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pH del suelo

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

El pH del suelo es una medida de la acidez o basicidad (alcalinidad) de un suelo . El pH del suelo es una característica clave que se puede utilizar para realizar análisis informativos tanto cualitativos como cuantitativos sobre las características del suelo. [1] El pH se define como el logaritmo negativo (base 10) de la actividad de los iones hidronio ( H+
o, más precisamente, H
3oh+
aq) en una solución . En los suelos, se mide en una suspensión de suelo mezclada con agua (o una solución salina, como CaCl 0,01  M
2), y normalmente cae entre 3 y 10, siendo 7 neutral. Los suelos ácidos tienen un pH inferior a 7 y los suelos alcalinos tienen un pH superior a 7. Los suelos ultraácidos (pH < 3,5) y los suelos muy alcalinos (pH > 9) son raros. [2] [3]

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

Clasificación de los rangos de pH del suelo.

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

0 a 6=ácido, 7=neutral y 8 y superior alcalinidad

Determinando el pH

Los métodos para determinar el pH incluyen:

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

Resumen del método

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


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

Factores que afectan el pH del suelo.

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

Fuentes de acidez

Muchos procesos contribuyen a la acidificación del suelo. Estos incluyen: [11]

Fuentes de alcalinidad

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

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

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

Efecto del pH del suelo sobre el crecimiento de las plantas.

Suelos ácidos

Cerca de los sitios mineros se encuentran altos niveles de aluminio; En las centrales eléctricas alimentadas con carbón o en los incineradores se liberan pequeñas cantidades de aluminio al medio ambiente . [15] El aluminio que está en el aire es arrastrado por la lluvia o normalmente se deposita, pero pequeñas partículas de aluminio permanecen en el aire durante mucho tiempo. [15]

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

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

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

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

Disponibilidad de nutrientes en relación con el pH del suelo.

Disponibilidad de nutrientes en relación con el pH del suelo [25]

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

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

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

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

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

Disponibilidad de agua en relación con el pH del suelo.

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

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

Preferencias de pH de las plantas

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

Sin embargo, una planta puede ser intolerante a un pH particular en algunos suelos como resultado de un mecanismo particular, y ese mecanismo puede no aplicarse en otros suelos. Por ejemplo, un suelo con bajo contenido de molibdeno puede no ser adecuado para plantas de soja a un pH de 5,5, pero los suelos con suficiente molibdeno permiten un crecimiento óptimo a ese pH. [26] De manera similar, algunas calcifugas (plantas intolerantes a suelos con pH alto) pueden tolerar suelos calcáreos si se les suministra suficiente fósforo. [38] Otro factor de confusión es que diferentes variedades de la misma especie a menudo tienen diferentes rangos de pH del suelo adecuados. Los fitomejoradores pueden utilizar esto para producir variedades que puedan tolerar condiciones que de otro modo se considerarían inadecuadas para esa especie; por ejemplo, proyectos para cultivar variedades de cultivos de cereales tolerantes al aluminio y al manganeso para la producción de alimentos en suelos fuertemente ácidos. [39]

La siguiente tabla proporciona rangos de pH del suelo adecuados para algunas plantas ampliamente cultivadas, como se encuentra en la base de datos de PLANTAS del USDA . [35] Algunas especies (como Pinus radiata y Opuntia ficus-indica ) toleran sólo un rango estrecho de pH del suelo, mientras que otras (como Vetiveria zizanioides ) toleran un rango de pH muy amplio.

En las comunidades de plantas naturales o casi naturales , las diversas preferencias de pH de las especies de plantas (o ecotipos ) determinan al menos en parte la composición y la biodiversidad de la vegetación. Si bien tanto los valores de pH muy bajos como los muy altos son perjudiciales para el crecimiento de las plantas, existe una tendencia creciente en la biodiversidad de las plantas en el rango de suelos que van desde los extremadamente ácidos (pH 3,5) hasta los fuertemente alcalinos (pH 9), es decir, hay más especies de calcicoles que de calcifugas . , al menos en entornos terrestres. [40] [41] Aunque ampliamente reportado y respaldado por resultados experimentales, [42] [43] el aumento observado de la riqueza de especies de plantas con el pH todavía necesita una explicación clara. La exclusión competitiva entre especies de plantas con rangos de pH superpuestos probablemente contribuye a los cambios observados en la composición de la vegetación a lo largo de los gradientes de pH. [44]

Efectos del pH en la biota del suelo.

