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pH del suelo

Variación global del pH del suelo. Rojo = suelo ácido. Amarillo = suelo neutro. Azul = suelo alcalino. Negro = sin datos.

El pH del suelo es una medida de la acidez o basicidad (alcalinidad) de un suelo . El pH del suelo es una característica clave que se puede utilizar para realizar análisis informativos tanto cualitativos como cuantitativos sobre las características del suelo. [1] El pH se define como el logaritmo negativo (base 10) de la actividad de los iones hidronio ( H+
o, más precisamente, H
3Oh+
aq) en una solución . En los suelos, se mide en una suspensión de tierra mezclada con agua (o una solución salina, como0,01  M  de CaCl2
2), y normalmente se encuentra entre 3 y 10, siendo 7 neutro. Los suelos ácidos tienen un pH inferior a 7 y los alcalinos tienen un pH superior a 7. Los suelos ultraácidos (pH < 3,5) y los suelos muy fuertemente alcalinos (pH > 9) son raros. [2] [3]

El pH del suelo se considera una variable fundamental en los suelos, ya que afecta a muchos procesos químicos. Afecta específicamente a la disponibilidad de nutrientes de las plantas al controlar las formas químicas de los diferentes nutrientes e influir en las reacciones químicas que experimentan. El rango de pH óptimo para la mayoría de las plantas está entre 5,5 y 7,5; [3] sin embargo, muchas plantas se han adaptado para prosperar en valores de pH fuera de este rango.

Clasificación de los rangos de pH del suelo

El Servicio de Conservación de Recursos Naturales del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos clasifica los rangos de pH del suelo de la siguiente manera: [4]

0 a 6=ácido, 7=neutro y 8 y más alcalinidad

Determinación del pH

Los métodos para determinar el pH incluyen:

Para la investigación y el seguimiento científicos se requieren mediciones precisas y repetibles del pH del suelo. Esto generalmente implica un análisis de laboratorio utilizando un protocolo estándar; un ejemplo de dicho protocolo es el que se encuentra en el Manual de métodos de campo y laboratorio de estudios de suelos del USDA . [8] En este documento, el protocolo de tres páginas para la medición del pH del suelo incluye las siguientes secciones: Aplicación; Resumen del método; Interferencias; Seguridad; Equipo; Reactivos; y Procedimiento.

Resumen del método

El pH se mide en soluciones de suelo-agua (1:1) y suelo-sal (1:2 ). Para mayor comodidad, el pH se mide inicialmente en agua y luego en . Con la adición de un volumen igual de 0,02 M a la suspensión de suelo que se preparó para el pH del agua, la relación suelo-solución final es 1:2 0,01 M . Se mezcla una muestra de suelo de 20 g con 20 mL de agua de ósmosis inversa (OI) (1:1 p:v) con agitación ocasional. La muestra se deja reposar 1 h con agitación ocasional. La muestra se agita durante 30 s y se mide el pH del agua 1:1. Se añade 0,02 M (20 mL) a la suspensión de suelo, se agita la muestra y se mide el pH 1:2 0,01 M (4C1a2a2).


— Resumen del método del USDA NRCS para la determinación del pH del suelo [8]

Factores que afectan el pH del suelo

El pH de un suelo natural depende de la composición mineral del material original del suelo y de las reacciones de meteorización que experimenta dicho material. En ambientes cálidos y húmedos, la acidificación del suelo se produce con el tiempo a medida que los productos de la meteorización son lixiviados por el agua que se mueve lateralmente o hacia abajo a través del suelo. Sin embargo, en climas secos, la meteorización y la lixiviación del suelo son menos intensas y el pH del suelo suele ser neutro o alcalino. [9] [10]

Fuentes de acidez

Muchos procesos contribuyen a la acidificación del suelo, entre ellos: [11]

Fuentes de alcalinidad

La alcalinidad total del suelo aumenta con: [13] [14]

La acumulación de alcalinidad en un suelo (en forma de carbonatos y bicarbonatos de Na, K, Ca y Mg) ocurre cuando no fluye suficiente agua a través del suelo para lixiviar las sales solubles. Esto puede deberse a condiciones áridas o a un drenaje interno deficiente del suelo ; en estas situaciones, la mayor parte del agua que ingresa al suelo se transpira (es absorbida por las plantas) o se evapora, en lugar de fluir a través del suelo. [13]

