El suelo , también conocido comúnmente como tierra o tierra , es una mezcla de materia orgánica , minerales , gases , líquidos y organismos que juntos sustentan la vida de las plantas y los organismos del suelo . Algunas definiciones científicas distinguen la suciedad del suelo restringiendo el primer término específicamente al suelo desplazado.
El suelo consta de una fase sólida de minerales y materia orgánica (la matriz del suelo), así como de una fase porosa que retiene gases (la atmósfera del suelo) y agua (la solución del suelo). [1] [2] En consecuencia, el suelo es un sistema de tres estados de sólidos, líquidos y gases. [3] El suelo es producto de varios factores: la influencia del clima , el relieve (elevación, orientación y pendiente del terreno), los organismos y los materiales originales del suelo (minerales originales) que interactúan a lo largo del tiempo. [4] Se desarrolla continuamente a través de numerosos procesos físicos, químicos y biológicos, que incluyen la meteorización con la erosión asociada . [5] Dada su complejidad y fuerte conexión interna , los ecólogos del suelo consideran el suelo como un ecosistema . [6]
La mayoría de los suelos tienen una densidad aparente seca (densidad del suelo teniendo en cuenta los huecos cuando está seco) entre 1,1 y 1,6 g/cm 3 , aunque la densidad de las partículas del suelo es mucho mayor, en el rango de 2,6 a 2,7 g/cm 3 . [7] Poco del suelo del planeta Tierra es más antiguo que el Pleistoceno y ninguno es más antiguo que el Cenozoico , [8] aunque se conservan suelos fosilizados desde tiempos tan remotos como el Arcaico . [9]
En conjunto, la masa de suelo de la Tierra se llama pedosfera . La pedosfera interactúa con la litosfera , la hidrosfera , la atmósfera y la biosfera . [10] El suelo tiene cuatro funciones importantes :
Todas estas funciones, a su vez, modifican el suelo y sus propiedades.
La ciencia del suelo tiene dos ramas básicas de estudio: edafología y edafología . La edafología estudia la influencia de los suelos sobre los seres vivos. [11] La pedología se centra en la formación, descripción (morfología) y clasificación de los suelos en su entorno natural. [12] En términos de ingeniería, el suelo se incluye en el concepto más amplio de regolito , que también incluye otros materiales sueltos que se encuentran sobre el lecho de roca, como se puede encontrar en la Luna y otros objetos celestes . [13]
El suelo es un componente importante del ecosistema de la Tierra . Los ecosistemas del mundo se ven impactados de manera de gran alcance por los procesos que se llevan a cabo en el suelo, con efectos que van desde el agotamiento de la capa de ozono y el calentamiento global hasta la destrucción de las selvas tropicales y la contaminación del agua . Con respecto al ciclo del carbono de la Tierra , el suelo actúa como un importante reservorio de carbono , [14] y es potencialmente uno de los más reactivos a las perturbaciones humanas [15] y al cambio climático. [16] A medida que el planeta se calienta, se ha predicho que los suelos agregarán dióxido de carbono a la atmósfera debido al aumento de la actividad biológica a temperaturas más altas, una retroalimentación positiva (amplificación). [17] Sin embargo, esta predicción ha sido cuestionada al considerar conocimientos más recientes sobre la rotación de carbono en el suelo . [18]
El suelo actúa como un medio de ingeniería, un hábitat para los organismos del suelo , un sistema de reciclaje de nutrientes y desechos orgánicos , un regulador de la calidad del agua , un modificador de la composición atmosférica y un medio para el crecimiento de las plantas , lo que lo convierte en un proveedor de servicios ecosistémicos de importancia crítica. . [19] Dado que el suelo tiene una enorme variedad de nichos y hábitats disponibles , contiene una parte importante de la diversidad genética de la Tierra . Un gramo de suelo puede contener miles de millones de organismos, pertenecientes a miles de especies, en su mayoría microbianas y en gran medida aún inexploradas. [20] [21] El suelo tiene una densidad procariótica media de aproximadamente 10 8 organismos por gramo, [22] mientras que el océano no tiene más de 10 7 organismos procarióticos por mililitro (gramo) de agua de mar. [23] El carbono orgánico retenido en el suelo finalmente regresa a la atmósfera a través del proceso de respiración llevado a cabo por organismos heterótrofos , pero una parte sustancial se retiene en el suelo en forma de materia orgánica del suelo; La labranza suele aumentar la tasa de respiración del suelo , lo que lleva al agotamiento de la materia orgánica del suelo. [24] Dado que las raíces de las plantas necesitan oxígeno, la aireación es una característica importante del suelo. Esta ventilación se puede lograr a través de redes de poros del suelo interconectados , que también absorben y retienen el agua de lluvia, haciéndola fácilmente disponible para que las plantas la absorban. Dado que las plantas requieren un suministro de agua casi continuo, pero la mayoría de las regiones reciben lluvias esporádicas, la capacidad de retención de agua de los suelos es vital para la supervivencia de las plantas. [25]
Los suelos pueden eliminar eficazmente impurezas, [26] matar agentes patógenos [27] y degradar contaminantes ; esta última propiedad se denomina atenuación natural . [28] Normalmente, los suelos mantienen una absorción neta de oxígeno y metano y experimentan una liberación neta de dióxido de carbono y óxido nitroso . [29] Los suelos ofrecen a las plantas apoyo físico, aire, agua, moderación de la temperatura, nutrientes y protección contra las toxinas. [30] Los suelos proporcionan nutrientes fácilmente disponibles para plantas y animales al convertir la materia orgánica muerta en diversas formas de nutrientes. [31]
Componentes de un suelo franco limoso por porcentaje en volumen
Un suelo típico tiene aproximadamente un 50% de sólidos (45% de materia mineral y 5% de materia orgánica) y un 50% de huecos (o poros), de los cuales la mitad está ocupada por agua y la otra mitad por gas. [32] El porcentaje de contenido mineral y orgánico del suelo puede tratarse como una constante (a corto plazo), mientras que el porcentaje de contenido de agua y gas del suelo se considera altamente variable, por lo que un aumento en uno se equilibra simultáneamente con una reducción en el otro. [33] El espacio poroso permite la infiltración y el movimiento del aire y el agua, los cuales son fundamentales para la vida existente en el suelo. [34] La compactación , un problema común en los suelos, reduce este espacio, impidiendo que el aire y el agua lleguen a las raíces de las plantas y a los organismos del suelo. [35]
Con el tiempo suficiente, un suelo indiferenciado desarrollará un perfil de suelo que consta de dos o más capas, denominadas horizontes del suelo. Estos se diferencian en una o más propiedades como en su textura , estructura , densidad , porosidad, consistencia, temperatura, color y reactividad . [8] Los horizontes difieren mucho en espesor y generalmente carecen de límites definidos; su desarrollo depende del tipo de material parental , los procesos que modifican esos materiales parentales y los factores formadores del suelo que influyen en esos procesos. Las influencias biológicas sobre las propiedades del suelo son más fuertes cerca de la superficie, aunque las influencias geoquímicas sobre las propiedades del suelo aumentan con la profundidad. Los perfiles de suelo maduro típicamente incluyen tres horizontes maestros básicos: A, B y C. El solum normalmente incluye los horizontes A y B. El componente vivo del suelo se limita en gran medida al solum y generalmente es más prominente en el horizonte A. [36] Se ha sugerido que el pedón , una columna de suelo que se extiende verticalmente desde la superficie hasta el material parental subyacente y lo suficientemente grande como para mostrar las características de todos sus horizontes, podría subdividirse en el humipedón (la parte viva, donde se encuentra la mayoría de los horizontes). habitan los organismos del suelo, correspondientes a la forma humus ), el copedón (en posición intermedia, donde se produce la mayor parte de la meteorización de los minerales) y el litopedón (en contacto con el subsuelo). [37]
La textura del suelo está determinada por las proporciones relativas de las partículas individuales de arena , limo y arcilla que componen el suelo.
La interacción de las partículas minerales individuales con materia orgánica, agua y gases a través de procesos bióticos y abióticos hace que esas partículas floculen (se peguen) para formar agregados o peds . [38] Cuando estos agregados pueden identificarse, se puede decir que un suelo está desarrollado y se puede describir con más detalle en términos de color, porosidad, consistencia, reacción ( acidez ), etc.
