CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CAPACIDAD DE INTERCAMBIO COLOIDES CARGAS NEGATIVAS CARGAS POSITIVAS CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO.

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2 CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CAPACIDAD DE INTERCAMBIO COLOIDES CARGAS NEGATIVAS CARGAS POSITIVAS CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA CAPACIDAD DE INTERCAMBIO ANIONICA INORGANICOSORGANICOS -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 ÕRegulado por la ley de acción de masas Micela-Ca ++ + 2 Na +  Micela- 2 Na + + Ca ++ ÕGeneralmente equivalencia química ÕProceso reversible ÕLímite generalmente neto ÕEquilibrio 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 -INESTABILIDAD -POTENCIAL NUTRICIONAL SUSTITUCION ISOMORFICA NATURAL EXPONTANEA IRREVERSIBLE

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

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11 ARCILLAS FILOSILICATOS

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

13 ORDEN DE SUELOS MINERALES DOMINANTES METEORIZACION MOLLISOLS FELDESPATOS, VERMICULITA SIO 2 VERTISOLS SMECTITAS SIO2 INCEPTISOLS SMECTITAS, CAOLINITAS SIO2 ALFISOLS CAOLINITAS, SMECTITAS SIO2 ULTISOLS CAOLINITAS, SESQUIOXIDOS SIO2 OXISOLS SESQUIOXIDOS, CAOLINITAS MENOS MAYOR DESILICACIONDESILICACION

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16 SUPERFICIE ESPECÍFICA 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 80-300 m2/g Sepiolita 100-240 m2/g Paligorskita 100-200 m2/g CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO Caolinita: 3-5 Halloisita: 10-40 Illita: 10-50 Clorita: 10-50 Vermiculita: 100-200 Montmorillonita: 80-200 Sepiolita-paligorskita: 20-35 CAPACIDAD DE ABSORCIÓN HIDRATACIÓN E HINCHAMIENTO PLASTICIDAD TIXOTROPÍA CARACTERISTICAS GENERALES DE LAS ARCILLAS

17 Características de cargas de coloides representativos. TIPO DE COLOIDECARGA NEGATIVACARGA POSITIVA cmol / kg Premanente cmol/kg Constante % Variable % ORGANICO20010900 SMECTITA1009550 VERMICULITA1509550 MICA FINA3080200 CLORITA3080200 CAOLINITA85952 HALLOYSITA*18336715 GIBBSITA401005 GOETITA401005 ALOFANA*51208017 TURBA*13628726 FUENTE: BRADY 1990 * CITADO EN SANCHEZ PEDRO 1976

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

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24 pHCAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICA cmol(+) kg -1 MOARCILLASUELO 2.536385.8 3.573467.5 5.0127549.7 6.01315610.8 7.01636012.3 8.02136414.8 PRATT AND BAIR, 1962 pH 4.0 pH + 7.0 AcNH 4 + 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

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

26 SS MM xx DOBLE CAPA DIFUSA

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28 CAPACIDAD TAMPÓN Solución y oxidación de pirita y otros sulfuros pH : 2-4 Compuestos alumínicospH : 4-5.5 Complejo de cambiopH : 5.5-6.8 Materia orgánica y mineralespH : 6.8-7.2 Carbonatos de Ca y MgpH : 7.2-8.5 Sodio de cambio y carbonato sódico sólido pH : 8.5-10.5

29 RETENCION DE CATIONES CARACTERISTICAS DE INTERCAMBIADOR MATERIA ORGANICA:Na < K < NH 4 + <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+

30 MATERIA ORGANICA DEL SUELO

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32 Origen de las cargas en óxidos e hidróxidos: - AlOH + H + AlOH 2 +  carga dependiente del pH o de tipo variable

33 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 Terminologías

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

35 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 4 2- PO 4 3- pH Cl - SO 4 2- 6.70.3 2.0 41.2 6.8 0 22.0 5.8 2.4 7.1 50.8 5.6 0 36.5 4.0 6.0 ----- 88.2 4.0 0.05 47.4

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

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38 pH DEL SUELO Y DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES zValor óptimo de pH: 5 – 6 yMáxima disponibilidad de nutrientes zValores altos de pH: yDisponibilidad reducida de nutrientes zValores bajos de pH: yDisponibilidad reducida de nutrientes yNiveles tóxicos de Al, Mn

39 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

40 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 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 CO 2 QUE PASA A H 2 CO 3 GENERANDO 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