El pH del suelo suele aumentar cuando aumenta la alcalinidad total , pero el equilibrio de los cationes añadidos también tiene un efecto marcado en el pH del suelo. Por ejemplo, aumentar la cantidad de sodio en un suelo alcalino tiende a inducir la disolución del carbonato de calcio , lo que aumenta el pH. Los suelos calcáreos pueden variar en pH de 7,0 a 9,5, dependiendo del grado en que el Ca2+
o Na+
dominan los cationes solubles. [13]

Efecto del pH del suelo sobre el crecimiento de las plantas

Suelos ácidos

En las cercanías de las minas se encuentran niveles elevados de aluminio; en las centrales eléctricas de carbón o en los incineradores se liberan pequeñas cantidades de aluminio al medio ambiente . [15] El aluminio presente en el aire es arrastrado por la lluvia o normalmente se deposita, pero pequeñas partículas de aluminio permanecen en el aire durante mucho tiempo. [15]

La precipitación ácida es el principal factor natural para movilizar el aluminio de fuentes naturales [16] y la principal razón de los efectos ambientales del aluminio; [17] sin embargo, el principal factor de la presencia de aluminio en agua salada y dulce son los procesos industriales que también liberan aluminio al aire. [16] Las plantas cultivadas en suelos ácidos pueden experimentar una variedad de estreses que incluyen toxicidad por aluminio  (Al), hidrógeno  (H) y/o manganeso  (Mn), así como deficiencias de nutrientes de calcio  (Ca) y magnesio  (Mg). [18]

La toxicidad del aluminio es el problema más extendido en suelos ácidos. El aluminio está presente en todos los suelos en distintos grados, pero el Al 3+ disuelto es tóxico para las plantas; el Al 3+ es más soluble a pH bajo; por encima de pH 5,0, hay poco Al en forma soluble en la mayoría de los suelos. [19] [20] El aluminio no es un nutriente vegetal y, como tal, no es absorbido activamente por las plantas, sino que entra en las raíces de las plantas de forma pasiva a través de la ósmosis . El aluminio puede existir en muchas formas diferentes y es un agente responsable de limitar el crecimiento en varias partes del mundo. Se han realizado estudios de tolerancia al aluminio en diferentes especies de plantas para ver los umbrales viables y las concentraciones expuestas junto con la función tras la exposición. [21] El aluminio inhibe el crecimiento de las raíces; las raíces laterales y las puntas de las raíces se engrosan y las raíces carecen de ramificación fina; las puntas de las raíces pueden volverse marrones. En la raíz, el efecto inicial del Al 3+ es la inhibición de la expansión de las células de la rizodermis , lo que lleva a su ruptura; Posteriormente se sabe que interfiere con muchos procesos fisiológicos, incluida la absorción y el transporte de calcio y otros nutrientes esenciales, la división celular, la formación de la pared celular y la actividad enzimática. [19] [22]

El estrés por protones (iones H + ) también puede limitar el crecimiento de las plantas. La bomba de protones , H + -ATPasa, del plasmalema de las células de la raíz trabaja para mantener el pH casi neutro de su citoplasma . Una alta actividad de protones (pH dentro del rango de 3,0 a 4,0 para la mayoría de las especies de plantas) en el medio de crecimiento externo supera la capacidad de la célula para mantener el pH citoplasmático y el crecimiento se detiene. [23]

En suelos con un alto contenido de minerales que contienen manganeso , la toxicidad por Mn puede convertirse en un problema a un pH de 5,6 o inferior. El manganeso, al igual que el aluminio, se vuelve cada vez más soluble a medida que baja el pH, y los síntomas de toxicidad por Mn se pueden observar a niveles de pH inferiores a 5,6. El manganeso es un nutriente esencial para las plantas, por lo que estas transportan el Mn a las hojas. Los síntomas clásicos de la toxicidad por Mn son el arrugamiento o ahuecamiento de las hojas. [24]

Disponibilidad de nutrientes en relación al pH del suelo

Disponibilidad de nutrientes en relación al pH del suelo [25]

El pH del suelo afecta la disponibilidad de algunos nutrientes de las plantas :

Como se ha comentado anteriormente, la toxicidad del aluminio tiene efectos directos en el crecimiento de las plantas; sin embargo, al limitar el crecimiento de las raíces, también reduce la disponibilidad de nutrientes para las plantas. Debido a que las raíces se dañan, la absorción de nutrientes se reduce y las deficiencias de los macronutrientes (nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio) se encuentran con frecuencia en suelos muy fuertemente ácidos a ultraácidos (pH < 5,0). [26] Cuando los niveles de aluminio aumentan en el suelo, disminuyen los niveles de pH. Esto no permite que los árboles absorban agua, lo que significa que no pueden realizar la fotosíntesis, lo que los lleva a morir. Los árboles también pueden desarrollar un color amarillento en sus hojas y venas. [27]