El agua es un agente crítico en el desarrollo del suelo debido a su participación en la disolución, precipitación, erosión, transporte y deposición de los materiales que lo componen. [39] La mezcla de agua y materiales disueltos o suspendidos que ocupan el espacio poroso del suelo se llama solución del suelo. Dado que el agua del suelo nunca es agua pura, sino que contiene cientos de sustancias orgánicas y minerales disueltas, se la puede llamar más exactamente solución del suelo. El agua es fundamental para la disolución , precipitación y lixiviación de minerales del perfil del suelo . Finalmente, el agua afecta el tipo de vegetación que crece en un suelo, lo que a su vez afecta el desarrollo del suelo, una retroalimentación compleja que se ejemplifica en la dinámica de los patrones de vegetación en bandas en las regiones semiáridas. [40]
Los suelos suministran nutrientes a las plantas , la mayoría de los cuales se mantienen en su lugar mediante partículas de arcilla y materia orgánica ( coloides ) . [41] Los nutrientes pueden ser adsorbidos en superficies minerales arcillosas, unidos dentro de minerales arcillosos ( absorbidos ) o unidos dentro de compuestos orgánicos como parte de los organismos vivos o materia orgánica muerta del suelo. Estos nutrientes ligados interactúan con el agua del suelo para amortiguar la composición de la solución del suelo (atenuar los cambios en la solución del suelo) a medida que los suelos se humedecen o se secan, las plantas absorben nutrientes, las sales se lixivian o se agregan ácidos o álcalis. [42]
La disponibilidad de nutrientes para las plantas se ve afectada por el pH del suelo , que es una medida de la actividad de los iones de hidrógeno en la solución del suelo. El pH del suelo es función de muchos factores que lo forman y generalmente es más bajo (más ácido) donde la meteorización está más avanzada. [43]
La mayoría de los nutrientes de las plantas, con excepción del nitrógeno , se originan a partir de los minerales que forman la materia prima del suelo. Parte del nitrógeno se origina en la lluvia en forma de ácido nítrico diluido y amoníaco , [44] pero la mayor parte del nitrógeno está disponible en los suelos como resultado de la fijación de nitrógeno por parte de las bacterias . Una vez en el sistema suelo-planta, la mayoría de los nutrientes se reciclan a través de organismos vivos, residuos vegetales y microbianos (materia orgánica del suelo), formas ligadas a minerales y la solución del suelo. Tanto los organismos vivos del suelo (microbios, animales y raíces de plantas) como la materia orgánica del suelo son de importancia crítica para este reciclaje y, por tanto, para la formación y fertilidad del suelo . [45] Las enzimas microbianas del suelo pueden liberar nutrientes de minerales o materia orgánica para que los utilicen las plantas y otros microorganismos, secuestrarlos (incorporarlos) en células vivas o provocar su pérdida del suelo por volatilización (pérdida a la atmósfera en forma de gases) o lixiviación. . [46]
Se dice que el suelo se forma cuando se acumula materia orgánica y los coloides se lavan hacia abajo, dejando depósitos de arcilla, humus , óxido de hierro , carbonato y yeso , produciendo una capa distinta llamada horizonte B. Esta es una definición un tanto arbitraria, ya que las mezclas de arena, limo, arcilla y humus sustentarán la actividad biológica y agrícola antes de ese momento. [47] Estos componentes se mueven de un nivel a otro por el agua y la actividad animal. Como resultado, se forman capas (horizontes) en el perfil del suelo. La alteración y movimiento de materiales dentro de un suelo provoca la formación de horizontes de suelo distintivos . Sin embargo, las definiciones más recientes de suelo abarcan suelos sin materia orgánica, como los regolitos que se formaron en Marte [48] y condiciones análogas en los desiertos del planeta Tierra. [49]
Un ejemplo del desarrollo de un suelo comenzaría con la erosión del lecho rocoso de un flujo de lava, lo que produciría el material original de base puramente mineral a partir del cual se forma la textura del suelo. El desarrollo del suelo se produciría más rápidamente a partir de roca desnuda de flujos recientes en un clima cálido, bajo lluvias intensas y frecuentes. En tales condiciones, las plantas (en una primera etapa líquenes fijadores de nitrógeno y cianobacterias y luego plantas epilíticas superiores ) se asientan muy rápidamente sobre la lava basáltica , aunque haya muy poca materia orgánica. [50] Los minerales basálticos comúnmente se erosionan con relativa rapidez, según la serie de disoluciones de Goldich . [51] Las plantas se sustentan en la roca porosa, ya que está llena de agua que contiene nutrientes y minerales disueltos de las rocas. Las grietas y bolsas, la topografía local de las rocas, contendrían materiales finos y albergarían raíces de plantas. Las raíces de las plantas en desarrollo están asociadas con hongos micorrízicos que erosionan los minerales [52] que ayudan a romper la lava porosa y, de esta manera, con el tiempo se acumula materia orgánica y un suelo mineral más fino. Estas etapas iniciales del desarrollo del suelo se han descrito en volcanes, [53] inselbergs, [54] y morrenas glaciares. [55]
La forma en que se produce la formación del suelo está influenciada por al menos cinco factores clásicos que están entrelazados en la evolución de un suelo: material original, clima, topografía (relieve), organismos y tiempo. [56] Cuando se reordenan por clima, relieve, organismos, material parental y tiempo, forman el acrónimo CROPT. [57]
Las propiedades físicas de los suelos, en orden de importancia decreciente para los servicios ecosistémicos como la producción de cultivos , son textura , estructura , densidad aparente , porosidad , consistencia, temperatura , color y resistividad. [58] La textura del suelo está determinada por la proporción relativa de los tres tipos de partículas minerales del suelo, llamados separadores del suelo: arena , limo y arcilla . En la siguiente escala mayor, las estructuras del suelo llamadas peds o, más comúnmente, agregados del suelo se crean a partir de la separación del suelo cuando los óxidos de hierro , carbonatos , arcilla, sílice y humus recubren las partículas y hacen que se adhieran a estructuras secundarias más grandes y relativamente estables . [59] La densidad aparente del suelo , cuando se determina en condiciones de humedad estandarizadas, es una estimación de la compactación del suelo . [60] La porosidad del suelo consiste en la parte vacía del volumen del suelo y está ocupada por gases o agua. La consistencia del suelo es la capacidad de los materiales del suelo para mantenerse unidos. La temperatura y el color del suelo se definen por sí mismos. La resistividad se refiere a la resistencia a la conducción de corrientes eléctricas y afecta la tasa de corrosión de las estructuras metálicas y de hormigón enterradas en el suelo. [61] Estas propiedades varían a través de la profundidad de un perfil de suelo, es decir, a través de los horizontes del suelo . La mayoría de estas propiedades determinan la aireación del suelo y la capacidad del agua para infiltrarse y retenerse en el suelo. [62]
El contenido de agua del suelo se puede medir como volumen o peso . Los niveles de humedad del suelo, en orden decreciente de contenido de agua, son saturación, capacidad de campo , punto de marchitez , secado al aire y secado al horno. La capacidad de campo describe un suelo húmedo drenado en el punto en que el contenido de agua alcanza el equilibrio con la gravedad. Regar el suelo por encima de la capacidad de campo corre el riesgo de pérdidas por percolación. El punto de marchitez describe el límite seco para las plantas en crecimiento. Durante la temporada de crecimiento, la humedad del suelo no se ve afectada por los grupos funcionales o la riqueza de especies. [63]
La capacidad de agua disponible es la cantidad de agua contenida en un perfil de suelo disponible para las plantas. A medida que disminuye el contenido de agua, las plantas tienen que trabajar contra fuerzas crecientes de adhesión y sorción para extraer agua. La programación del riego evita el estrés hídrico al reponer el agua agotada antes de que se induzca el estrés. [64] [65]
La acción capilar es responsable de mover el agua subterránea desde las regiones húmedas del suelo a las áreas secas. Los diseños de subirrigación (p. ej., lechos absorbentes , jardineras con subirrigación ) dependen de la capilaridad para suministrar agua a las raíces de las plantas. La acción capilar puede resultar en una concentración evaporativa de sales, provocando la degradación de la tierra a través de la salinización .
La medición de la humedad del suelo , que mide el contenido de agua del suelo, que se puede expresar en términos de volumen o peso, puede basarse en sondas in situ (p. ej., sondas de capacitancia , sondas de neutrones ) o métodos de detección remota . La medición de la humedad del suelo es un factor importante para determinar los cambios en la actividad del suelo. [63]
La atmósfera del suelo, o gas del suelo , es muy diferente de la atmósfera superior. El consumo de oxígeno por parte de los microbios y las raíces de las plantas, y su liberación de dióxido de carbono, disminuye el oxígeno y aumenta la concentración de dióxido de carbono. La concentración atmosférica de CO 2 es del 0,04%, pero en el espacio poroso del suelo puede oscilar entre 10 y 100 veces ese nivel, contribuyendo así potencialmente a la inhibición de la respiración de las raíces. [66] Los suelos calcáreos regulan la concentración de CO 2 mediante amortiguación de carbonatos , a diferencia de los suelos ácidos en los que todo el CO 2 respirado se acumula en el sistema de poros del suelo. [67] En niveles extremos, el CO 2 es tóxico. [68] Esto sugiere un posible control de retroalimentación negativa de la concentración de CO 2 del suelo a través de sus efectos inhibidores sobre la respiración microbiana y de las raíces (también llamada respiración del suelo ). [69] Además, los huecos del suelo están saturados con vapor de agua, al menos hasta el punto de máxima higroscopicidad , más allá del cual se produce un déficit de presión de vapor en el espacio poroso del suelo. [34] Es necesaria una porosidad adecuada, no sólo para permitir la penetración del agua, sino también para permitir que los gases entren y salgan. El movimiento de los gases se realiza por difusión desde concentraciones altas a concentraciones más bajas, disminuyendo el coeficiente de difusión con la compactación del suelo . [70] El oxígeno de la atmósfera superior se difunde en el suelo donde se consume y los niveles de dióxido de carbono que exceden la atmósfera superior se difunden con otros gases (incluidos los gases de efecto invernadero ), así como con el agua. [71] La textura y estructura del suelo afectan fuertemente la porosidad del suelo y la difusión de gases. Es el espacio poroso total ( porosidad ) del suelo, no el tamaño de los poros, y el grado de interconexión de los poros (o por el contrario, sellado de los poros), junto con el contenido de agua, la turbulencia del aire y la temperatura, lo que determina la velocidad de difusión de los gases hacia y fuera del suelo. [72] [71] La estructura laminar del suelo y la compactación del suelo (baja porosidad) impiden el flujo de gas, y una deficiencia de oxígeno puede alentar a las bacterias anaeróbicas a reducir (eliminar oxígeno) del nitrato NO 3 a los gases N 2 , N 2 O y NO, que luego se pierde en la atmósfera, agotando así el nitrógeno del suelo, un proceso perjudicial llamado desnitrificación . [73] El suelo aireado también es un sumidero neto de metano (CH 4 ) [74] pero un productor neto de metano (un gas de efecto invernadero que absorbe mucho calor ) cuando los suelos se quedan sin oxígeno y están sujetos a temperaturas elevadas. [75]
La atmósfera del suelo es también el asiento de las emisiones de volátiles distintos de los óxidos de carbono y nitrógeno de diversos organismos del suelo, por ejemplo, raíces, [76] bacterias, [77] hongos, [78] animales. [79] Estos volátiles se utilizan como señales químicas, haciendo de la atmósfera del suelo el asiento de las redes de interacción [80] [81] que desempeñan un papel decisivo en la estabilidad, la dinámica y la evolución de los ecosistemas del suelo. [82] Los compuestos orgánicos volátiles biogénicos del suelo se intercambian con la atmósfera aérea, en la que son sólo 1 o 2 órdenes de magnitud más bajos que los de la vegetación aérea. [83]
Los seres humanos pueden hacerse una idea de la atmósfera del suelo a través del conocido olor "después de la lluvia", cuando el agua de lluvia filtrada elimina toda la atmósfera del suelo después de un período de sequía, o cuando se excava el suelo, [84] una propiedad en gran parte atribuida de manera reduccionista a compuestos bioquímicos particulares como el petricor o la geosmina .
