 O) 3 0 + H + Al(OH) 3 (H 2 O) 3 0 + H 2 O  Al(OH) 3 (H 2 O) 2 - + H + Hidrólisis

7

8 Reacciones de complejación del Cr en la disolución del suelo ReacciónpK 0 Cr(H 2 O) 6 3+  CrOH(H 2 O) 5 2+ + H + 3.9 CrCl(H 2 O) 5 2+  CrCl(H 2 O) 4 2+ + H + 5.2 Cr(CN) 5 (H 2 O) 2-  Cr(CN) 5 OH 3- + H + 9.0 Complejos y pares iónicos

9 Equilibrios de complejación del Ca en la disolución del suelo ReacciónpK Ca 2+ + H 2 PO 4 -  CaH 2 PO 4 + -1.40 Ca 2+ + H 2 PO 4 -  CaHPO 4 0 + H + 4.46 Ca 2+ + H 2 PO 4 -  CaPO 4 - + 2H + 13.09 Ca 2+ + SO 4 2-  CaSO 4 0 -2.31 Ca 2+ + Cl -  CaCl + 1.00 Ca 2+ + 2Cl -  CaCl 2 0 0.00 Complejos y pares iónicos

10 El pH del suelo

11 pH del suelo H + marca el comportamiento del suelo desde el punto de vista químico y biológico pH = -log [H + ] pH + pOH = 14

12 FUENTES DE ACIDEZ

13 NO 2 SO 2 SO 2 + H 2 O + ½ O 2  2H + + SO 2 2- 2NO 2 + H 2 O + ½ O 2  2H + + 2NO 3 2- COOH  R-COO - + H + OH  R-O - + H + CO 2 +H 2 O  H + + HCO 3 -  2H + + CO 3 2- NH 3 + 2O 2  H + + NO 3 - + H 2 O SH 2 + 2O 2  2H + + SO 4 2- H  H + K Na Ca Al  Al 3+ + H 2 O  Al(OH) 2+ + H + Al(OH) 2+ + H 2 O  Al(OH) 2 + + H + Al(OH) 2 + + H 2 O  Al(OH) 3 + H + Atmósfera Suelo

14 LA LLUVIA ÁCIDA H + NH 4 + Na + Ca 2+ Mg 2+ K + SO 4 2- NO 3 - Cl - Suelos forestales y de pradera Lavado de los cationes alcalinos y alcalinotérreos Disminución del pH Solubilización de metales tóxicos como el Al. Reducción de la actividad de los microorganismos Disminución de la productividad

15 Suelos agrícolas Sin efecto NH 4 + + 2O 2  NO 3 - + 2H + + H 2 O LA LLUVIA ÁCIDA

16 SUELOS DE MINAS Y ÁCIDO SULFATO FeS 2 + 15/4 O 2 + 7H 2 O  Fe(OH) 3 + 2H 2 SO 4 superficie de minas de carbón planicies marinas de inundación en áreas templadas y tropicales

17 SUELOS DE MINAS Y ÁCIDO SULFATO

18 HIDRÓLISIS CARGA MEDIA carga media

19 Aluminol H2OH2O Silanol H + O OH Al Si Centro ácido de Lewis ARCILLAS

20 centro ácido de Lewis A B C Hidroxilos superficiales H O Fe ARCILLAS

21 ARCILLAS Suelos muy ácidos H, Fe, Al Unidos por enlaces covalentes a los bordes de cristales de la arcilla difícilmente pasa a la disolución del suelo. Sólo en lugares de intercambio de carga permanente de los silicatos en equilibrio con el presente en la disolución del suelo.

22 ARCILLAS Suelos moderadamente ácidos Parte de los iones hidrógeno, unidos a lugares de carga variable, se pueden liberar más fácilmente Contribuyen con los retenidos en los lugares de carga permanente a la concentración de protones en la disolución del suelo.

