Química y Manejo de Suelos
Salinidad del Suelo
6. ¿Cuáles son los factores que producen salinidad en el suelo?
Los principales factores que contribuyen a la salinización del suelo son:
- Meteorización de rocas y material parental.
- Nivel freático alto y alta demanda por evapotranspiración.
- Exposición a brisa marina o intrusiones de agua marina en aguas subterráneas.
- Mala calidad del agua de riego (alto contenido de sales); mal manejo del riego sumado a un mal drenaje.
- Aplicaciones excesivas de sales en fertilizantes, compost y enmiendas.
7. En base a su respuesta anterior, ¿dónde espera encontrar suelos salinos en Chile?
Se espera encontrar suelos salinos en zonas áridas o semiáridas donde las precipitaciones anuales sean menores a 100 mm y exista una alta demanda evapotranspirativa. Esto podría ocurrir, geográficamente, desde la Región Metropolitana al norte.
9. ¿Cuál será la relación de lavado que necesitará un agricultor para tratar un suelo de conductividad eléctrica igual a 6 dS/m, si el agua de riego tiene una conductividad eléctrica de 1.2 dS/m? [Considere una conductividad eléctrica objetivo de 3.5 dS/m]
La fórmula para la relación de lavado ($RL$) es:
$$RL = \frac{CE_{riego}}{5 \times (CE_{umbral} – CE_{riego})} \times 100$$
Sustituyendo los valores:
$$RL = \frac{1,2}{5 \times (3,5 – 1,2)} \times 100$$
$$RL = \frac{1,2}{5 \times 2,3} \times 100$$
$$RL = \frac{1,2}{11,5} \times 100$$
La relación de lavado necesaria es de 10,4%.
Suelos Calcáreos
1. ¿Qué es un suelo calcáreo?
Son suelos con un contenido de $CaCO_3$ (carbonato de calcio) mayor al 1%.
2. ¿En qué parte de Chile espera encontrar suelos calcáreos?
En zonas áridas o semiáridas donde las precipitaciones anuales sean menores a 100 mm. Generalmente, de la Región Metropolitana al norte.
4. ¿Cuánto azufre se requiere para acidificar un suelo de pH 7,3 a pH 6,5 que no tiene carbonatos libres? [El suelo presenta una CIC de 18 cmol(+)/kg. Utilice la Figura 1]
El cambio en la saturación de bases (SB) es de, aproximadamente, 90% a 75%. Esto significa acidificar (quitar las bases) el equivalente a:
$$18 \text{ cmol}(+)/\text{kg} \times 0,15 = 2,7 \text{ cmol}(+)/\text{kg}$$
El azufre tiene un peso equivalente de 16 g/mol(+). El cálculo de la dosis de azufre ($S$) por hectárea es:
$$\text{Dosis } S = 2,7 \frac{\text{cmol}(+)}{\text{kg suelo}} \times 16 \frac{\text{g } S}{\text{mol}(+)} \times \frac{\text{mol}(+)}{100 \text{ cmol}(+)} \times \frac{100 \text{ m} \times 100 \text{ m} \times 0,2 \text{ m} \times 1,2 \frac{\text{Mg}}{\text{m}^3}}{\text{ha}} \times \frac{1000 \text{ kg}}{1 \text{ Mg}} \times \frac{1 \text{ Mg } S}{10^6 \text{ g } S}$$
$$\text{Dosis } S = \textbf{1,04 Mg S ha}^{-1}$$
5. Para el mismo suelo de la pregunta 4, ¿cuánto azufre necesitaría si el suelo presenta un 2,3% de carbonato libre? ¿Cuál sería el costo? [Considere un precio de $28.800 por saco de azufre de 25 kg]
Al valor anterior (1,04 Mg S ha⁻¹), habría que agregar la neutralización de los carbonatos. Considerando la misma profundidad (0,2 m). El peso equivalente del $CaCO_3$ es de 50 g/mol(+).
