La morfología del suelo es la rama de la ciencia del suelo dedicada a la descripción técnica del suelo , [1] en particular las propiedades físicas, como la textura, el color, la estructura y la consistencia. Las evaluaciones morfológicas del suelo se realizan normalmente en el campo sobre un perfil de suelo que contiene múltiples horizontes . [2]
Junto con la formación y la clasificación del suelo , la morfología del suelo se considera parte de la pedología , una de las disciplinas centrales de la ciencia del suelo. [3]
Desde el origen de la agricultura , los seres humanos han comprendido que los suelos contienen diferentes propiedades que afectan su capacidad para producir cultivos. [4] Sin embargo, la ciencia del suelo no se convirtió en una disciplina científica propia hasta el siglo XIX, e incluso entonces los primeros científicos del suelo se agrupaban ampliamente como "agroquímicos" o "agrogeólogos" debido a los fuertes vínculos duraderos entre el suelo y la agricultura. Estos agrogeólogos examinaron los suelos en entornos naturales y fueron los primeros en estudiar científicamente la morfología del suelo. [5]
Un equipo de científicos rusos pioneros del suelo, dirigido por V. V. Dokuchaev, observó perfiles de suelo con horizontes similares en áreas con clima y vegetación similares, a pesar de estar separadas por cientos de kilómetros. [6] El trabajo de Dokuchaev, junto con contribuciones posteriores de K. D. Glinka , CF Marbut y Hans Jenny , estableció los suelos como cuerpos naturales independientes con propiedades únicas causadas por sus combinaciones igualmente únicas de clima, actividad biológica, relieve, material parental y tiempo. Las propiedades del suelo se habían inferido previamente solo a partir de las condiciones geológicas o ambientales, pero con esta nueva comprensión, las propiedades morfológicas del suelo ahora se utilizaron para evaluar la influencia integrada de estos factores. [7]
La morfología del suelo se convirtió en la base para comprender las observaciones, los experimentos, el comportamiento y los usos prácticos de los diferentes suelos. [7] Para estandarizar las descripciones morfológicas, Charles Kellogg y el Servicio de Conservación de Suelos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos publicaron por primera vez en la década de 1930 directrices y manuales oficiales para describir el suelo para los Estados Unidos y GR Clarke para el Reino Unido. Desde entonces, muchos otros países y organizaciones nacionales de estudios de suelos han desarrollado sus propias directrices. [5]
Las observaciones de la morfología del suelo se realizan normalmente en el campo sobre perfiles de suelo expuestos mediante la excavación de un pozo o la extracción de un núcleo con un tubo de empuje (manual o hidráulico) o una barrena. [8] Un perfil de suelo es una cara de un pedón, o una unidad tridimensional imaginaria de suelo que mostraría la gama completa de propiedades características de un suelo en particular. Los pedones generalmente ocupan entre 1 y 10 m 2 de superficie terrestre y son la unidad fundamental del estudio de suelos en el campo. [9]
Muchos científicos del suelo en los Estados Unidos documentan las descripciones morfológicas del suelo utilizando la hoja de campo estándar Pedon Description publicada por el USDA-NRCS. Además de la ubicación, el paisaje, la vegetación, la topografía y otra información del sitio, las descripciones de la morfología del suelo generalmente incluyen las siguientes propiedades:
Los perfiles de suelo contienen múltiples capas, conocidas como horizontes, que generalmente son paralelas a la superficie del suelo. Estos horizontes se distinguen de las capas adyacentes por sus cambios en las propiedades morfológicas a medida que el suelo se forma naturalmente. Los mismos horizontes de suelo pueden tener nombres y etiquetas diferentes en varios sistemas de clasificación de suelos en todo el mundo, aunque la mayoría de los sistemas contienen lo siguiente:
Además del nombre del horizonte, se describe la distinción y la topografía del límite inferior de cada horizonte. La distinción de los límites se determina por la precisión con la que se puede identificar el límite entre horizontes y puede ser muy abrupta, abrupta, clara, gradual o difusa. La topografía de los límites se refiere a la variación horizontal del borde, que a menudo no es paralelo a la superficie del suelo e incluso puede ser discontinuo. Las categorías de topografía incluyen lisa, ondulada, irregular y quebrada. [2]
El color del suelo se describe cuantitativamente utilizando el sistema de colores Munsell , que fue desarrollado a principios del siglo XX por Albert Munsell . Munsell era pintor y el sistema cubre toda la gama de colores, aunque los libros de colores de suelo Munsell especialmente adaptados que se utilizan comúnmente en la descripción de campo solo incluyen los colores más relevantes para el suelo. [10]
