Los suelos alcalinos o alcalinos son suelos arcillosos con un pH alto (superior a 8,5), una estructura de suelo pobre y una baja capacidad de infiltración. A menudo tienen una capa calcárea dura entre 0,5 y 1 metro de profundidad. Los suelos alcalinos deben sus propiedades físico-químicas desfavorables principalmente a la presencia dominante de carbonato de sodio , que hace que el suelo se hinche [1] y sea difícil de clarificar/asentar. Su nombre deriva del grupo de elementos de los metales alcalinos , al que pertenece el sodio , y que pueden inducir basicidad . A veces estos suelos también se denominan suelos sódicos alcalinos .
Los suelos alcalinos son básicos , pero no todos los suelos básicos son alcalinos .
Las causas de la alcalinidad del suelo pueden ser naturales o provocadas por el hombre:
Los suelos alcalinos son difíciles de incorporar a la producción agrícola. Debido a la baja capacidad de infiltración , el agua de lluvia se estanca fácilmente en el suelo y, en épocas secas, el cultivo casi no es posible sin abundante agua de riego y un buen drenaje. La agricultura se limita a cultivos tolerantes al anegamiento superficial (por ejemplo, arroz , pasto) y la productividad es menor.
La alcalinidad del suelo está asociada con la presencia de carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ) o bicarbonato de sodio (NaHCO 3 ) en el suelo, [5] ya sea como resultado de la erosión natural de las partículas del suelo o aportado por riego y/o inundación. agua.
Esta sal es sumamente soluble, cuando sufre hidratación , se disocia en:
El anión carbonato CO2-3
, es una base débil que acepta un protón, por lo que se hidroliza en agua para dar el ion bicarbonato y un ion hidroxilo :
que a su vez da ácido carbónico e hidroxilo:
Véase carbonato para conocer el equilibrio carbonato-bicarbonato-dióxido de carbono.
Las reacciones anteriores son similares a la disolución del carbonato de calcio , siendo la única diferencia la solubilidad de las dos sales. Na 2 CO 3 es aproximadamente78.000 veces más soluble que CaCO 3 , por lo que puede disolver cantidades mucho mayores de CO2-3
, elevando así el pH a valores superiores a 8,5, que está por encima del pH máximo alcanzable cuando el equilibrio entre el carbonato de calcio y el dióxido de carbono disuelto está en equilibrio en la solución del suelo.
El H 2 CO 3 ( ácido carbónico ) es inestable y produce H 2 O (agua) y CO 2 ( gas dióxido de carbono , que se escapa a la atmósfera). Esto explica la alcalinidad (o más bien basicidad ) restante en forma de hidróxido de sodio soluble y el pH alto o pOH bajo .
No todo el carbonato de sodio disuelto sufre la reacción química anterior. El carbonato de sodio restante, y de ahí la presencia de CO2-3
iones, hace que CaCO 3 (que es sólo ligeramente soluble) precipite como carbonato de calcio sólido (piedra caliza), porque el producto del CO2-3
concentración y la concentración de Ca 2+ excede el límite permitido. Por tanto, los iones calcio Ca 2+ quedan inmovilizados.
La presencia de abundantes iones Na + en la solución del suelo y la precipitación de iones Ca 2+ como mineral sólido provoca que las partículas de arcilla , que tienen cargas eléctricas negativas a lo largo de sus superficies, adsorban más Na + en la zona de adsorción difusa (DAZ, también llamado más comúnmente doble capa difusa (DDL), o doble capa eléctrica (EDL), ver la figura correspondiente) [6] y, a cambio, liberan Ca 2+ previamente adsorbido , por lo que su porcentaje de sodio intercambiable (ESP) aumenta. como se ilustra en la misma figura.
El Na + es más móvil y tiene una carga eléctrica menor que el Ca 2+ por lo que el espesor del DDL aumenta a medida que más iones de sodio lo ocupan. El espesor del DDL también está influenciado por la concentración total de iones en la humedad del suelo en el sentido de que concentraciones más altas hacen que la zona del DDL se contraiga.
Las partículas de arcilla con considerable ESP (> 16), en contacto con la humedad del suelo no salino tienen una zona DDL expandida y el suelo se hincha ( dispersión ). [6] El fenómeno provoca el deterioro de la estructura del suelo y, especialmente, la formación de costras y la compactación de la capa superior. De ahí que se reduzca la capacidad de infiltración del suelo y la disponibilidad de agua en el suelo, mientras que se incrementa el encharcamiento superficial o escorrentía superficial . La emergencia de las plántulas y la producción de cultivos se ven gravemente afectadas.