Las partículas del suelo se pueden clasificar tanto por su composición química ( mineralogía ) como por su tamaño. La distribución del tamaño de las partículas de un suelo, su textura, determina muchas de las propiedades de ese suelo, en particular la conductividad hidráulica y el potencial hídrico , [85] pero la mineralogía de esas partículas puede modificar fuertemente esas propiedades. Es especialmente importante la mineralogía de las partículas más finas del suelo, la arcilla. [86]
En el suelo viven una gran cantidad de microbios , animales , plantas y hongos . Sin embargo, la biodiversidad del suelo es mucho más difícil de estudiar ya que la mayor parte de esta vida es invisible, por lo que las estimaciones sobre la biodiversidad del suelo han sido insatisfactorias. Un estudio reciente sugirió que es probable que el suelo albergue al 59 ± 15% de las especies de la Tierra. Los enchytraeidae (gusanos) tienen el mayor porcentaje de especies en el suelo (98,6%), seguidos de los hongos (90%), las plantas (85,5%) y las termitas ( Isoptera ) (84,2%). Muchos otros grupos de animales tienen fracciones sustanciales de especies que viven en el suelo, por ejemplo, alrededor del 30% de los insectos y cerca del 50% de los arácnidos . [87] Si bien la mayoría de los vertebrados viven sobre el suelo (ignorando las especies acuáticas), muchas especies son fosoriales , es decir, viven en el suelo, como la mayoría de las serpientes ciegas .
La química de un suelo determina su capacidad para suministrar los nutrientes disponibles a las plantas y afecta sus propiedades físicas y la salud de su población viva. Además, la química del suelo también determina su corrosividad , estabilidad y capacidad para absorber contaminantes y filtrar agua. Es la química superficial de los coloides minerales y orgánicos la que determina las propiedades químicas del suelo. [88] Un coloide es una partícula pequeña e insoluble que varía en tamaño de 1 nanómetro a 1 micrómetro , por lo que es lo suficientemente pequeña como para permanecer suspendida por el movimiento browniano en un medio fluido sin sedimentarse. [89] La mayoría de los suelos contienen partículas coloidales orgánicas llamadas humus , así como partículas coloidales inorgánicas de arcillas . La muy alta superficie específica de los coloides y sus cargas eléctricas netas le dan al suelo su capacidad para retener y liberar iones . Los sitios cargados negativamente en los coloides atraen y liberan cationes en lo que se conoce como intercambio catiónico . La capacidad de intercambio catiónico es la cantidad de cationes intercambiables por unidad de peso de suelo seco y se expresa en términos de miliequivalentes de iones cargados positivamente por 100 gramos de suelo (o centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo; cmol c /kg). De manera similar, los sitios cargados positivamente en los coloides pueden atraer y liberar aniones en el suelo, dándole al suelo capacidad de intercambio aniónico.
El intercambio catiónico, que tiene lugar entre los coloides y el agua del suelo, amortigua (modera) el pH del suelo, altera la estructura del suelo y purifica el agua que se filtra adsorbiendo cationes de todo tipo, tanto útiles como dañinos.
Las cargas negativas o positivas de las partículas coloides les permiten retener cationes o aniones, respectivamente, en sus superficies. Los cargos provienen de cuatro fuentes. [90]
Los cationes contenidos en los coloides cargados negativamente resisten el lavado del agua y están fuera del alcance de las raíces de las plantas, preservando así la fertilidad del suelo en áreas de lluvias moderadas y bajas temperaturas. [95] [96]
Existe una jerarquía en el proceso de intercambio catiónico en coloides, ya que los cationes se diferencian en la fuerza de adsorción por el coloide y, por tanto, en su capacidad de reemplazarse entre sí ( intercambio iónico ). Si está presente en cantidades iguales en la solución de agua del suelo:
Al 3+ reemplaza H + reemplaza Ca 2+ reemplaza Mg 2+ reemplaza K + igual que NH+
4reemplaza Na + [97]
Si un catión se agrega en grandes cantidades, puede reemplazar a los demás por la pura fuerza de sus números. Esto se llama ley de acción de masas . Esto es en gran medida lo que ocurre con la adición de fertilizantes catiónicos ( potasa , cal ). [98]
A medida que la solución del suelo se vuelve más ácida ( pH bajo , es decir, abundancia de H + ), los otros cationes unidos más débilmente a los coloides son empujados a la solución a medida que los iones de hidrógeno ocupan sitios de intercambio ( protonación ). Un pH bajo puede hacer que el hidrógeno de los grupos hidroxilo se disuelva, dejando sitios cargados en el coloide disponibles para ser ocupados por otros cationes. Esta ionización de los grupos hidroxi en la superficie de los coloides del suelo crea lo que se describe como cargas superficiales dependientes del pH. [99] A diferencia de las cargas permanentes desarrolladas por sustitución isomorfa , las cargas dependientes del pH son variables y aumentan al aumentar el pH. [100] Los cationes liberados pueden ponerse a disposición de las plantas, pero también son propensos a lixiviarse del suelo, lo que posiblemente haga que el suelo sea menos fértil. [101] Las plantas pueden excretar H + en el suelo a través de la síntesis de ácidos orgánicos y, por ese medio, cambiar el pH del suelo cerca de la raíz y expulsar los cationes de los coloides, poniéndolos así a disposición de la planta. [102]
La capacidad de intercambio catiónico es la capacidad del suelo para eliminar cationes de la solución acuosa del suelo y secuestrarlos para intercambiarlos más tarde cuando las raíces de las plantas liberan iones de hidrógeno a la solución. [103] CIC es la cantidad de catión hidrógeno intercambiable (H + ) que se combinará con 100 gramos de peso seco de suelo y cuya medida es un miliequivalente por 100 gramos de suelo (1 meq/100 g). Los iones de hidrógeno tienen una sola carga y una milésima de gramo de iones de hidrógeno por cada 100 gramos de suelo seco da una medida de un miliequivalente de ion de hidrógeno. El calcio, con un peso atómico 40 veces mayor que el del hidrógeno y con una valencia de dos, se convierte en (40 ÷ 2) × 1 miliequivalente = 20 miliequivalentes de ion hidrógeno por 100 gramos de suelo seco o 20 meq/100 g. [104] La medida moderna de CIC se expresa en centimoles de carga positiva por kilogramo (cmol/kg) de suelo secado al horno.
La mayor parte de la CIC del suelo se produce en coloides de arcilla y humus, y la falta de ellos en climas cálidos, húmedos y húmedos (como las selvas tropicales ), debido a la lixiviación y descomposición, respectivamente, explica la aparente esterilidad de los suelos tropicales. [105] Las raíces de las plantas vivas también tienen algo de CIC, vinculada a su superficie específica. [106]
La capacidad de intercambio aniónico es la capacidad del suelo para eliminar aniones (como nitrato , fosfato ) de la solución de agua del suelo y secuestrarlos para su posterior intercambio a medida que las raíces de las plantas liberan aniones carbonato a la solución de agua del suelo. [108] Aquellos coloides que tienen baja CEC tienden a tener algo de AEC. Las arcillas amorfas y sesquióxidos tienen la AEC más alta, [109] seguidas por los óxidos de hierro. [110] Los niveles de AEC son mucho más bajos que los de CEC, debido a la tasa generalmente más alta de superficies cargadas positivamente (versus negativas) en los coloides del suelo, con la excepción de los suelos de carga variable. [111] Los fosfatos tienden a retenerse en los sitios de intercambio aniónico. [112]
Las arcillas de hidróxido de hierro y aluminio son capaces de intercambiar sus aniones hidróxido (OH − ) por otros aniones. [108] El orden que refleja la fuerza de adhesión del anión es el siguiente:
La cantidad de aniones intercambiables es de una magnitud de décimas a algunos miliequivalentes por 100 g de suelo seco. [107] A medida que aumenta el pH, hay relativamente más hidroxilos, lo que desplazará los aniones de los coloides y los forzará a disolverse y sacarse del almacenamiento; por lo tanto, la AEC disminuye al aumentar el pH (alcalinidad). [113]
La reactividad del suelo se expresa en términos de pH y es una medida de la acidez o alcalinidad del suelo. Más precisamente, es una medida de la concentración de hidronio en una solución acuosa y sus valores varían de 0 a 14 (ácido a básico), pero en la práctica, para los suelos, el pH varía de 3,5 a 9,5, ya que los valores de pH más allá de esos extremos son tóxicos para la vida. formas. [114]
A 25 °C, una solución acuosa que tiene un pH de 3,5 tiene 10 −3,5 moles de H 3 O + (iones hidronio) por litro de solución (y también 10 −10,5 moles por litro de OH − ). Un pH de 7, definido como neutro, tiene 10 −7 moles de iones hidronio por litro de solución y también 10 −7 moles de OH − por litro; como las dos concentraciones son iguales, se dice que se neutralizan entre sí. Un pH de 9,5 tiene 10 −9,5 moles de iones hidronio por litro de solución (y también 10 −2,5 moles por litro de OH − ). Un pH de 3,5 tiene un millón de veces más iones hidronio por litro que una solución con un pH de 9,5 ( 9,5 − 3,5 = 6 o 10 6 ) y es más ácida. [115]
El efecto del pH en un suelo es eliminar del suelo o poner a disposición ciertos iones. Los suelos con alta acidez tienden a tener cantidades tóxicas de aluminio y manganeso . [116] Como resultado de una compensación entre toxicidad y requerimiento, la mayoría de los nutrientes están mejor disponibles para las plantas a un pH moderado, [117] aunque la mayoría de los minerales son más solubles en suelos ácidos. Los organismos del suelo se ven obstaculizados por la alta acidez, y la mayoría de los cultivos agrícolas se desarrollan mejor con suelos minerales con un pH de 6,5 y suelos orgánicos con un pH de 5,5. [118] Dado que a pH bajo los metales tóxicos (por ejemplo, cadmio, zinc, plomo) están cargados positivamente como cationes y los contaminantes orgánicos están en forma no iónica, por lo que ambos están más disponibles para los organismos, [119] [120] se ha sugirió que las plantas, animales y microbios que comúnmente viven en suelos ácidos están preadaptados a todo tipo de contaminación, ya sea de origen natural o humano. [121]
En áreas de alta precipitación, los suelos tienden a acidificarse a medida que los cationes básicos son expulsados de los coloides del suelo por la acción masiva de los iones hidronio de la acidez de la lluvia habitual o inusual contra los adheridos a los coloides. Las altas tasas de lluvia pueden eliminar los nutrientes, dejando el suelo habitado sólo por aquellos organismos que son particularmente eficientes para absorber nutrientes en condiciones muy ácidas, como en las selvas tropicales . [122] Una vez que los coloides están saturados con H 3 O + , la adición de más iones hidronio o cationes hidroxilo de aluminio hace que el pH sea aún más bajo (más ácido) ya que el suelo queda sin capacidad amortiguadora. [123] En áreas de precipitaciones extremas y altas temperaturas, la arcilla y el humus pueden desaparecer, lo que reduce aún más la capacidad amortiguadora del suelo. [124] En áreas con escasas precipitaciones, el calcio sin lixiviar eleva el pH a 8,5 y con la adición de sodio intercambiable, los suelos pueden alcanzar el pH 10. [125] Más allá de un pH de 9, el crecimiento de las plantas se reduce. [126] El pH alto da como resultado una baja movilidad de los micronutrientes , pero los quelatos solubles en agua de esos nutrientes pueden corregir el déficit. [127] El sodio se puede reducir añadiendo yeso (sulfato de calcio), ya que el calcio se adhiere a la arcilla con más fuerza que el sodio, lo que hace que el sodio sea empujado hacia la solución de agua del suelo, donde puede ser lavado con abundante agua. [128] [129]