El sistema de color Munsell incluye los siguientes tres componentes:
Los colores del suelo pueden ser muy diversos y son resultado del contenido de materia orgánica, la mineralogía y la presencia y los estados de oxidación de los óxidos de hierro y manganeso. Los suelos ricos en materia orgánica tienden a ser de color marrón oscuro o incluso negro debido a la materia orgánica que se acumula en las partículas minerales. Los suelos bien drenados y muy meteorizados pueden ser de color rojo brillante o marrón debido al hierro oxidado, mientras que el hierro reducido puede impartir colores grises o azules e indicar un drenaje deficiente. Cuando el suelo está saturado durante períodos prolongados, la disponibilidad de oxígeno es limitada y el hierro puede convertirse en un aceptor biológico de electrones. El hierro reducido es más soluble que el hierro oxidado y se lixivia fácilmente de los revestimientos de partículas, lo que expone minerales de silicato desnudos de color claro y da como resultado el agotamiento del hierro. Cuando la reducción y/o el agotamiento del hierro hace que el gris sea el color dominante de la matriz, se dice que el suelo está gleyizado. [9]
El color del suelo también depende de la humedad, específicamente del valor del color. Es importante señalar el estado de humedad como "húmedo" cuando la adición de agua no cambia el color del suelo, o como "seco" cuando el suelo está seco al aire. [11] El estado de humedad estándar para describir el suelo en el campo varía regionalmente; las áreas húmedas generalmente usan el estado húmedo mientras que las áridas usan el estado seco. En descripciones detalladas, se deben registrar tanto los colores húmedo como seco. [7]
La textura del suelo es el análisis y la clasificación de la distribución del tamaño de las partículas del suelo. Las cantidades relativas de partículas de arena, limo y arcilla determinan la textura del suelo, lo que afecta la apariencia, la sensación y las propiedades químicas del suelo. [12]
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Para realizar una estimación manual en el campo, los científicos del suelo toman un puñado de tierra tamizada y la humedecen con agua hasta que se mantiene unida. Luego, se hace una bola con la tierra de aproximadamente 1 a 2 pulgadas de diámetro y se aprieta entre el pulgar y el costado del dedo índice. Las cintas deben hacerse lo más largas posible hasta que se rompan naturalmente por su propio peso. Las cintas más largas indican un mayor porcentaje de arcilla. La lisura o aspereza relativa indica el porcentaje de arena y, con la práctica, esta técnica puede proporcionar determinaciones precisas de la clase de textura. [9]
Un edafólogo experimentado puede determinar la textura del suelo en el campo con una precisión decente, como se describió anteriormente. Sin embargo, no todos los suelos se prestan a determinaciones precisas de la textura del suelo en el campo debido a la presencia de otras partículas que interfieren con la medición de la concentración de arena, limo y arcilla. La textura mineral puede verse ofuscada por un alto contenido de materia orgánica en el suelo , óxidos de hierro , aluminosilicatos amorfos o de orden de corto alcance y carbonatos .
Para determinar con precisión la cantidad de arcilla, arena y limo que contiene un suelo, es necesario llevarlo a un laboratorio para su análisis. Se lleva a cabo una estrategia conocida como análisis del tamaño de partícula (PSA), que comienza con el pretratamiento del suelo para eliminar todas las demás partículas, como la materia orgánica, que pueden interferir con la clasificación. El pretratamiento debe dejar el suelo únicamente con partículas de arena, limo y arcilla. El pretratamiento puede consistir en procesos como el tamizado del suelo para eliminar las partículas más grandes, lo que permite que el suelo se disperse adecuadamente. A continuación, se pueden utilizar pruebas con hidrómetro para calcular las cantidades de arena, limo y arcilla presentes. Esto consiste en mezclar el suelo pretratado con agua y dejar que la mezcla se asiente, tomando nota de la lectura del hidrómetro. Las partículas de arena son las más grandes y, por lo tanto, se asentarán más rápido, seguidas de las partículas de limo y, por último, las partículas de arcilla. A continuación, se secan y pesan las secciones. Las tres secciones deben sumar el 100 % para que la prueba se considere exitosa. El análisis por difracción láser también se puede utilizar como alternativa a los métodos de tamizado e hidrómetro. [13]
Desde aquí, el suelo se puede clasificar utilizando un triángulo de textura del suelo , que etiqueta el tipo de suelo en función de los porcentajes de cada partícula en la muestra.