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42 pH crítico y óptimo EspeciepH CríticopH Optimo Papa55,4 Avena5,35,8 Maíz5,56,1 Soja5,86,4 Alfalfa6,16,7 Nivel de rendimiento en función del pH edáfico Especie pH 4,755,76,87,5 Maíz34%73%83%100%85% Soja65%70%80%100%93% Alfalfa-- 42%100%

43 NIVEL DE RENDIMIENTO EN FUNCIÓN DEL pH EDÁFICO ESPECIE pH 4,755,76,87,5 Maíz34%73%83%100%85% Soja65%70%80%100%93% Alfalfa-- 42%100%

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

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46 CLORUROS: ClNa, CaCl 2, MgCl 2, KCl SULFATOS: MgSO 4, Na 2 SO 4, NITRATO: NaNO 3, KNO 3 CARBONATOS: Na 2 CO 3 BICARBONATOS: NaCO 3 H SALES MAS COMUNES

47 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 Ac ABSICICO, < TRANSPORTE DE CITOQUININAS A LAS PARTES AEREAS

48 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 TESTIGO10 KCl- CONTROL100 NaCl102 NaBr87 KNO 3 21 K 2 SO 4 3

49 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 NH 4 + RANGO DE NITRIFICACION POTENCIAL OSMOTICO SLN SUELO Cl - SO 4 = Cl - SO 4 = KPamg N-NO 3 - / kg / diaKPa -931.402.40-91-79 -1710.822.12-130-101 -3380.101.88-234-138 -680-0.071.75-476-210

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52 GUÍA PARA LA INTERPRETACIÓN DEL AGUA DE RIEGO (Ayres and Westcot, 1985. FAO) Problema Potencial UnidadesGrado de Restricción de Uso NingunoLigero a ModeradoSevero Salinidad (afecta la disponibilidad de agua al cultivo) C.E.w. *dS/m< 0.70.7 – 3.0> 3.00 TSDmg/l< 450450 – 2000> 2000 Infiltración (afecta la tasa de infiltración del aguaen el suelo) SAR = 0 – 3 y C.E. w > 70.7 – 0.2< 0.2 = 3 – 6 > 1.21.2 – 0.3< 0.3 = 6 – 9 > 1.91.9 – 0.5< 0.5 = 12 – 20 > 2.92.9 – 1.3< 1.3 = 20 – 40 > 5.05.0 – 2.9< 2.9 Toxicidad Ión Específico (afecta la sensibilidad del cultivo) Sodio (Na+)SAR< 33 – 9> 9 Cloro (Cl - )meq/l< 44 – 10> 10 Boro (B)mg/l< 0.70.7 – 3.0> 3.0 Efectos Misceláneos(afecta la suceptibilidad del cultivo) Nitrógeno (N-NO 3 - ) >30 Bicarbonato (HCO 3 - )mg/l< 55 – 30>8.5 pHmeq/l< 1.51.5 – 8.5 Rango Normal 6.5 – 8.4

53 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)0,10 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)0,10 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)1,0Sus efectos quedan neutralizados en suelos neutros y alcalinos. Fe5,0 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 Li2,5 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. Mn0,20 Tóxico para varios cultivos a concentraciones entre décimas de mg y varios mg/l, pero normalmente sólo en suelos ácidos. Mo0,01 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. Ni0,20 Tóxico para varias plantas a concentraciones entre 0,5 y 1,0 mg/l. A pH neutro o alcalino se reduce su toxicidad. Pb5,0A concentraciones muy elevadas puede inhibir el crecimiento celular de las plantas. Se0,02 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-Las plantas lo excluyen de forma muy efectiva; la tolerancia específica es desconocida. 0,10Tóxico 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. CONCENTRACIONES MÁXIMAS DE ELEMENTOS TRAZA EN AGUAS DE RIEGO Elemento Concentración máxima recomendada (mg/l) Efectos METCALF & EDDY, INC. Ingeniería de aguas residuales. Mc Graw Hill. 3ª Edición (1995)

55 CRS puede clasificarse el agua de la siguiente forma: - Agua recomendable: CRS 2. Clasificación de las aguas de riego en función de los grados hidrotimétricos franceses. Tipo de aguaGrados hidrotimétricos franceses Muy blandaMenor de 7 Blanda7-14 Semiblanda14-22 Semidura22-32 Dura32-54 Muy duraMás de 54 Fuente: Junta de Extremadura (1992).

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