La disponibilidad de molibdeno aumenta a un pH más alto; esto se debe a que el ion molibdato es absorbido más fuertemente por las partículas de arcilla a un pH más bajo. [28]

El zinc , el hierro , el cobre y el manganeso muestran una menor disponibilidad a un pH más alto (mayor sorción a un pH más alto). [28]

El efecto del pH sobre la disponibilidad de fósforo varía considerablemente, dependiendo de las condiciones del suelo y del cultivo en cuestión. La opinión predominante en los años 1940 y 1950 era que la disponibilidad de P se maximizaba cerca de la neutralidad (pH del suelo 6,5-7,5), y disminuía a pH más altos o más bajos. [29] [30] Sin embargo, las interacciones del fósforo con el pH en el rango de moderadamente a ligeramente ácido (pH 5,5-6,5) son mucho más complejas de lo que sugiere esta opinión. Las pruebas de laboratorio, los ensayos en invernadero y los ensayos de campo han indicado que los aumentos en el pH dentro de este rango pueden aumentar, disminuir o no tener efecto sobre la disponibilidad de P para las plantas. [30] [31]

Disponibilidad de agua en relación al pH del suelo

Los suelos fuertemente alcalinos son sódicos y dispersivos , con infiltración lenta , baja conductividad hidráulica y poca capacidad de agua disponible . [32] El crecimiento de las plantas está severamente restringido porque la aireación es deficiente cuando el suelo está húmedo; mientras que en condiciones secas, el agua disponible para las plantas se agota rápidamente y los suelos se vuelven duros y terrosos (alta resistencia del suelo). [33] Cuanto mayor sea el pH en el suelo, menos agua disponible para ser distribuida a las plantas y organismos que dependen de él. Con un pH disminuido, esto no permite que las plantas absorban agua como lo harían normalmente. Esto hace que no puedan realizar la fotosíntesis. [34]

Por otra parte, muchos suelos fuertemente ácidos tienen una fuerte agregación, buen drenaje interno y buenas características de retención de agua. Sin embargo, para muchas especies de plantas, la toxicidad del aluminio limita severamente el crecimiento de las raíces y puede producirse estrés hídrico incluso cuando el suelo está relativamente húmedo. [19]

Preferencias de pH de las plantas

En términos generales, las diferentes especies de plantas se adaptan a suelos con diferentes rangos de pH. Para muchas especies, el rango de pH adecuado del suelo es bastante conocido. [35] Las bases de datos en línea de características de las plantas, como USDA PLANTS [36] y Plants for a Future [37] se pueden utilizar para buscar el rango de pH adecuado del suelo para una amplia gama de plantas. También se pueden consultar documentos como los valores indicadores de Ellenberg para plantas británicas [38] .

Sin embargo, una planta puede ser intolerante a un pH particular en algunos suelos como resultado de un mecanismo particular, y ese mecanismo puede no aplicarse en otros suelos. Por ejemplo, un suelo bajo en molibdeno puede no ser adecuado para plantas de soja a un pH de 5,5, pero los suelos con suficiente molibdeno permiten un crecimiento óptimo a ese pH. [26] De manera similar, algunas plantas calcifúgicas (plantas intolerantes a suelos con pH alto) pueden tolerar suelos calcáreos si se les suministra suficiente fósforo. [39] Otro factor de confusión es que diferentes variedades de la misma especie a menudo tienen diferentes rangos de pH del suelo adecuados. Los fitomejoradores pueden utilizar esto para obtener variedades que puedan tolerar condiciones que de otro modo se considerarían inadecuadas para esa especie; ejemplos de ello son los proyectos para obtener variedades de cultivos de cereales tolerantes al aluminio y al manganeso para la producción de alimentos en suelos fuertemente ácidos. [40]

La siguiente tabla proporciona rangos de pH del suelo adecuados para algunas plantas ampliamente cultivadas que se encuentran en la base de datos PLANTAS del USDA . [36] Algunas especies (como Pinus radiata y Opuntia ficus-indica ) toleran solo un rango estrecho de pH del suelo, mientras que otras (como Vetiveria zizanioides ) toleran un rango de pH muy amplio.