$$\text{S requerido para } CaCO_3 = (100 \text{ m} \times 100 \text{ m} \times 0,2 \text{ m} \times 1,2 \frac{\text{Mg}}{\text{m}^3}) \times 0,023 \times \frac{1 \text{ mol}(+)}{50 \text{ g}} \times \frac{10^6 \text{ g } CaCO_3}{1 \text{ Mg } CaCO_3} \times \frac{16 \text{ g } S}{1 \text{ mol}(+)} \times \frac{1 \text{ Mg } S}{10^6 \text{ g } S}$$
$$\text{S requerido para } CaCO_3 = \textbf{17,7 Mg S ha}^{-1}$$
El azufre total requerido es: $1,04 + 17,7 = 18,74 \text{ Mg S ha}^{-1}$.
El costo por tonelada de azufre es: $28.800 / 25 \text{ kg} \times 1000 \text{ kg/tonelada} = 1.152.000 \text{ pesos/tonelada}$.
El costo total sería: $18,74 \text{ Mg S ha}^{-1} \times 1.152.000 \text{ pesos/Mg} = \textbf{$21.588.480}$ (Nota: El cálculo original en el texto es correcto, asumiendo que 1 Mg = 1 tonelada).
Nitrógeno en el Suelo y la Planta
Cuando la planta absorbe nitrato ($NO_3^-$), libera hidroxilo ($OH^-$) para mantener el equilibrio de cargas.
La demanda de nitrógeno corresponde a la cantidad de N requerida por el cultivo para producir el Rendimiento Esperado (RE). El RE corresponde al rendimiento físico total. En su estimación deben considerarse:
- Potencial productivo varietal local.
- Tipo de cultivo, época y densidad de plantación.
- Número de temporadas de cosecha de la plantación y factores de manejo.
¿Cuáles son las principales funciones del nitrógeno en las plantas? ¿Cómo se relacionan con los síntomas visuales de deficiencia?
El N forma parte de los aminoácidos que son subsecuentemente utilizados en la formación de proteínas y ácidos nucleicos. Se encuentra en compuestos de transferencia energética (NADH, ATP y ADP). Además, existe una molécula de N en cada anillo pirrólico de la molécula de clorofila. Por lo tanto, las deficiencias de nitrógeno se manifiestan con un crecimiento disminuido y una menor intensidad de coloración (clorosis).
Describa la relación C:N. ¿Qué efecto tiene en la mineralización de nitrógeno?
El suelo tiene una relación C:N cercana a 8:1 (su contenido de carbono es ocho veces el de nitrógeno). Al agregar una enmienda orgánica con una alta relación C:N, aumenta el carbono, lo cual obliga a que una parte del nitrógeno disponible deba inmovilizarse durante la digestión de la enmienda por parte de los microorganismos. Este fenómeno se conoce como hambre de nitrógeno y se puede evitar aplicando fertilizantes nitrogenados para favorecer la digestión de la materia orgánica sin inmovilizar el nitrógeno disponible.
2. ¿Por qué el laboreo constante del suelo causa una descomposición rápida de la materia orgánica? ¿Cómo influye esto en la disponibilidad de nitrógeno en el corto y en el largo plazo?
El laboreo del suelo aumenta la oxigenación y, por lo tanto, la descomposición aeróbica de la materia orgánica.
- Corto plazo: El laboreo aumenta el contenido de nitrógeno disponible, ya que se ven favorecidos los procesos de mineralización.
- Largo plazo: El contenido de materia orgánica del suelo se verá reducido. Por lo tanto, con cada nuevo laboreo, el suelo será capaz de mineralizar una menor cantidad de nitrógeno orgánico. Como resultado, se obtiene un suelo pobre en materia orgánica y de baja fertilidad inherente.
3. Como idea general, ¿es una buena práctica aplicar fertilizantes con base de nitrato en otoño para cultivos que se cosechan a finales de primavera? ¿Por qué?
No. Es una mala idea porque durante el invierno llueve y el nitrato ($NO_3^-$), que es altamente móvil, será desplazado por el agua de lluvia más allá de la zona de raíces (lixiviación).