Hay cationes que forman ácidos (p. ej., hidronio, aluminio, hierro) y hay cationes que forman bases (p. ej., calcio, magnesio, sodio). La fracción de los sitios de intercambio coloidal (CEC) del suelo cargados negativamente que están ocupados por cationes formadores de bases se denomina saturación de bases . Si un suelo tiene una CIC de 20 meq y 5 meq son cationes aluminio e hidronio (formadores de ácido), el resto de posiciones en los coloides ( 20 − 5 = 15 meq ) se supone ocupadas por cationes formadores de bases, de modo que la la saturación de bases es 15 ÷ 20 × 100% = 75% (el complemento 25% se supone cationes formadores de ácido). La saturación de bases es casi directamente proporcional al pH (aumenta al aumentar el pH). [130] Es útil para calcular la cantidad de cal necesaria para neutralizar un suelo ácido (requisito de cal). La cantidad de cal necesaria para neutralizar un suelo debe tener en cuenta la cantidad de iones que forman ácido en los coloides (acidez intercambiable), no sólo los que se encuentran en la solución de agua del suelo (acidez libre). [131] La adición de suficiente cal para neutralizar la solución de agua del suelo será insuficiente para cambiar el pH, ya que los cationes formadores de ácido almacenados en los coloides del suelo tenderán a restaurar la condición de pH original a medida que el calcio los expulsa de esos coloides. de la cal añadida. [132]
La resistencia del suelo al cambio de pH, como resultado de la adición de material ácido o básico, es una medida de la capacidad amortiguadora de un suelo y (para un tipo de suelo particular) aumenta a medida que aumenta la CIC. Por lo tanto, la arena pura casi no tiene capacidad amortiguadora, aunque los suelos con alto contenido de coloides (ya sean minerales u orgánicos) tienen una alta capacidad amortiguadora . [133] La amortiguación se produce mediante intercambio catiónico y neutralización . Sin embargo, los coloides no son los únicos reguladores del pH del suelo. También cabe destacar el papel de los carbonatos . [134] De manera más general, según los niveles de pH, varios sistemas tampón tienen prioridad entre sí, desde el rango de tampón de carbonato de calcio hasta el rango de tampón de hierro. [135]
La adición de una pequeña cantidad de amoníaco acuoso altamente básico a un suelo hará que el amonio desplace los iones hidronio de los coloides, y el producto final es agua y amonio fijado coloidalmente, pero en general habrá pocos cambios permanentes en el pH del suelo.
La adición de una pequeña cantidad de cal , Ca(OH) 2 , desplazará los iones hidronio de los coloides del suelo, provocando la fijación de calcio a los coloides y la evolución de CO2 y agua, con pocos cambios permanentes en el pH del suelo.
Los anteriores son ejemplos de cómo amortiguar el pH del suelo. El principio general es que un aumento en un catión particular en la solución acuosa del suelo hará que ese catión se fije a los coloides (amortiguado) y una disminución en la solución de ese catión hará que se retire del coloide y se mueva a la solución ( almacenado en búfer). El grado de amortiguamiento suele estar relacionado con la CIC del suelo; cuanto mayor es la CIC, mayor es la capacidad amortiguadora del suelo. [136]
Las reacciones químicas del suelo implican alguna combinación de transferencia de protones y electrones. La oxidación ocurre si hay una pérdida de electrones en el proceso de transferencia, mientras que la reducción ocurre si hay una ganancia de electrones. El potencial de reducción se mide en voltios o milivoltios. Las comunidades microbianas del suelo se desarrollan a lo largo de cadenas de transporte de electrones , formando biopelículas eléctricamente conductoras y desarrollando redes de nanocables bacterianos .
Factores redox en el desarrollo del suelo, donde la formación de características de color redoximórficas proporciona información crítica para la interpretación del suelo. Comprender el gradiente redox es importante para gestionar el secuestro de carbono, la biorremediación, la delimitación de humedales y las pilas de combustible microbianas del suelo .
Diecisiete elementos o nutrientes son esenciales para el crecimiento y la reproducción de las plantas. Son carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K), azufre (S), calcio (Ca), magnesio (Mg), hierro (Fe). ), boro (B), manganeso (Mn), cobre (Cu), zinc (Zn), molibdeno (Mo), níquel (Ni) y cloro (Cl). [138] [139] [140] Los nutrientes necesarios para que las plantas completen su ciclo de vida se consideran nutrientes esenciales . Los nutrientes que mejoran el crecimiento de las plantas pero que no son necesarios para completar el ciclo de vida de la planta se consideran no esenciales. Con la excepción del carbono, el hidrógeno y el oxígeno, que son aportados por el dióxido de carbono y el agua, y el nitrógeno, obtenido mediante la fijación de nitrógeno, [140] los nutrientes derivan originalmente del componente mineral del suelo. La Ley del Mínimo expresa que cuando la forma disponible de un nutriente no está en proporción suficiente en la solución del suelo, la planta no puede absorber otros nutrientes a un ritmo óptimo. [141] Por lo tanto, una proporción particular de nutrientes de la solución del suelo es obligatoria para optimizar el crecimiento de las plantas, un valor que puede diferir de las proporciones de nutrientes calculadas a partir de la composición de las plantas. [142]
La absorción de nutrientes por parte de las plantas sólo puede realizarse cuando están presentes en una forma disponible para las plantas. En la mayoría de las situaciones, los nutrientes se absorben en forma iónica del agua del suelo (o junto con ella). Aunque los minerales son el origen de la mayoría de los nutrientes, y la mayor parte de los elementos nutritivos del suelo se mantienen en forma cristalina dentro de minerales primarios y secundarios , se erosionan demasiado lentamente para sustentar el rápido crecimiento de las plantas. Por ejemplo, la aplicación al suelo de minerales finamente molidos, feldespato y apatita , rara vez proporciona las cantidades necesarias de potasio y fósforo en una proporción suficiente para un buen crecimiento de las plantas, ya que la mayoría de los nutrientes permanecen unidos en los cristales de esos minerales. [143]
Los nutrientes adsorbidos en las superficies de los coloides arcillosos y la materia orgánica del suelo proporcionan una reserva más accesible de muchos nutrientes vegetales (por ejemplo, K, Ca, Mg, P, Zn). A medida que las plantas absorben los nutrientes del agua del suelo, la reserva soluble se repone desde la piscina de la superficie. La descomposición de la materia orgánica del suelo por microorganismos es otro mecanismo mediante el cual se repone la reserva soluble de nutrientes; esto es importante para el suministro de N, S, P y B disponibles para las plantas desde el suelo. [144]
Gramo por gramo, la capacidad del humus para retener nutrientes y agua es mucho mayor que la de los minerales arcillosos; la mayor parte de la capacidad de intercambio catiónico del suelo surge de los grupos carboxílicos cargados de la materia orgánica. [145] Sin embargo, a pesar de la gran capacidad del humus para retener agua una vez empapado, su alta hidrofobicidad disminuye su humectabilidad una vez seco. [146] En general, pequeñas cantidades de humus pueden aumentar notablemente la capacidad del suelo para promover el crecimiento de las plantas. [147] [144]
La materia orgánica del suelo está formada por compuestos orgánicos e incluye material vegetal, animal y microbiano, tanto vivo como muerto. Un suelo típico tiene una composición de biomasa de 70% de microorganismos, 22% de macrofauna y 8% de raíces. El componente vivo de un acre de suelo puede incluir 900 libras de lombrices de tierra, 2400 libras de hongos, 1500 libras de bacterias, 133 libras de protozoos y 890 libras de artrópodos y algas. [148]
Un pequeño porcentaje de la materia orgánica del suelo, con un tiempo de residencia pequeño , consiste en biomasa microbiana y metabolitos de bacterias, mohos y actinomicetos que trabajan para descomponer la materia orgánica muerta. [149] [150] Si no fuera por la acción de estos microorganismos, toda la parte de dióxido de carbono de la atmósfera sería secuestrada como materia orgánica en el suelo. Sin embargo, al mismo tiempo los microbios del suelo contribuyen al secuestro de carbono en la capa superior del suelo mediante la formación de humus estable. [151] Con el objetivo de secuestrar más carbono en el suelo para aliviar el efecto invernadero , sería más eficiente a largo plazo estimular la humificación que disminuir la descomposición de la hojarasca . [152]
La mayor parte de la materia orgánica del suelo es un conjunto complejo de pequeñas moléculas orgánicas, denominadas colectivamente humus o sustancias húmicas . El uso de estos términos, que no se basan en una clasificación química clara, se ha considerado obsoleto. [153] Otros estudios demostraron que la noción clásica de molécula no es conveniente para el humus, que escapó a la mayoría de los intentos realizados durante dos siglos para resolverlo en componentes unitarios, pero aún es químicamente distinto de los polisacáridos, ligninas y proteínas. [154]
La mayoría de los seres vivos del suelo, incluidas las plantas, los animales, las bacterias y los hongos, dependen de la materia orgánica para obtener nutrientes y/o energía. Los suelos tienen compuestos orgánicos en diversos grados de descomposición, cuyo ritmo depende de la temperatura, la humedad del suelo y la aireación. Las bacterias y los hongos se alimentan de la materia orgánica cruda, que a su vez se alimentan de los protozoos , que a su vez se alimentan de nematodos , anélidos y artrópodos , capaces ellos mismos de consumir y transformar la materia orgánica cruda o humificada. A esto se le ha llamado red trófica del suelo , a través de la cual se procesa toda la materia orgánica como en un sistema digestivo . [155] La materia orgánica mantiene los suelos abiertos, permitiendo la infiltración de aire y agua, y puede contener hasta el doble de su peso en agua. Muchos suelos, incluidos los desérticos y los suelos rocosos y de grava, tienen poca o ninguna materia orgánica. Los suelos que son toda materia orgánica, como la turba ( histosoles ), son infértiles. [156] En su etapa más temprana de descomposición, el material orgánico original a menudo se llama materia orgánica cruda. La etapa final de descomposición se llama humus.