Las partículas de suelo se agrupan naturalmente en unidades o formas más grandes denominadas "peds". Los peds tienen planos de debilidad entre ellos y generalmente se identifican al sondear los perfiles de suelo expuestos con un cuchillo para extraer y separar suavemente volúmenes de suelo. [11]
Las descripciones morfológicas de la estructura del suelo incluyen evaluaciones de forma, tamaño y grado. Las formas de la estructura incluyen granular, laminar, en bloques, prismática, columnar y otras, incluidas las formas "sin estructura" de grano macizo y de grano único. El tamaño se clasifica en una de seis categorías que van desde "muy fino" a "extremadamente grueso", con diferentes límites de tamaño para las diversas formas y mediciones tomadas en la dimensión más pequeña del pedúnculo. El grado indica la distinción de los pedúnculos, o cuán fácilmente se los puede distinguir entre sí, y se describe con las clases "débil", "moderado" y "fuerte". [7]
La estructura a menudo se evalúa mejor cuando el suelo está relativamente seco, ya que los pedúnculos pueden hincharse con la humedad, presionarse entre sí y reducir la definición entre cada pedúnculo. [9]
La porosidad de la capa superficial del suelo es una medida del espacio poroso del suelo que generalmente disminuye a medida que aumenta el tamaño del grano . Esto se debe a la formación de agregados en suelos superficiales de textura más fina cuando están sujetos a procesos biológicos del suelo . La agregación implica la adhesión de partículas y una mayor resistencia a la compactación. La porosidad de un suelo es una función de la densidad aparente del suelo , que se basa en la composición del suelo. Los suelos arenosos suelen tener densidades aparentes más altas y una porosidad más baja que los suelos limosos o arcillosos. Esto se debe a que las partículas de grano más fino tienen una mayor cantidad de espacio poroso que las partículas de grano más grueso. La siguiente tabla muestra las densidades aparentes que permiten y restringen el crecimiento de las raíces para las tres clasificaciones de textura principales. La porosidad de un suelo es un factor importante que determina la cantidad de agua que puede contener un suelo, la cantidad de aire que puede contener y, posteriormente, qué tan bien pueden crecer las raíces de las plantas dentro del suelo. [14]
La porosidad del suelo es compleja. Los modelos tradicionales consideran que la porosidad es continua, lo que no tiene en cuenta las características anómalas y produce solo resultados aproximados. Además, no puede ayudar a modelar la influencia de los factores ambientales que afectan la geometría de los poros. Se han propuesto varios modelos más complejos, incluidos los fractales , la teoría de burbujas , la teoría del agrietamiento , el proceso de grano booleano , la esfera empaquetada y muchos otros modelos. [15]
La micromorfología del suelo se refiere a la descripción, medición e interpretación de las características del suelo que son demasiado pequeñas para ser observadas a simple vista. [11] Si bien las descripciones micromorfológicas pueden comenzar en el campo con el uso de una lupa de mano de 10x, se puede describir mucho más utilizando secciones delgadas del suelo con la ayuda de un microscopio de luz polarizada petrográfico . El suelo se puede impregnar con una resina epoxi, pero más comúnmente con una resina de poliéster (crystic 17449) y cortar y moler a 0,03 milímetros de espesor y examinar haciendo pasar luz a través del plasma delgado del suelo. [ cita requerida ]
La micromorfología del suelo ha sido una técnica reconocida en la ciencia del suelo durante unos 50 años y la experiencia adquirida en estudios pedogenéticos y paleosuelos permitió por primera vez su uso en la investigación de suelos enterrados arqueológicamente. Más recientemente, la ciencia se ha ampliado para abarcar la caracterización de todos los suelos y sedimentos arqueológicos y ha logrado proporcionar información cultural y paleoambiental única de una amplia gama de sitios arqueológicos. [16]
Los suelos se forman a partir de su material parental respectivo, que puede coincidir o no con la composición del lecho rocoso sobre el que se encuentran. A través de procesos biológicos y químicos, así como de procesos naturales como la erosión eólica e hídrica, el material parental puede descomponerse. Las propiedades químicas y físicas de este material parental se reflejan en las cualidades del suelo resultante. El clima, la topografía y los organismos biológicos tienen un impacto en la formación de suelos en diversas ubicaciones geográficas. [17]
En una forma de relieve empinada se produce una mayor cantidad de escorrentía en comparación con una forma de relieve plana. Una mayor escorrentía puede inhibir la formación de suelo, ya que las capas superiores continúan desprendiéndose porque no están lo suficientemente desarrolladas como para soportar el crecimiento de las raíces. El crecimiento de las raíces puede ayudar a prevenir la erosión, ya que las raíces actúan para mantener el suelo en su lugar. Este fenómeno hace que los suelos en las pendientes sean más delgados y menos desarrollados que los suelos que se encuentran en las llanuras o mesetas. [18]
Los diferentes niveles de precipitación y viento tienen un impacto en la formación de los suelos. El aumento de las precipitaciones puede provocar mayores niveles de escorrentía, como se describió anteriormente, pero las cantidades regulares de precipitación pueden estimular el crecimiento de las raíces de las plantas, lo que actúa para detener la escorrentía. El crecimiento de la vegetación en una zona determinada también puede contribuir a aumentar la profundidad y la calidad de los nutrientes de la capa superficial del suelo, ya que la descomposición de la materia orgánica actúa para fortalecer los horizontes orgánicos del suelo.
Los distintos niveles de actividad microbiana pueden tener diversos efectos en la formación del suelo. En la mayoría de los casos, los procesos biológicos alteran la formación del suelo existente, lo que conduce a la translocación química. El movimiento de estas sustancias químicas puede hacer que los nutrientes estén disponibles, lo que puede aumentar el crecimiento de las raíces de las plantas.
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