En comunidades vegetales naturales o casi naturales , las diversas preferencias de pH de las especies vegetales (o ecotipos ) determinan al menos en parte la composición y biodiversidad de la vegetación. Si bien los valores de pH tanto muy bajos como muy altos son perjudiciales para el crecimiento de las plantas, existe una tendencia creciente de la biodiversidad vegetal a lo largo del rango de suelos extremadamente ácidos (pH 3,5) a fuertemente alcalinos (pH 9), es decir, hay más especies calcáreas que calcífugas , al menos en ambientes terrestres. [41] [42] Aunque ampliamente reportado y respaldado por resultados experimentales, [43] [44] el aumento observado de la riqueza de especies vegetales con el pH aún necesita una explicación clara. La exclusión competitiva entre especies vegetales con rangos de pH superpuestos probablemente contribuya a los cambios observados en la composición de la vegetación a lo largo de gradientes de pH. [45]

Efectos del pH sobre la biota del suelo

La biota del suelo ( microflora del suelo , animales del suelo) es sensible al pH del suelo, ya sea directamente al contacto o después de la ingestión del suelo o indirectamente a través de las diversas propiedades del suelo a las que contribuye el pH (por ejemplo , estado de los nutrientes , toxicidad de los metales , forma de humus ). Según las diversas adaptaciones fisiológicas y conductuales de la biota del suelo, la composición de especies de las comunidades microbianas y animales del suelo varía con el pH del suelo. [46] [47] A lo largo de los gradientes altitudinales, los cambios en la distribución de especies de las comunidades animales y microbianas del suelo pueden atribuirse, al menos en parte, a la variación del pH del suelo. [47] [48] El cambio de formas tóxicas a no tóxicas de aluminio alrededor de pH5 marca el paso de la tolerancia a los ácidos a la intolerancia a los ácidos, con pocos cambios en la composición de especies de las comunidades del suelo por encima de este umbral, incluso en suelos calcáreos . [49] [50] Los animales del suelo muestran preferencias de pH distintas cuando se les permite ejercer una elección a lo largo de un rango de valores de pH, [51] lo que explica que varias distribuciones de campo de los organismos del suelo, incluidos los microbios móviles, podrían resultar al menos en parte del movimiento activo a lo largo de gradientes de pH. [52] [53] Al igual que en el caso de las plantas, se sospechaba que la competencia entre los organismos que habitan en el suelo tolerantes a los ácidos y los intolerantes a los ácidos desempeñaba un papel en los cambios en la composición de especies observados a lo largo de los rangos de pH. [54]

La oposición entre la tolerancia a los ácidos y la intolerancia a los ácidos se observa comúnmente a nivel de especie dentro de un género o a nivel de género dentro de una familia , pero también ocurre a un rango taxonómico mucho más alto , como entre los hongos y las bacterias del suelo, aquí también con una fuerte participación de la competencia. [55] Se ha sugerido que los organismos del suelo más tolerantes a la acidez del suelo, y por lo tanto que viven principalmente en suelos con un pH inferior a 5, eran más primitivos que los intolerantes a la acidez del suelo. [56] Un análisis cladístico sobre el género colémbolo Willemia mostró que la tolerancia a la acidez del suelo estaba correlacionada con la tolerancia a otros factores de estrés y que la tolerancia al estrés era un carácter ancestral en este género. [57] Sin embargo, la generalidad de estos hallazgos aún debe establecerse.

A pH bajo, el estrés oxidativo inducido por el aluminio (Al 3+ ) afecta a los animales del suelo cuyo cuerpo no está protegido por un exoesqueleto quitinoso grueso como en los artrópodos , y por lo tanto están en contacto más directo con la solución del suelo, por ejemplo, protistas , nematodos , rotíferos ( microfauna ), enquitreidos ( mesofauna ) y lombrices de tierra ( macrofauna ). [58]

Los efectos del pH sobre la biota del suelo pueden ser mediados por las diversas interacciones funcionales de las redes alimentarias del suelo . Se ha demostrado experimentalmente que el colémbolo Heteromurus nitidus , que vive comúnmente en suelos con un pH superior a 5, podría cultivarse en suelos más ácidos siempre que no haya depredadores. [59] Su atracción por los excrementos de las lombrices de tierra ( moco , orina , heces ), mediada por la emisión de amoníaco , [60] proporciona alimento y refugio dentro de las madrigueras de las lombrices de tierra en formas de humus de mantillo asociadas con suelos menos ácidos. [61]