En los pastizales , gran parte de la materia orgánica agregada al suelo proviene de los sistemas de raíces profundas y fibrosas del pasto. Por el contrario, las hojas de los árboles que caen al suelo del bosque son la principal fuente de materia orgánica del suelo del bosque. Otra diferencia es la frecuente ocurrencia en los pastizales de incendios que destruyen grandes cantidades de material aéreo pero estimulan contribuciones aún mayores de las raíces. Además, la acidez mucho mayor bajo cualquier bosque inhibe la acción de ciertos organismos del suelo que de otro modo mezclarían gran parte de la basura superficial con el suelo mineral. Como resultado, los suelos bajo pastizales generalmente desarrollan un horizonte A más grueso con una distribución más profunda de materia orgánica que en suelos comparables bajo bosques, que característicamente almacenan la mayor parte de su materia orgánica en el suelo del bosque ( horizonte O ) y en el horizonte A delgado. [157]
El humus se refiere a la materia orgánica que ha sido descompuesta por la microflora y la fauna del suelo hasta el punto de que es resistente a una mayor descomposición. El humus generalmente constituye sólo el cinco por ciento del suelo o menos en volumen, pero es una fuente esencial de nutrientes y agrega importantes cualidades de textura cruciales para la salud del suelo y el crecimiento de las plantas. [158] El humus también alimenta a artrópodos, termitas y lombrices de tierra que mejoran aún más el suelo. [159] El producto final, el humus, se suspende en forma coloidal en la solución del suelo y forma un ácido débil que puede atacar los minerales de silicato al quelar sus átomos de hierro y aluminio. [160] El humus tiene una alta capacidad de intercambio catiónico y aniónico que, en peso seco, es muchas veces mayor que la de los coloides arcillosos. También actúa como amortiguador, como la arcilla, contra los cambios de pH y humedad del suelo. [161]
Los ácidos húmicos y los ácidos fúlvicos , que comienzan como materia orgánica cruda, son constituyentes importantes del humus. Después de la muerte de plantas, animales y microbios, los microbios comienzan a alimentarse de los residuos mediante la producción de enzimas extracelulares del suelo, lo que finalmente da como resultado la formación de humus. [162] A medida que los residuos se descomponen, sólo las moléculas hechas de hidrocarburos alifáticos y aromáticos , ensambladas y estabilizadas por enlaces de oxígeno e hidrógeno, permanecen en forma de conjuntos moleculares complejos llamados colectivamente humus. [154] El humus nunca es puro en el suelo, porque reacciona con metales y arcillas para formar complejos que contribuyen aún más a su estabilidad y a la estructura del suelo. [161] Aunque la estructura del humus tiene en sí misma pocos nutrientes (con la excepción de los metales constitutivos como el calcio, el hierro y el aluminio), es capaz de atraer y vincular, mediante enlaces débiles, nutrientes catiónicos y aniónicos que pueden liberarse posteriormente en la solución del suelo en respuesta a la absorción selectiva de raíces y cambios en el pH del suelo, un proceso de suma importancia para el mantenimiento de la fertilidad en suelos tropicales. [163]
La lignina es resistente a la descomposición y se acumula en el suelo. También reacciona con proteínas , [164] lo que aumenta aún más su resistencia a la descomposición, incluida la descomposición enzimática por microbios. [165] Las grasas y ceras de la materia vegetal tienen aún más resistencia a la descomposición y persisten en los suelos durante miles de años, de ahí su uso como trazadores de vegetación pasada en capas de suelo enterradas. [166] Los suelos arcillosos a menudo tienen contenidos orgánicos más altos que persisten por más tiempo que los suelos sin arcilla, ya que las moléculas orgánicas se adhieren a la arcilla y son estabilizadas por ella. [167] Las proteínas normalmente se descomponen fácilmente, a excepción de las escleroproteínas , pero cuando se unen a partículas de arcilla se vuelven más resistentes a la descomposición. [168] En cuanto a otras proteínas, las partículas de arcilla absorben las enzimas exudadas por los microbios, disminuyendo la actividad enzimática y protegiendo las enzimas extracelulares de la degradación. [169] La adición de materia orgánica a los suelos arcillosos puede hacer que esa materia orgánica y cualquier nutriente añadido sean inaccesibles para las plantas y los microbios durante muchos años. [170] Un estudio mostró una mayor fertilidad del suelo después de la adición de abono maduro a un suelo arcilloso. [171] El alto contenido de taninos del suelo puede hacer que el nitrógeno sea secuestrado en forma de complejos taninos-proteínas resistentes. [172] [173]
La formación de humus es un proceso que depende de la cantidad de material vegetal añadido cada año y del tipo de suelo base. Ambos se ven afectados por el clima y el tipo de organismos presentes. [157] Los suelos con humus pueden variar en contenido de nitrógeno, pero normalmente tienen entre un 3 y un 6 por ciento de nitrógeno. La materia orgánica cruda, como reserva de nitrógeno y fósforo, es un componente vital que afecta la fertilidad del suelo . [156] El humus también absorbe agua y se expande y contrae entre los estados seco y húmedo en mayor medida que la arcilla, lo que aumenta la porosidad del suelo. [174] El humus es menos estable que los componentes minerales del suelo, ya que se reduce por la descomposición microbiana y, con el tiempo, su concentración disminuye sin la adición de nueva materia orgánica. Sin embargo, el humus en sus formas más estables puede persistir durante siglos, si no milenios. [175] El carbón vegetal es una fuente de humus altamente estable, llamado carbón negro , [176] que se había utilizado tradicionalmente para mejorar la fertilidad de los suelos tropicales pobres en nutrientes. Esta práctica antiquísima, comprobada en la génesis de las tierras oscuras amazónicas , se ha renovado y popularizado con el nombre de biocarbón . Se ha sugerido que el biocarbón podría utilizarse para secuestrar más carbono en la lucha contra el efecto invernadero. [177]
La producción, acumulación y degradación de materia orgánica dependen en gran medida del clima. Por ejemplo, cuando se produce un deshielo , el flujo de gases del suelo con los gases atmosféricos se ve significativamente influenciado. [178] La temperatura, la humedad del suelo y la topografía son los principales factores que afectan la acumulación de materia orgánica en los suelos. La materia orgánica tiende a acumularse en condiciones húmedas o frías donde la actividad descomponedora se ve impedida por la baja temperatura [179] o el exceso de humedad, lo que resulta en condiciones anaeróbicas. [180] Por el contrario, la lluvia excesiva y las altas temperaturas de los climas tropicales permiten una rápida descomposición de la materia orgánica y la lixiviación de los nutrientes de las plantas. Los ecosistemas forestales en estos suelos dependen del reciclaje eficiente de nutrientes y materia vegetal por parte de las plantas vivas y la biomasa microbiana para mantener su productividad, un proceso que se ve perturbado por las actividades humanas. [181] Una pendiente excesiva, en particular en presencia de cultivos por motivos agrícolas, puede fomentar la erosión de la capa superior del suelo que contiene la mayor parte de la materia orgánica cruda que de otro modo eventualmente se convertiría en humus. [182]
Tipos típicos y porcentajes de componentes de residuos vegetales.