4. ¿Qué manejos en el uso de urea recomendaría para minimizar la volatilización de NH₃?
La urea mineralizada por el suelo puede volatilizarse como amoníaco ($NH_3$). Esto varía enormemente de acuerdo al pH del suelo. En suelos de pH > 7,5, la volatilización que puede producirse es muy alta. Por lo tanto, debe evitarse el uso de urea en suelos de pH alcalino. Lo mismo ocurre para suelos con alta saturación de bases, ya que el amonio ($NH_4^+$) quedará en la solución y podrá volatilizarse.
Indique cuáles son las fuentes fertilizantes más comunes para nitrógeno, indicando si su reacción es ácida, alcalina o neutra.
Todos los fertilizantes de base amoniacal tendrán una reacción ácida, mientras que aquellos de base nítrica tendrán una reacción alcalina.
Fertilizantes de Reacción Ácida (Base Amoniacal):
- Urea
- Nitrato de amonio
- Sulfato de amonio
- Fosfato de amonio
- Cloruro de amonio
- Bicarbonato de amonio
Fertilizantes de Reacción Alcalina (Base Nítrica):
- Nitrato de calcio
- Nitrato de potasio
- Nitrato de sodio
9. Calcule la dosis de N (kg N/ha) para un cultivo de trigo (RE=70 qqm base peso fresco/ha), donde el historial de uso del suelo corresponde a una sucesión de cultivos de rendimiento bajo (suministro neto de nitrógeno = 60 kg N/ha). Parámetros para la estimación de la demanda de N de trigo: H= 0.15; IC=0,42; RIN = 1,2% (0,012 kg N/kg MST). Asuma una eficiencia de uso del nitrógeno de un 65% (EFN).
Calculamos la demanda bruta de N:
$$\text{Demanda } (\frac{\text{kg } N}{\text{ha}}) = 7000 \frac{\text{kg Espigas}}{\text{ha}} \times (1-0.15) \times \frac{1,2 \text{ kg de } N}{100 \text{ kg de Trigo}} \times \frac{1 \text{ kg Trigo}}{0,46 \text{ kg Espigas}}$$
$$\text{Demanda } = \textbf{155 kg N/ha}$$
Dosis a aplicar: $(\text{Demanda} – \text{Suministro}) / EFN = (155 – 60) / 0,65 = 95 / 0,65 = 146,15 \text{ kg N/ha}$.
Calcule la dosis de N (kg N/ha) para un cultivo de lenteja (RE= 2000 kg/ha grano, base peso fresco), donde el historial de uso del suelo corresponde a una sucesión de cultivos de rendimiento bajo (suministro neto de nitrógeno = 40 kg N/ha). Parámetros para la estimación de la demanda de N de lenteja: H= 0,15; IC=0,37; RIN = 2,5% (0,025 kg N/kg MST). Asuma una eficiencia de uso del nitrógeno de un 50% (EFN), una fijación potencial de N igual a 75% de la demanda bruta de N y una eficiencia de fijación del 50%.
Calculamos la demanda bruta de N:
$$\text{Demanda } = \frac{2000 \times (1-0,15) \times 0,025}{0,37} = \textbf{115 kg N/ha}$$
Ahora, la fijación potencial corresponde al 75% del valor anterior: $115 \times 0,75 \approx 86,25 \text{ kg N/ha}$.
La fijación real (eficiencia de fijación del 50%) corresponde a: $86,25 \times 0,50 \approx 43 \text{ kg N/ha}$.
El suministro total de N es la suma del aporte del cultivo anterior y la fijación: $40 \text{ kg N/ha} + 43 \text{ kg N/ha} = 83 \text{ kg N/ha}$.
La diferencia que debemos aplicar (N requerido) es: $115 – 83 = 32 \text{ kg N/ha}$.