23 ARCILLAS Suelos neutros y alcalinos La mayoría de las cargas dependientes del pH, se han transformado en disponibles para el intercambio de cationes Hidrógeno sustituido por calcio, magnesio y otras bases

24 OTRAS FUENTES DE ACIDEZ OTRAS FUENTES DE ACIDEZ 4Fe 2+ + O 2 + 10H 2 O  4Fe(OH) 3 + 8H + Reacciones redox

25 OTRAS FUENTES DE ACIDEZ OTRAS FUENTES DE ACIDEZ

26 FUENTES DE ALCALINIDAD

27 complejo de cambio Ca 2+ complejo de cambio Ca 2+ H+H+ + 2H 2 O H+H+ + 2OH -

28 Suelos salinos y sódicos (Aridisoles) Acumulación de CaCO 3 ; MgCO 3, Na 2 SO 4 ; NaCl Los cationes correspondientes saturan el complejo de cambio. SALES SOLUBLES

29 Si en el suelo predominan los carbonatos, el pH final es como mucho 8.5, pH de equilibrio de la reacción de disolución del carbonato de Ca CaCO 3 + H 2 O  Ca 2+ + CO 2 + 2OH - SALES SOLUBLES

30 CO 2  CO 2  H 2 CO 3  HCO 3 -  CO 3 2-  CaCO 3 Interfase gas-líquido Interfase líquido-sólido OH -  H 2 O  H + Ca 2+ pH = -2/3 log P CO 2 + B pH = -2 log [Ca 2+ ] + C pH de los suelos calizos

31 pH de los suelos salinos Sales de ácidos fuertes y de bases fuertes: Sulfatos, cloruros, nitratos de calcio, magnesio y sodio pH del orden de 8.5 Sales de ácidos débiles Carbonatos de sodio, potasio magnesio pH por encima de 8.5 hasta 10 aproximadamente.

32 pH de los suelos salinos HCO 3 - y CO 3 2- reaccionan con el ión H 3 O + para fijar un protón: HCO 3 - + H 3 O +  H 2 CO 3 + H 2 O CO 3 2- + 2H 3 O +  H 2 CO 3 + 2H 2 O Alc = [HCO 3 - ] + 2[CO 3 2- ] + 2[OH - ] - [H + ] Alc = [Na + ] + [K + ] + 2[Ca 2+ ] + 2[Mg 2+ ] - [Cl - ] - 2[SO 4 2- ] pH = log Alc - log PCO 2 + 7.82

33 PODER DE AMORTIGUACIÓN

34 resistencia que presenta el suelo a modificar su pH cuando se le añaden ácidos o bases. permite mantener el pH dentro de límites muy estrechos, evitando modificaciones radicales que afectarían negativamente a los microorganismos y plantas y al propio suelo

35 PODER DE AMORTIGUACIÓN Disolución del suelo Disolución de minerales del suelo Superficies de carga permanente Superficies de carga variable Depende de:

36 PODER DE AMORTIGUACIÓN Disolución del suelo Ácidos disueltos Ácidos fuertes capacidad tampón alta a concentraciones altas mínima a valores de pH de alrededor de 7, mayor a valores más bajos (<3) Ácidos débiles Carbonatos M.O. Capacidad tampón dependiente de la concentración y pK de disociación Máxima pK-1<pH<pK+1

37 PODER DE AMORTIGUACIÓN Disolución mineral Al(OH) 3 + 3H +  Al 3+ + 3 H 2 O lixiviación Al(H 2 O) 6 3+ + H 2 O  AlOH(H 2 O) 5 2+ + H + H + + Ca(OH) +  Ca 2+ + H 2 O

38 PODER DE AMORTIGUACIÓN Disolución mineral Mayor capacidad si contienen Ca 2+, Mg 2+, Na + y K + Mayor capacidad cuanto más solubles gibbsita, caolinita, esmectitas, illitas, feldespatos

39 PODER DE AMORTIGUACIÓN Superficies de carga permanente intercambio de cationes entre la superficie y la disolución del suelo. Depende de: Tipo y concentración de iones en la superficie y en la disolución Tipo, características estructurales y afinidad relativa de la superficie por los distintos iones. Las arcillas saturadas de H son inestables