La celulosa y la hemicelulosa se descomponen rápidamente por hongos y bacterias, con una vida media de 12 a 18 días en un clima templado. [183] Los hongos de la pudrición parda pueden descomponer la celulosa y la hemicelulosa, dejando atrás la lignina y los compuestos fenólicos . El almidón , que es un sistema de almacenamiento de energía para las plantas, sufre una rápida descomposición por parte de bacterias y hongos. La lignina está formada por polímeros compuestos por 500 a 600 unidades con una estructura amorfa y altamente ramificada, unidos a la celulosa, hemicelulosa y pectina en las paredes celulares de las plantas . La lignina sufre una descomposición muy lenta, principalmente por hongos de pudrición blanca y actinomicetos ; su vida media en condiciones templadas es de unos seis meses. [183]
Una capa horizontal del suelo, cuyas características físicas, composición y edad son distintas de las de arriba y de abajo, se denomina horizonte de suelo. La denominación de un horizonte se basa en el tipo de material que lo compone. Esos materiales reflejan la duración de procesos específicos de formación del suelo. Están etiquetados utilizando una notación abreviada de letras y números que describen el horizonte en términos de su color, tamaño, textura, estructura, consistencia, cantidad de raíces, pH, huecos, características de límites y presencia de nódulos o concreciones. [184] Ningún perfil de suelo tiene todos los horizontes principales. Algunos, llamados entisoles , pueden tener un solo horizonte o actualmente se considera que no tienen horizonte, en particular suelos incipientes provenientes de depósitos de desechos mineros no recuperados , [185] morrenas , [186] conos volcánicos [187] dunas de arena o terrazas aluviales . [188] Los horizontes superiores del suelo pueden faltar en suelos truncados después de la ablación por viento o agua, con el concomitante enterramiento cuesta abajo de los horizontes del suelo, un proceso natural agravado por prácticas agrícolas como la labranza. [189] El crecimiento de los árboles es otra fuente de perturbación, ya que crea una heterogeneidad a microescala que aún es visible en los horizontes del suelo una vez que los árboles han muerto. [190] Al pasar de un horizonte a otro, de arriba a abajo del perfil del suelo, se retrocede en el tiempo, con eventos pasados registrados en los horizontes del suelo como en las capas de sedimentos . El muestreo de polen , amebas testadas y restos de plantas en los horizontes del suelo puede ayudar a revelar cambios ambientales (por ejemplo, cambio climático, cambio de uso de la tierra ) que ocurrieron en el curso de la formación del suelo. [191] Los horizontes del suelo se pueden fechar mediante varios métodos, como el radiocarbono , utilizando trozos de carbón vegetal, siempre que sean de tamaño suficiente para escapar de la pedoturbación provocada por la actividad de las lombrices y otras perturbaciones mecánicas. [192] Los horizontes de suelos fósiles de paleosuelos se pueden encontrar dentro de secuencias de rocas sedimentarias , lo que permite el estudio de ambientes pasados. [193]
La exposición del material parental a condiciones favorables produce suelos minerales que son marginalmente adecuados para el crecimiento de las plantas, como es el caso de los suelos erosionados. [194] El crecimiento de la vegetación da como resultado la producción de residuos orgánicos que caen al suelo como basura para las partes aéreas de las plantas ( hojas ) o se producen directamente bajo tierra para los órganos de las plantas subterráneas (hojas de raíces), y luego liberan materia orgánica disuelta . [195] La capa orgánica superficial restante, llamada horizonte O , produce un suelo más activo debido al efecto de los organismos que viven en su interior. Los organismos colonizan y descomponen materiales orgánicos, poniendo a disposición nutrientes de los que otras plantas y animales pueden vivir. [196] Después de un tiempo suficiente, el humus se mueve hacia abajo y se deposita en una capa superficial orgánica-mineral distintiva llamada horizonte A, en la que la materia orgánica se mezcla con la materia mineral a través de la actividad de los animales excavadores, un proceso llamado pedoturbación. Este proceso natural no llega a su fin en presencia de condiciones perjudiciales para la vida del suelo, como una fuerte acidez, un clima frío o la contaminación, que surge de la acumulación de materia orgánica no descompuesta dentro de un único horizonte orgánico que recubre el suelo mineral [197] y en el yuxtaposición de materia orgánica humificada y partículas minerales, sin mezcla íntima, en los horizontes minerales subyacentes. [198]
Uno de los primeros sistemas de clasificación de suelos fue desarrollado por el científico ruso Vasily Dokuchaev alrededor de 1880. [199] Fue modificado varias veces por investigadores estadounidenses y europeos y se desarrolló hasta convertirse en el sistema comúnmente utilizado hasta la década de 1960. Se basó en la idea de que los suelos tienen una morfología particular en función de los materiales y factores que los forman. En la década de 1960, comenzó a surgir un sistema de clasificación diferente que se centraba en la morfología del suelo en lugar de en los materiales parentales y los factores formadores del suelo. Desde entonces ha sufrido nuevas modificaciones. La Base de Referencia Mundial para los Recursos del Suelo [200] tiene como objetivo establecer una base de referencia internacional para la clasificación de suelos.
El suelo se utiliza en la agricultura, donde sirve como ancla y base de nutrientes principal para las plantas. Los tipos de suelo y la humedad disponible determinan las especies de plantas que se pueden cultivar. La ciencia agrícola del suelo fue el dominio primitivo del conocimiento del suelo, mucho antes de la llegada de la edafología en el siglo XIX. Sin embargo, como lo demuestran la aeroponía , la acuaponía y la hidroponía , el material del suelo no es absolutamente esencial para la agricultura, y los sistemas de cultivo sin suelo han sido reivindicados como el futuro de la agricultura para una humanidad en constante crecimiento. [201]
El material del suelo también es un componente crítico en las industrias de minería, construcción y desarrollo paisajístico. [202] El suelo sirve como base para la mayoría de los proyectos de construcción. El movimiento de volúmenes masivos de suelo puede estar involucrado en la minería a cielo abierto , la construcción de carreteras y la construcción de represas . El refugio de la tierra es la práctica arquitectónica de utilizar suelo como masa térmica externa contra las paredes del edificio. Muchos materiales de construcción se basan en el suelo. La pérdida de suelo a causa de la urbanización está creciendo a un ritmo elevado en muchas zonas y puede ser crítica para el mantenimiento de la agricultura de subsistencia . [203]
Los recursos del suelo son fundamentales para el medio ambiente, así como para la producción de alimentos y fibras, ya que producen el 98,8% de los alimentos consumidos por los seres humanos. [204] El suelo proporciona minerales y agua a las plantas de acuerdo con varios procesos involucrados en la nutrición de las plantas. El suelo absorbe el agua de lluvia y la libera posteriormente, previniendo así inundaciones y sequías, siendo la regulación de inundaciones uno de los principales servicios ecosistémicos que proporciona el suelo. [205] El suelo limpia el agua a medida que se filtra a través de él. [206] El suelo es el hábitat de muchos organismos: la mayor parte de la biodiversidad conocida y desconocida se encuentra en el suelo, en forma de lombrices de tierra, cochinillas , milpiés , ciempiés , caracoles , babosas , ácaros , colémbolos , enquitreidos , nematodos , protistas ) . , bacterias, arqueas , hongos y algas ; y la mayoría de los organismos que viven en la superficie tienen parte de ellos ( plantas ) o pasan parte de su ciclo vital ( insectos ) bajo tierra. [207] Las biodiversidades aéreas y subterráneas están estrechamente interconectadas, [157] [208] haciendo que la protección del suelo sea de suma importancia para cualquier plan de restauración o conservación .
El componente biológico del suelo es un sumidero de carbono extremadamente importante ya que aproximadamente el 57% del contenido biótico es carbono. Incluso en los desiertos, las cianobacterias, los líquenes y los musgos forman costras biológicas del suelo que capturan y secuestran una cantidad significativa de carbono mediante la fotosíntesis . Los métodos deficientes de agricultura y pastoreo han degradado los suelos y han liberado gran parte de este carbono secuestrado a la atmósfera. Restaurar los suelos del mundo podría compensar el efecto del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y frenar el calentamiento global, al tiempo que mejoraría el rendimiento de los cultivos y reduciría las necesidades de agua. [209] [210] [211]
La gestión de residuos suele tener un componente suelo. Los campos de drenaje séptico tratan los efluentes de tanques sépticos mediante procesos aeróbicos del suelo. La aplicación de aguas residuales al suelo depende de la biología del suelo para tratar aeróbicamente la DBO . Alternativamente, los vertederos utilizan tierra como cobertura diaria , aislando los depósitos de residuos de la atmósfera y evitando olores desagradables. Actualmente el compostaje se utiliza ampliamente para tratar desechos domésticos sólidos aeróbicos y efluentes secos de cuencas de sedimentación . Aunque el compost no es suelo, los procesos biológicos que tienen lugar durante el compostaje son similares a los que ocurren durante la descomposición y humificación de la materia orgánica del suelo. [212]
Los suelos orgánicos, especialmente la turba, sirven como importante combustible y recurso hortícola . Los suelos de turba también se utilizan comúnmente para la agricultura en los países nórdicos, porque las turberas, cuando están drenadas, proporcionan suelos fértiles para la producción de alimentos. [213] Sin embargo, amplias áreas de producción de turba, como las turberas de esfagno de secano , también llamadas turberas de cobertura o turberas elevadas , ahora están protegidas debido a su interés patrimonial. Por ejemplo, Flow Country , que abarca 4.000 kilómetros cuadrados de extensión ondulada de turberas en Escocia, es ahora candidato a ser incluido en la Lista del Patrimonio Mundial . Bajo el calentamiento global actual, se cree que los suelos de turba están involucrados en un proceso de autorreforzamiento (retroalimentación positiva) de aumento de la emisión de gases de efecto invernadero (metano y dióxido de carbono) y aumento de la temperatura, [ 214] un argumento que aún está bajo debate cuando reemplazados a escala de campo e incluyendo el crecimiento vegetal estimulado. [215]
La geofagia es la práctica de comer sustancias similares al suelo. Tanto los animales como los humanos consumen ocasionalmente tierra con fines medicinales, recreativos o religiosos. [216] Se ha demostrado que algunos monos consumen tierra, junto con su alimento preferido ( follaje de árboles y frutas ), para aliviar la toxicidad de los taninos. [217]