La biota del suelo ( microflora del suelo , animales del suelo) es sensible al pH del suelo, ya sea directamente por contacto o después de la ingestión del suelo o indirectamente a través de las diversas propiedades del suelo a las que contribuye el pH (por ejemplo, estado de nutrientes , toxicidad de metales , forma de humus ). De acuerdo con las diversas adaptaciones fisiológicas y de comportamiento de la biota del suelo, la composición de especies de las comunidades microbianas y animales del suelo varía con el pH del suelo. [45] [46] A lo largo de los gradientes altitudinales, los cambios en la distribución de especies de comunidades animales y microbianas del suelo pueden atribuirse, al menos en parte, a la variación en el pH del suelo. [46] [47] El cambio de formas tóxicas a no tóxicas de aluminio alrededor de pH5 marca el paso de la tolerancia a los ácidos a la intolerancia a los ácidos, con pocos cambios en la composición de especies de las comunidades del suelo por encima de este umbral, incluso en suelos calcáreos . [48] ​​[49] Los animales del suelo exhiben distintas preferencias de pH cuando se les permite ejercer una elección a lo largo de un rango de valores de pH, [50] lo que explica que varias distribuciones de campo de los organismos del suelo, incluidos los microbios móviles, podrían resultar, al menos en parte, del movimiento activo a lo largo gradientes de pH. [51] [52] Al igual que con las plantas, se sospechaba que la competencia entre organismos que habitan en el suelo tolerantes e intolerantes a los ácidos desempeñaba un papel en los cambios en la composición de especies observados a lo largo de los rangos de pH. [53]

La oposición entre tolerancia a los ácidos y intolerancia a los ácidos se observa comúnmente a nivel de especie dentro de un género o a nivel de género dentro de una familia , pero también ocurre en un rango taxonómico mucho más alto , como entre hongos y bacterias del suelo, aquí también con una fuerte participación. de competencia. [54] Se ha sugerido que los organismos del suelo más tolerantes a la acidez del suelo y, por lo tanto, que vivían principalmente en suelos con un pH inferior a 5, eran más primitivos que aquellos intolerantes a la acidez del suelo. [55] Un análisis cladístico del género colémbolo Willemia mostró que la tolerancia a la acidez del suelo se correlacionaba con la tolerancia a otros factores de estrés y que la tolerancia al estrés era un carácter ancestral en este género. [56] Sin embargo, la generalidad de estos hallazgos aún no se ha establecido.

A pH bajo, el estrés oxidativo inducido por el aluminio (Al 3+ ) afecta a los animales del suelo cuyo cuerpo no está protegido por un exoesqueleto quitinoso grueso como en los artrópodos y, por lo tanto, están en contacto más directo con la solución del suelo, por ejemplo, protistas , nematodos. , rotíferos ( microfauna ), enquitreidos ( mesofauna ) y lombrices de tierra ( macrofauna ). [57]

Los efectos del pH sobre la biota del suelo pueden estar mediados por las diversas interacciones funcionales de las redes tróficas del suelo . Se ha demostrado experimentalmente que el colémbolo Heteromurus nitidus , que comúnmente vive en suelos con un pH superior a 5, podría cultivarse en suelos más ácidos siempre que no hubiera depredadores. [58] Su atracción por los excrementos de las lombrices ( moco , orina , heces ), mediada por la emisión de amoníaco , [59] proporciona alimento y refugio dentro de las madrigueras de las lombrices en formas de humus mull asociadas con suelos menos ácidos. [60]

Efectos de la biota del suelo sobre el pH del suelo.