Efectos de la biota del suelo sobre el pH del suelo

La biota del suelo afecta el pH del suelo directamente a través de la excreción , e indirectamente al actuar sobre el medio físico. Muchos hongos del suelo, aunque no todos, acidifican el suelo al excretar ácido oxálico , un producto de su metabolismo respiratorio . El ácido oxálico precipita el calcio, formando cristales insolubles de oxalato de calcio y privando así a la solución del suelo de este elemento necesario. [62] Por el lado opuesto, las lombrices de tierra ejercen un efecto amortiguador sobre el pH del suelo a través de su excreción de moco , dotado de propiedades anfóteras . [63]

Al mezclar materia orgánica con materia mineral, en particular partículas de arcilla , y al agregar moco como pegamento para algunas de ellas, los animales que excavan en el suelo, por ejemplo, roedores fosoriales , topos , lombrices de tierra , termitas , algunos milpiés y larvas de mosca , contribuyen a disminuir la acidez natural de la materia orgánica cruda, como se observa en las formas de humus de mantillo . [64] [65]

Cambio del pH del suelo

Aumento del pH del suelo ácido

La cal agrícola finamente molida se aplica a menudo a suelos ácidos para aumentar el pH del suelo ( encalado ). La cantidad de piedra caliza o tiza necesaria para cambiar el pH está determinada por el tamaño de malla de la cal (qué tan finamente se muele) y la capacidad amortiguadora del suelo. Un tamaño de malla alto (malla 60 = 0,25 mm; malla 100 = 0,149 mm) indica una cal finamente molida que reaccionará rápidamente con la acidez del suelo. La capacidad amortiguadora de un suelo depende del contenido de arcilla del suelo, el tipo de arcilla y la cantidad de materia orgánica presente, y puede estar relacionada con la capacidad de intercambio catiónico del suelo . Los suelos con alto contenido de arcilla tendrán una mayor capacidad amortiguadora que los suelos con poca arcilla, y los suelos con alta materia orgánica tendrán una mayor capacidad amortiguadora que aquellos con baja materia orgánica. [66] Los suelos con mayor capacidad amortiguadora requieren una mayor cantidad de cal para lograr un cambio equivalente en el pH. [67] La ​​amortiguación del pH del suelo suele estar directamente relacionada con la cantidad de aluminio en la solución del suelo y la ocupación de sitios de intercambio como parte de la capacidad de intercambio catiónico . Este aluminio se puede medir en una prueba de suelo en la que se extrae del suelo con una solución salina y luego se cuantifica con un análisis de laboratorio. Luego, utilizando el pH inicial del suelo y el contenido de aluminio, se puede calcular la cantidad de cal necesaria para elevar el pH a un nivel deseado. [68]

Las enmiendas distintas de la cal agrícola que se pueden utilizar para aumentar el pH del suelo incluyen ceniza de madera , óxido de calcio industrial ( cal quemada ), óxido de magnesio , escoria básica ( silicato de calcio ) y conchas de ostras . Estos productos aumentan el pH de los suelos a través de varias reacciones ácido-base . El silicato de calcio neutraliza la acidez activa en el suelo al reaccionar con iones H +  para formar ácido monosilícico (H 4 SiO 4 ), un soluto neutro. [69]

Disminución del pH del suelo alcalino

El pH de un suelo alcalino se puede reducir añadiendo agentes acidificantes o materiales orgánicos ácidos. Se ha utilizado azufre elemental (90-99% S) en dosis de aplicación de 300-500 kg/ha (270-450 lb/acre); se oxida lentamente en el suelo para formar ácido sulfúrico . Los fertilizantes acidificantes, como el sulfato de amonio , el nitrato de amonio y la urea , pueden ayudar a reducir el pH de un suelo porque el amonio se oxida para formar ácido nítrico . Los materiales orgánicos acidificantes incluyen turba o turba de musgo sphagnum . [70]

Sin embargo, en suelos con un pH alto y un alto contenido de carbonato de calcio (más del 2 %), puede resultar muy costoso y/o ineficaz intentar reducir el pH con ácidos. En tales casos, suele ser más eficiente añadir fósforo, hierro, manganeso, cobre y/o zinc, ya que las deficiencias de estos nutrientes son las razones más comunes del crecimiento deficiente de las plantas en suelos calcáreos. [71] [70]

Véase también

Referencias

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