Los suelos filtran y purifican el agua y afectan su química. El agua de lluvia y el agua estancada de estanques, lagos y ríos se filtran a través de los horizontes del suelo y los estratos rocosos superiores , convirtiéndose así en agua subterránea . Las plagas ( virus ) y los contaminantes , como los contaminantes orgánicos persistentes ( pesticidas clorados , bifenilos policlorados ), aceites ( hidrocarburos ), metales pesados ( plomo , zinc, cadmio ) y el exceso de nutrientes (nitratos, sulfatos , fosfatos) son filtrados por el suelo. [218] Los organismos del suelo los metabolizan o los inmovilizan en su biomasa y necromasa, [219] incorporándolos así al humus estable. [220] La integridad física del suelo también es un requisito previo para evitar deslizamientos de tierra en paisajes accidentados. [221]
La degradación de la tierra es un proceso natural o inducido por el hombre que perjudica la capacidad de la tierra para funcionar. [222] La degradación del suelo implica acidificación , contaminación , desertificación , erosión o salinización . [223]
La acidificación del suelo es beneficiosa en el caso de suelos alcalinos , pero degrada la tierra cuando reduce la productividad de los cultivos , la actividad biológica del suelo y aumenta la vulnerabilidad del suelo a la contaminación y la erosión. Los suelos son inicialmente ácidos y permanecen así cuando sus materiales parentales son bajos en cationes básicos (calcio, magnesio, potasio y sodio ). En los materiales parentales más ricos en minerales resistentes a la intemperie, la acidificación se produce cuando los cationes básicos se lixivian del perfil del suelo por la lluvia o se exportan mediante la recolección de cultivos forestales o agrícolas. La acidificación del suelo se acelera por el uso de fertilizantes nitrogenados formadores de ácido y por los efectos de la precipitación ácida . La deforestación es otra causa de acidificación del suelo, mediada por una mayor lixiviación de nutrientes del suelo en ausencia de copas de árboles . [224]
La contaminación del suelo en niveles bajos suele estar dentro de la capacidad del suelo para tratar y asimilar materiales de desecho . La biota del suelo puede tratar los residuos transformándolos, principalmente mediante la actividad enzimática microbiana . [225] La materia orgánica del suelo y los minerales del suelo pueden adsorber el material de desecho y disminuir su toxicidad , [226] aunque cuando están en forma coloidal pueden transportar los contaminantes adsorbidos a ambientes subterráneos. [227] Muchos procesos de tratamiento de residuos dependen de esta capacidad de biorremediación natural . Exceder la capacidad de tratamiento puede dañar la biota del suelo y limitar su función. Los suelos abandonados ocurren cuando la contaminación industrial u otra actividad de desarrollo daña el suelo hasta tal punto que la tierra no puede usarse de manera segura o productiva. La remediación de suelos abandonados utiliza principios de geología, física, química y biología para degradar, atenuar, aislar o eliminar los contaminantes del suelo para restaurar las funciones y valores del suelo. Las técnicas incluyen lixiviación , rociado de aire , acondicionadores de suelo , fitorremediación , biorremediación y atenuación natural monitoreada . Un ejemplo de contaminación difusa con contaminantes es la acumulación de cobre en viñedos y huertas a los que se aplican reiteradamente fungicidas, incluso en agricultura ecológica . [228]
Las microfibras de los textiles sintéticos son otro tipo de contaminación plástica del suelo; el 100% de las muestras de suelo agrícola del suroeste de China contenían partículas de plástico, el 92% de las cuales eran microfibras. Las fuentes de microfibras probablemente incluyeron cuerdas o cordeles, así como el agua de riego en la que se lavó la ropa. [229]
La aplicación de biosólidos procedentes de lodos de depuradora y compost puede introducir microplásticos en los suelos. Esto se suma a la carga de microplásticos de otras fuentes (por ejemplo, la atmósfera). Aproximadamente la mitad de los lodos de depuradora de Europa y América del Norte se aplican a tierras agrícolas. En Europa se ha estimado que por cada millón de habitantes cada año se añaden a los suelos agrícolas entre 113 y 770 toneladas de microplásticos. [229]
La desertificación , un proceso ambiental de degradación de los ecosistemas en regiones áridas y semiáridas, a menudo es causada por actividades humanas mal adaptadas, como el pastoreo excesivo o la recolección excesiva de leña . Es un error común pensar que la sequía causa desertificación. [230] Las sequías son comunes en tierras áridas y semiáridas. Las tierras bien gestionadas pueden recuperarse de la sequía cuando vuelvan las lluvias. Las herramientas de gestión del suelo incluyen el mantenimiento de los niveles de nutrientes y materia orgánica del suelo, la reducción de la labranza y el aumento de la cobertura. [231] Estas prácticas ayudan a controlar la erosión y mantener la productividad durante los períodos en que hay humedad disponible. Sin embargo, el continuo abuso de la tierra durante las sequías aumenta la degradación de la tierra . El aumento de la presión demográfica y ganadera sobre las tierras marginales acelera la desertificación. [232] Ahora se cuestiona si el calentamiento climático actual favorecerá o perjudicará la desertificación, con informes contradictorios sobre las tendencias de precipitaciones previstas asociadas con el aumento de la temperatura y fuertes discrepancias entre regiones, incluso en el mismo país. [233]
La erosión del suelo es causada por el agua , el viento , el hielo y el movimiento en respuesta a la gravedad . Puede ocurrir más de un tipo de erosión simultáneamente. La erosión se distingue de la meteorización , ya que la erosión también transporta el suelo erosionado fuera de su lugar de origen (el suelo en tránsito puede describirse como sedimento ). La erosión es un proceso natural intrínseco, pero en muchos lugares aumenta considerablemente debido a la actividad humana, especialmente a las prácticas inadecuadas de uso de la tierra. [234] Estas incluyen actividades agrícolas que dejan el suelo desnudo durante épocas de fuertes lluvias o vientos fuertes, pastoreo excesivo , deforestación y actividades de construcción inadecuadas . Una mejor gestión puede limitar la erosión. Las técnicas de conservación del suelo que se emplean incluyen cambios en el uso de la tierra (como reemplazar cultivos propensos a la erosión con pasto u otras plantas fijadoras del suelo), cambios en el momento o tipo de operaciones agrícolas, construcción de terrazas , uso de materiales de cobertura que supriman la erosión ( incluidos cultivos de cobertura y otras plantas), limitar las perturbaciones durante la construcción y evitar la construcción durante períodos propensos a la erosión y en lugares propensos a la erosión, como pendientes pronunciadas. [235] Históricamente, uno de los mejores ejemplos de erosión del suelo a gran escala debido a prácticas inadecuadas de uso de la tierra es la erosión eólica (la llamada " dust bowl ") que arruinó las praderas estadounidenses y canadienses durante la década de 1930, cuando los agricultores inmigrantes, alentados por el gobierno federal de ambos países, colonizó y convirtió la pradera original de pasto corto en cultivos agrícolas y ganadería .
En China , en el curso medio del río Amarillo y en el curso superior del río Yangtze , se produce un grave y prolongado problema de erosión hídrica . Desde el río Amarillo, más de 1.600 millones de toneladas de sedimentos fluyen cada año hacia el océano. El sedimento se origina principalmente por la erosión hídrica (erosión por barrancos) en la región de la meseta de Loess en el noroeste de China. [236]
La tubería de suelo es una forma particular de erosión del suelo que ocurre debajo de la superficie del suelo. [237] Provoca fallas en diques y presas, así como la formación de sumideros . El flujo turbulento elimina el suelo comenzando en la boca del flujo de filtración y la erosión del subsuelo avanza pendiente arriba. [238] El término ebullición de arena se utiliza para describir la apariencia del extremo de descarga de una tubería de suelo activo. [239]
La salinización del suelo es la acumulación de sales libres hasta tal punto que conduce a la degradación del valor agrícola de los suelos y la vegetación. Las consecuencias incluyen daños por corrosión , reducción del crecimiento de las plantas, erosión debido a la pérdida de cubierta vegetal y estructura del suelo, y problemas de calidad del agua debido a la sedimentación . La salinación se produce debido a una combinación de procesos naturales y provocados por el hombre. Las condiciones áridas favorecen la acumulación de sal. Esto es especialmente evidente cuando el material parental del suelo es salino. El riego de tierras áridas es especialmente problemático. [240] Toda el agua de riego tiene algún nivel de salinidad. El riego, especialmente cuando implica fugas de canales y riego excesivo en el campo, a menudo eleva el nivel freático subyacente . La salinización rápida ocurre cuando la superficie terrestre se encuentra dentro de la franja capilar de agua subterránea salina. El control de la salinidad del suelo implica el control del nivel freático y el lavado con niveles más altos de agua aplicada en combinación con drenaje con tejas u otra forma de drenaje subterráneo . [241] [242]
Los suelos que contienen altos niveles de determinadas arcillas con altas propiedades de hinchamiento, como las esmectitas , suelen ser muy fértiles. Por ejemplo, los suelos de arroz ricos en esmectita de las llanuras centrales de Tailandia se encuentran entre los más productivos del mundo. Sin embargo, el uso excesivo de fertilizantes y pesticidas minerales nitrogenados en la producción intensiva de arroz de regadío ha puesto en peligro estos suelos, obligando a los agricultores a implementar prácticas integradas basadas en principios operativos de reducción de costos. [243]
Sin embargo, muchos agricultores de zonas tropicales luchan por retener la materia orgánica y la arcilla en los suelos que trabajan. En los últimos años, por ejemplo, la productividad ha disminuido y la erosión del suelo ha aumentado en los suelos poco arcillosos del norte de Tailandia, tras el abandono de la agricultura migratoria por un uso más permanente de la tierra. [244] Los agricultores respondieron inicialmente añadiendo materia orgánica y arcilla del material de los montículos de termitas , pero esto era insostenible a largo plazo debido a la rarefacción de los montículos de termitas. Los científicos experimentaron agregando bentonita , una arcilla de la familia de las esmectitas, al suelo. En pruebas de campo, realizadas por científicos del Instituto Internacional de Gestión del Agua (IWMI) en cooperación con la Universidad de Khon Kaen y agricultores locales, esto tuvo el efecto de ayudar a retener agua y nutrientes. Complementar la práctica habitual del agricultor con una sola aplicación de 200 kilogramos por rai (1300 kg/ha; 1100 lb/acre) de bentonita resultó en un aumento promedio del rendimiento del 73%. [245] Otros estudios demostraron que la aplicación de bentonita a suelos arenosos degradados reducía el riesgo de pérdida de cosechas durante los años de sequía. [246]