Los problemas de alcalinidad son más pronunciados en suelos arcillosos que en suelos arcillosos, limosos o arenosos. Los suelos arcillosos que contienen montmorillonita o esmectita (arcillas hinchables) están más sujetos a problemas de alcalinidad que los suelos arcillosos illita o caolinita . La razón es que los primeros tipos de arcilla tienen superficies específicas más grandes ( es decir, el área de superficie de las partículas del suelo dividida por su volumen) y una mayor capacidad de intercambio catiónico (CIC).
La calidad del agua de riego en relación con el riesgo de alcalinidad se expresa mediante los dos índices siguientes:
que no debe ser muy superior a 1 y preferiblemente inferior a 0,5.
La expresión anterior reconoce la presencia de bicarbonatos ( HCO−
3), la forma en la que se disuelven la mayoría de los carbonatos.
Al calcular el SAR y el RSC, se debe considerar la calidad del agua presente en la zona de las raíces del cultivo, lo que tomaría en cuenta el factor de lixiviación en el campo. [7] La presión parcial del CO 2 disuelto en la zona de las raíces de las plantas también determina el calcio presente en forma disuelta en el agua del campo. El USDA sigue el SAR ajustado [8] para calcular la sodicidad del agua.
Los suelos alcalinos con CaCO 3 sólido se pueden recuperar con cultivos de pasto , abono orgánico, desechos de pelo/plumas, basura orgánica, papel usado, limones/naranjas rechazados, etc. asegurando la incorporación de mucho material acidificante (material inorgánico u orgánico ) al suelo. y mejorar el Ca disuelto en el agua del campo mediante la liberación de gas CO 2 . [9] También ayuda el arado profundo y la incorporación del subsuelo calcáreo a la capa superior del suelo.
Muchas veces la migración de sales a la capa superior del suelo se produce desde fuentes de agua subterráneas en lugar de desde fuentes superficiales. [10] Cuando el nivel freático subterráneo es alto y la tierra está sujeta a una alta radiación solar, el agua subterránea rezuma a la superficie de la tierra debido a la acción capilar y se evapora dejando las sales disueltas en la capa superior del suelo. Cuando el agua subterránea contiene un alto contenido de sales, se produce un grave problema de salinidad. Este problema se puede reducir aplicando mantillo al terreno. También se recomienda el uso de casas de polietileno o redes de sombra durante el verano para cultivar hortalizas/cultivos para mitigar la salinidad del suelo y conservar el agua/humedad del suelo. Las policasas filtran la intensa radiación solar del verano en los países tropicales para salvar a las plantas del estrés hídrico y de las quemaduras de hojas.
Cuando la calidad del agua subterránea no es alcalina/salina y el nivel freático es alto, las sales acumuladas en el suelo se pueden evitar utilizando la tierra durante todo el año para plantaciones de árboles/cultivos permanentes con la ayuda de riego por elevación. Cuando el agua subterránea se utiliza con el factor de lixiviación requerido , las sales en el suelo no se acumulan.
También se recomienda arar el campo poco después de cortar el cultivo para evitar la migración de sal a la capa superior del suelo y conservar la humedad del suelo durante los intensos meses de verano. Esto se hace para romper los poros capilares del suelo y evitar que el agua llegue a la superficie del suelo.
Los suelos arcillosos en áreas con alta precipitación anual (más de 100 cm) generalmente no sufren de alta alcalinidad ya que la escorrentía del agua de lluvia puede reducir/lixiviar las sales del suelo a niveles cómodos si se siguen métodos adecuados de recolección de agua de lluvia . En algunas zonas agrícolas se utiliza el uso de "líneas de tejas" subterráneas para facilitar el drenaje y la lixiviación de sales. El riego por goteo continuo conduciría a la formación de suelos alcalinos en ausencia de agua de lixiviación/drenaje del campo.
También es posible recuperar suelos alcalinos añadiendo minerales acidificantes como pirita o alumbre o sulfato de aluminio , más baratos .