40 PODER DE AMORTIGUACIÓN Superficies de carga variable intercambio de iones entre la superficie y la disolución del suelo. protonación y desprotonación de los grupos hidroxilo, óxido o H 2 O expuestos a la superficie de los oxohidróxidos o de los bordes de los minerales de arcilla Aluminol H2OH2O Silanol H + O OH Al Si Centro ácido de Lewis centro ácido de Lewis A B C Hidroxilos superficiales H O Fe

41 PODER DE AMORTIGUACIÓN Superficies de carga variable Punto isoeléctrico (iep) pH al cual se absorben cantidades iguales de H + y de OH - Igual afinidad por los H + que por los OH - iep  7, Mayor afinidad por los H + iep > 7 Menor afinidad por los H + iep<7

42 PODER DE AMORTIGUACIÓN Superficies de carga variable pH < iep adsorción de H + aumenta con la fuerza iónica y la carga de los iones de la disolución del suelo. pH>iep adsorción de OH - aumenta con la fuerza iónica y la carga de los iones de la disolución del suelo.

43 PODER DE AMORTIGUACIÓN Superficies de carga variable O M OH + F -  M F - O M OH M O OH O + HPO 4 2-  O P M OH 2 + M O O - Intercambio ligando (anión-anión) Superficie normalmente más negativa

44 PODER DE AMORTIGUACIÓN Superficies de carga variable Punto cero de carga (pzc) el pH al cual la carga neta de la superficie es cero La capacidad tampón de una superficie de carga variable es mínima en el pzc y aumenta conforme nos alejamos de él, La amortiguación depende de la diferencia entre el pH de la disolución y el pzc.

45 PODER DE AMORTIGUACIÓN Superficies de carga variable curva de carga inicial del suelo curva de carga tras adicionar potasa pzse carga neta punto de efecto salino cero (pzse) pH al cual la adsorción no varía con la fuerza iónica

46 PODER DE AMORTIGUACIÓN Superficies de carga variable La materia orgánica La amortiguación por materia orgánica en la fase sólida es similar a su comportamiento en la disolución del suelo. Su capacidad depende del pH del suelo y de si se acumula como ácido o su base conjugada.

47 RANGO DE pH DE LOS SUELOS

48 Acidez pH del Suelo Acidez Neutralidad Alcalinidad Muy fuert e Fuer te Mode - rada Fuer te Mode - rada Liger a pH de las turbas ácidas rango de pH de los suelos minerales de las regiones húmedas rango de pH de los suelos minerales de las regiones áridas suelos altamente alcalinos

49 pH del Suelo El pH y el grado de saturación de los suelos varían de forma limitada en función de las estaciones del año. Suelos con vegetación permanente su valor medio refleja un estado de equilibrio característico del perfil. pH ± 1 Producción de iones H + durante la humificación se compensa con el aporte de iones básicos (procesos de alteración y de los ascensos biológicos). Suelos agrícolas puede que no exista compensación por la extracción de bases por las cosechas.

50 TIPOS DE ACIDEZ DEL SUELO

51 Acidez actual: Acidez potencial: concentración de iones H 3 O + libres que existen en la disolución del suelo la suma de los iones H + de cambio que constituyen una "reserva", actualmente no disponible

52 bases cambiables H y Al enlazados H + cambiables Al(OH) x Al 3+ cambiable Relación entre el pH y los cationes unidos a los coloides del suelo

53 3 4 5 6 7 8 4 5 6 7 8 80 60 40 20 % de capacidad de adsorción de cationes pH del suelo H enlazado (y probablemente Al y Fe en medio muy ácido bases de cambio H y Al cambiables bases de cambio H enlazado SUELO ORGÁNICO SUELO MINERAL Dependencia del pH con el complejo adsorbente

54 bomba de H + quelante Fe(III) quelado Descomposición Fe(III)-reductasa Fe 3+ a Fe 2+ Fe 2+ Canal del Fe 2+ quelante Fe 2+ raíz rizosfera

55 Contribución de los minerales de arcilla al pH del suelo Acidez H enlazados covalentemente H de cambio