En 2008, tres años después de las pruebas iniciales, los científicos del IWMI llevaron a cabo una encuesta entre 250 agricultores del noreste de Tailandia, la mitad de los cuales había aplicado bentonita a sus campos. La mejora promedio para aquellos que usaron la adición de arcilla fue un 18% mayor que para los que no usaron arcilla. El uso de arcilla permitió a algunos agricultores dedicarse al cultivo de hortalizas, que necesitan un suelo más fértil. Esto ayudó a aumentar sus ingresos. Los investigadores estimaron que 200 agricultores en el noreste de Tailandia y 400 en Camboya habían adoptado el uso de arcillas, y que otros 20.000 agricultores conocieron la nueva técnica. [247]
Si el suelo tiene demasiado contenido de arcilla o sales (por ejemplo, suelo sódico salino ), agregar yeso, arena de río lavada y materia orgánica (por ejemplo, desechos sólidos municipales ) equilibrará la composición. [248]
Agregar materia orgánica, como madera triturada ramial o compost , a un suelo empobrecido en nutrientes y con demasiado contenido de arena, aumentará su calidad y mejorará la producción. [249] [250]
Mención especial merece el uso de carbón vegetal , y más en general de biocarbón , para mejorar suelos tropicales pobres en nutrientes, proceso basado en la mayor fertilidad de las Tierras Oscuras amazónicas precolombinas antropogénicas , también llamadas Terra Preta de Índio, debido a interesantes propiedades físicas. y propiedades químicas del carbono negro del suelo como fuente de humus estable. [251] Sin embargo, la aplicación incontrolada de productos de desecho carbonizados de todo tipo puede poner en peligro la vida del suelo y la salud humana. [252]
La historia del estudio del suelo está íntimamente ligada a la urgente necesidad del ser humano de proporcionarse alimento y forraje para sus animales. A lo largo de la historia, las civilizaciones han prosperado o decaído en función de la disponibilidad y productividad de sus suelos. [253]
Al historiador griego Jenofonte (450-355 a. C. ) se le atribuye el mérito de ser el primero en exponer las ventajas de los cultivos de abono verde: "Pero entonces, cualquier maleza que haya en el suelo, al convertirse en tierra, enriquece el suelo tanto como el estiércol. ' [254]
El libro De la agricultura de Columela , alrededor del año 60 d.C. , defendía el uso de cal y que el trébol y la alfalfa ( abono verde ) debían eliminarse, [255] y fue utilizado por 15 generaciones (450 años) bajo el Imperio Romano hasta su colapso. [254] [256] Desde la caída de Roma hasta la Revolución Francesa , el conocimiento del suelo y la agricultura se transmitió de padres a hijos y, como resultado, el rendimiento de los cultivos fue bajo. Durante la Edad Media europea , el manual de Yahya Ibn al-'Awwam , [257] con su énfasis en el riego, guió a los pueblos del norte de África, España y Oriente Medio ; una traducción de esta obra finalmente se llevó al suroeste de los Estados Unidos cuando estaba bajo la influencia española. [258] Olivier de Serres , considerado el padre de la agronomía francesa , fue el primero en sugerir el abandono del barbecho y su sustitución por prados de heno dentro de las rotaciones de cultivos . También destacó la importancia del suelo (el terroir francés ) en la gestión de los viñedos. Su famoso libro Le Théâtre d'Agriculture et mesnage des champs [259] contribuyó al surgimiento de la agricultura moderna y sostenible y al colapso de antiguas prácticas agrícolas como la enmienda del suelo para los cultivos mediante el levantamiento de basura forestal y el assarting , que arruinaron la suelos de Europa occidental durante la Edad Media e incluso posteriormente según regiones. [260]
Los experimentos sobre qué hizo que las plantas crecieran por primera vez llevaron a la idea de que la ceniza que quedaba cuando se quemaba la materia vegetal era el elemento esencial, pero se pasó por alto el papel del nitrógeno, que no queda en el suelo después de la combustión, una creencia que prevaleció hasta el siglo XIX. . [261] Aproximadamente en 1635, el químico flamenco Jan Baptist van Helmont pensó que había demostrado que el agua era el elemento esencial a partir de su famoso experimento de cinco años con un sauce cultivado únicamente con la adición de agua de lluvia. Su conclusión surgió del hecho de que el aumento de peso de la planta aparentemente se había producido únicamente por la adición de agua, sin reducción del peso del suelo. [262] [263] [264] John Woodward ( m. 1728) experimentó con varios tipos de agua, desde limpia hasta fangosa, y encontró que el agua fangosa era la mejor, por lo que concluyó que la materia terrestre era el elemento esencial. Otros concluyeron que era el humus del suelo el que pasaba algo de esencia a la planta en crecimiento. Otros más sostenían que el principio de crecimiento vital era algo que pasaba de las plantas o animales muertos a las plantas nuevas. A principios del siglo XVIII, Jethro Tull demostró que era beneficioso cultivar (revolver) la tierra, pero su opinión de que la agitación dejaba las partes finas del suelo disponibles para la absorción de las plantas era errónea. [263] [265]
A medida que la química se desarrolló, se aplicó a la investigación de la fertilidad del suelo. El químico francés Antoine Lavoisier demostró alrededor de 1778 que las plantas y los animales deben quemar oxígeno internamente para vivir. Pudo deducir que la mayor parte del peso de 165 libras (75 kg) del sauce de van Helmont derivaba del aire. [266] Fue el agricultor francés Jean-Baptiste Boussingault quien mediante experimentación obtuvo evidencia que demostraba que las principales fuentes de carbono, hidrógeno y oxígeno para las plantas eran el aire y el agua, mientras que el nitrógeno se tomaba del suelo. [267] Justus von Liebig en su libro La química orgánica en sus aplicaciones a la agricultura y la fisiología (publicado en 1840), afirmó que los químicos en las plantas deben haber venido del suelo y del aire y que para mantener la fertilidad del suelo, los minerales usados deben ser reemplazados. . [268] Sin embargo, Liebig creía que el nitrógeno procedía del aire. El enriquecimiento del suelo con guano por parte de los incas fue redescubierto en 1802, por Alexander von Humboldt . Esto llevó a su extracción y a la del nitrato chileno y a su aplicación al suelo en Estados Unidos y Europa después de 1840. [269]
El trabajo de Liebig supuso una revolución para la agricultura, por lo que otros investigadores comenzaron a experimentar basándose en él. En Inglaterra, John Bennet Lawes y Joseph Henry Gilbert trabajaron en la Estación Experimental Rothamsted , fundada por el primero, y (re)descubrieron que las plantas tomaban nitrógeno del suelo y que las sales necesitaban estar en un estado disponible para ser absorbidas por las plantas. Sus investigaciones también produjeron el superfosfato , consistente en el tratamiento ácido de la roca fosfórica. [270] Esto llevó a la invención y el uso de sales de potasio (K) y nitrógeno (N) como fertilizantes. El amoníaco generado durante la producción de coque se recuperó y utilizó como fertilizante. [271] Finalmente, se entendió la base química de los nutrientes entregados al suelo a través del estiércol y, a mediados del siglo XIX, se aplicaron fertilizantes químicos. Sin embargo, todavía no se entendía la interacción dinámica del suelo y sus formas de vida.
En 1856, J. Thomas Way descubrió que el amoníaco contenido en los fertilizantes se transformaba en nitratos, [272] y veinte años más tarde Robert Warington demostró que esta transformación la realizaban organismos vivos. [273] En 1890 Sergei Winogradsky anunció que había encontrado las bacterias responsables de esta transformación. [274]
Se sabía que ciertas leguminosas podían absorber nitrógeno del aire y fijarlo al suelo, pero fue necesario el desarrollo de la bacteriología a finales del siglo XIX para comprender el papel que desempeñan las bacterias en la fijación de nitrógeno. La simbiosis de bacterias y raíces de leguminosas y la fijación de nitrógeno por las bacterias fueron descubiertas simultáneamente por el agrónomo alemán Hermann Hellriegel y el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck . [270]
La rotación de cultivos, la mecanización y los fertilizantes químicos y naturales provocaron una duplicación de la producción de trigo en Europa occidental entre 1800 y 1900. [275]
Los científicos que estudiaban el suelo en relación con las prácticas agrícolas lo consideraban principalmente como un sustrato estático. Sin embargo, el suelo es el resultado de la evolución a partir de materiales geológicos más antiguos, bajo la acción de procesos bióticos y abióticos. Después de que comenzaron los estudios sobre la mejora del suelo, otros investigadores comenzaron a estudiar la génesis del suelo y, como resultado, también los tipos y clasificaciones de suelo.
En 1860, mientras se encontraba en Mississippi, Eugene W. Hilgard (1833-1916) estudió la relación entre el material rocoso, el clima, la vegetación y el tipo de suelos que se desarrollaban. Se dio cuenta de que los suelos eran dinámicos y consideró la clasificación de los tipos de suelo. [276] Su obra no continuó. Casi al mismo tiempo, Friedrich Albert Fallou describía perfiles de suelo y relacionaba las características del suelo con su formación como parte de su trabajo profesional de evaluación de tierras forestales y agrícolas para el principado de Sajonia . Su libro de 1857, Anfangsgründe der Bodenkunde (Primeros principios de la ciencia del suelo), estableció la ciencia moderna del suelo. [277] Contemporáneo con el trabajo de Fallou, e impulsado por la misma necesidad de evaluar con precisión la tierra para una tributación equitativa, Vasily Dokuchaev dirigió un equipo de científicos del suelo en Rusia que llevó a cabo un estudio extenso de suelos, observando que rocas básicas, clima y tipos de vegetación similares condujeron a capas y tipos de suelo similares, y establecieron los conceptos para las clasificaciones de suelos. Debido a las barreras del idioma, el trabajo de este equipo no se comunicó a Europa occidental hasta 1914 a través de una publicación en alemán de Konstantin Glinka , miembro del equipo ruso. [278]
Curtis F. Marbut , influenciado por el trabajo del equipo ruso, tradujo la publicación de Glinka al inglés [279] y, cuando fue puesto a cargo del Estudio Cooperativo Nacional de Suelos de EE. UU ., la aplicó a un sistema nacional de clasificación de suelos. [263]
Nuestro análisis de datos de pedón de varios perfiles de suelos perturbados sugiere que las perturbaciones físicas y los aportes antropogénicos de diversos materiales (efectos directos) pueden alterar en gran medida la cantidad de C almacenado en estos suelos "creados" por el hombre.
Los regantes deben tener conocimiento de la capacidad de humedad disponible para poder aplicar agua antes de que las plantas tengan que gastar energía excesiva para extraer la humedad.
Solo una parte de la capacidad de retención de agua disponible es fácilmente utilizada por el cultivo antes de que se desarrolle el estrés hídrico.
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Este artículo incorpora texto de un trabajo de contenido gratuito . Licenciado bajo Cc BY-SA 3.0 IGO (declaración/permiso de licencia). Texto tomado de Drowning in Plastics – Marine Litter and Plastic Waste Vital Graphics, Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente.