La biota del suelo afecta el pH del suelo directamente a través de la excreción e indirectamente actuando sobre el entorno físico. Muchos hongos del suelo, aunque no todos, acidifican el suelo excretando ácido oxálico , producto de su metabolismo respiratorio . El ácido oxálico precipita el calcio, formando cristales insolubles de oxalato de calcio y privando así a la solución del suelo de este elemento necesario. [61] Por el contrario, las lombrices de tierra ejercen un efecto amortiguador sobre el pH del suelo a través de su excreción de moco , dotado de propiedades anfóteras . [62]

Al mezclar materia orgánica con materia mineral, en particular partículas de arcilla , y al agregar moco como pegamento para algunas de ellas, los animales que excavan en el suelo, por ejemplo, roedores fosoriales , topos , lombrices de tierra , termitas , algunos milpiés y larvas de moscas , contribuyen a disminuir la contaminación natural. Acidez de la materia orgánica cruda, como se observa en las formas de humus de mull . [63] [64]

Cambiar el pH del suelo

Aumento del pH del suelo ácido.

La cal agrícola finamente molida a menudo se aplica a suelos ácidos para aumentar el pH del suelo ( encalado ). La cantidad de piedra caliza o tiza necesaria para cambiar el pH está determinada por el tamaño de la malla de la cal (qué tan finamente se muele) y la capacidad amortiguadora del suelo. Un tamaño de malla alto (malla 60 = 0,25 mm; malla 100 = 0,149 mm) indica una cal finamente molida que reaccionará rápidamente con la acidez del suelo. La capacidad amortiguadora de un suelo depende del contenido de arcilla del suelo, el tipo de arcilla y la cantidad de materia orgánica presente, y puede estar relacionada con la capacidad de intercambio catiónico del suelo . Los suelos con alto contenido de arcilla tendrán una mayor capacidad amortiguadora que los suelos con poca arcilla, y los suelos con alto contenido de materia orgánica tendrán una mayor capacidad amortiguadora que aquellos con poca materia orgánica. [65] Los suelos con mayor capacidad amortiguadora requieren una mayor cantidad de cal para lograr un cambio equivalente en el pH. [66] La amortiguación del pH del suelo a menudo está directamente relacionada con la cantidad de aluminio en la solución del suelo y con la ocupación de sitios de intercambio como parte de la capacidad de intercambio catiónico . Este aluminio se puede medir en una prueba de suelo en la que se extrae del suelo con una solución salina, para luego cuantificarse con un análisis de laboratorio. Luego, utilizando el pH inicial del suelo y el contenido de aluminio, se puede calcular la cantidad de cal necesaria para elevar el pH al nivel deseado. [67]

Otras enmiendas además de la cal agrícola que se pueden utilizar para aumentar el pH del suelo incluyen ceniza de madera , óxido de calcio industrial ( cal quemada ), óxido de magnesio , escoria básica ( silicato de calcio ) y conchas de ostra . Estos productos aumentan el pH de los suelos mediante diversas reacciones ácido-base . El silicato de calcio neutraliza la acidez activa del suelo al reaccionar con iones H +  para formar ácido monosilícico (H 4 SiO 4 ), un soluto neutro. [68]

Disminución del pH del suelo alcalino.

El pH de un suelo alcalino se puede reducir agregando agentes acidificantes o materiales orgánicos ácidos. Se ha utilizado azufre elemental (90–99% S) en dosis de aplicación de 300–500 kg/ha (270–450 lb/acre); se oxida lentamente en el suelo para formar ácido sulfúrico . Los fertilizantes acidificantes, como el sulfato de amonio , el nitrato de amonio y la urea , pueden ayudar a reducir el pH del suelo porque el amonio se oxida para formar ácido nítrico . Los materiales orgánicos acidificantes incluyen turba o turba de sphagnum . [69]

Sin embargo, en suelos de pH alto con un alto contenido de carbonato de calcio (más del 2%), puede resultar muy costoso y/o ineficaz intentar reducir el pH con ácidos. En tales casos, suele ser más eficaz añadir fósforo, hierro, manganeso, cobre y/o zinc, porque las deficiencias de estos nutrientes son las razones más comunes del crecimiento deficiente de las plantas en suelos calcáreos. [70] [69]

Ver también

Referencias

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