Alternativamente, yeso ( sulfato de calcio , CaSO
4· 2H
2O ) también se puede aplicar como fuente de iones Ca 2+ para reemplazar el sodio en el complejo de intercambio. [9] El yeso también reacciona con el carbonato de sodio para convertirse en sulfato de sodio , que es una sal neutra y no contribuye a un pH alto. Debe haber suficiente drenaje natural hacia el subsuelo, o bien debe haber un sistema de drenaje subsuperficial artificial, para permitir la lixiviación del exceso de sodio mediante la filtración de agua de lluvia y/o riego a través del perfil del suelo .
El cloruro de calcio también se utiliza para recuperar suelos alcalinos. CaCl 2 convierte Na 2 CO 3 en NaCl precipitando CaCO 3 . El NaCl se drena mediante agua de lixiviación. El nitrato de calcio tiene un efecto similar, con NaNO 3 en el lixiviado. El ácido gastado (HCl, H 2 SO 4 , etc.) también se puede utilizar para reducir el exceso de Na 2 CO 3 en el suelo/agua.
Cuando la urea se pone a disposición de los agricultores a bajo precio, también se utiliza principalmente para reducir la alcalinidad/salinidad del suelo. [11] El amonio ( NH+
4) catión producido por hidrólisis de urea , que es un catión fuertemente absorbente que se intercambia con el catión Na + , que absorbe débilmente , de la estructura del suelo y el Na + se libera al agua. Así, los suelos alcalinos adsorben/consumen más urea en comparación con otros suelos.
Para recuperar completamente los suelos se necesitan dosis prohibitivamente altas de enmiendas. Por lo tanto, la mayoría de los esfuerzos se dirigen a mejorar únicamente la capa superior (por ejemplo, los primeros 10 cm del suelo), ya que la capa superior es más sensible al deterioro de la estructura del suelo . [9] Sin embargo, los tratamientos deben repetirse dentro de unos pocos años (digamos 5). Los árboles/plantas siguen el gravitropismo . Es difícil sobrevivir en suelos alcalinos para los árboles con un sistema de raíces más profundo , que puede alcanzar más de 60 metros de profundidad en buenos suelos no alcalinos.
Será importante abstenerse de regar (aguas subterráneas o superficiales) con agua de mala calidad. En viticultura, se ha sugerido agregar agentes quelantes naturales, como el ácido tartárico, al agua de riego para solubilizar los carbonatos de calcio y magnesio en suelos sódicos. [12]
Una forma de reducir el carbonato de sodio es cultivar plantas de glasswort , saltwort o barilla . [13] Estas plantas secuestran el carbonato de sodio que absorben del suelo alcalino en sus tejidos. Las cenizas de estas plantas contienen una buena cantidad de carbonato de sodio que puede extraerse comercialmente y usarse en lugar del carbonato de sodio derivado de la sal común, que es un proceso que consume mucha energía. Así, el deterioro de las tierras alcalinas se puede frenar cultivando plantas de barilla que pueden servir como fuente de alimento, combustible de biomasa y materia prima para carbonato de sodio y potasa , etc.
Los suelos salinos son en su mayoría también sódicos (la sal predominante es el cloruro de sodio ), pero no tienen un pH muy alto ni una mala tasa de infiltración. Tras la lixiviación, normalmente no se convierten en un suelo alcalino (sódico) ya que los iones Na + se eliminan fácilmente. Por lo tanto, los suelos salinos (sódicos) en su mayoría no necesitan aplicaciones de yeso para su recuperación. [14]
Desde la década de 1990, se han llevado a cabo investigaciones y experimentos en China y otros lugares para la remediación y utilización de tierras alcalinas mediante prácticas combinadas de agricultura y acuicultura, con considerable éxito y experiencia. [15] [16] [17] La tecnología de acuicultura que utiliza agua salina y alcalina continental para la producción de productos del mar está madurando y abarca una amplia gama de especies de productos del mar, incluidos camarones, cangrejos, mariscos y peces como la lubina y el mero. [18] [19]
En los últimos años, el Ministerio de Agricultura y Asuntos Rurales de China ha recomendado la acuicultura (o acuicultura en tierras salino-álcalis ) como un modelo exitoso para la transformación y utilización de tierras salino-álcalis. [15] [20] [21] [16] La FAO señaló en un boletín reciente que las tierras alcalinas son un área en la que existen formas y oportunidades innovadoras para que la acuicultura se expanda. [22]