Considerando la eficiencia de uso de nitrógeno indicada (50%), la dosis a aplicar es: $32 / 0,5 = \textbf{64 kg N/ha}$ (aproximadamente 65 kg N/ha, como indica el cálculo original).
Suelos Ácidos
1. Si una solución tiene una molaridad de $10^{-5.2} M H^+$, ¿cuál es su pH?
La fórmula de pH es: $pH = -log[H^+]$.
$$pH = -log(10^{-5.2}) = \textbf{5.2}$$
2. ¿Cuáles son las principales fuentes de acidez de los suelos?
- Lluvia y percolación.
- Extracción de bases por los cultivos.
- Descomposición de la materia orgánica.
- Sitios de intercambio mineral (acidez potencial).
- Disolución y precipitación de sales solubles (acidez potencial).
- Aplicación de fertilizantes.
3. ¿Cuál es la diferencia entre la acidez potencial y activa?
La acidez activa es la concentración de $H^+$ en la solución del suelo y puede ser medida directamente con un electrodo de pH. La acidez potencial corresponde a la capacidad buffer o tampón del suelo de liberar $H^+$ (principalmente desde el aluminio y los sitios de intercambio) para mantener un determinado pH.
4. ¿Cómo se ve afectado el pH de los suelos por la aplicación de fertilizantes? Anote algunas reacciones como ejemplo.
Los fertilizantes pueden tener reacciones ácidas o básicas en el suelo. La reacción del nitrato de amonio, por ejemplo, es ácida (añade o libera $H^+$ a la solución suelo), mientras que la reacción del nitrato de potasio es básica (neutraliza $H^+$ o libera $OH^-$).
Reacción del nitrato de amonio (acidificante):
$$NH_4NO_3 + 2O_2 \rightarrow 2H^+ + 2NO_3^- + H_2O$$
5. ¿Para qué sirve una curva de encalado?
Sirve para determinar la cantidad de $CaCO_3$ equivalentes que serán necesarios para neutralizar la acidez potencial del suelo y llevarlo hasta cierto valor de pH objetivo.
6. ¿Qué sucede en el suelo al agregar una enmienda calcárea? Describa, paso a paso, la reacción. Use palabras y también ecuaciones.
Una enmienda calcárea aportará un catión, como calcio ($Ca^{2+}$) o magnesio ($Mg^{2+}$), para desplazar el aluminio ($Al^{3+}$) de los sitios de intercambio. Además, tendrá un anión complementario (generalmente $CO_3^{2-}$) que permitirá neutralizar los protones ($H^+$) que se produzcan al precipitar el aluminio (como hidróxido) presente en la solución suelo. La reacción, paso a paso, es:
- Desplazamiento del Aluminio: El catión de la enmienda desplaza el aluminio de los sitios de intercambio catiónico (CIC).
$$CIC-Al^{3+} + 3Ca^{2+} \leftrightarrow CIC-Ca^{2+} + 2Al^{3+}$$ - Precipitación del Aluminio: El aluminio liberado reacciona con el agua, liberando protones ($H^+$) y precipitando como hidróxido de aluminio.
$$2Al^{3+} + 6H_2O \leftrightarrow 2Al(OH)_3 + 6H^+$$ - Neutralización de Protones: El anión carbonato de la enmienda neutraliza los protones liberados, formando agua y dióxido de carbono.
$$3CO_3^{2-} + 6H^+ \leftrightarrow 3CO_2 + 3H_2O$$
7. ¿Qué problemas nutricionales espera encontrar en un suelo de pH 5,3?
En un suelo con pH 5,3 se esperan los siguientes problemas:
- Deficiencia de nitrógeno.
- Toxicidad por aluminio y manganeso.
- Posibles deficiencias de cationes (Ca, Mg, K) y fósforo (debido a la fijación).
10. Cuando llega a COPEVAL no queda hidróxido de calcio, solo hidróxido de magnesio por $12.380 el saco o Soprocal (CaCO₃) a $6.490 el saco. Ambas chancadas finas (mesh > 100) y un 8% de humedad. En base al precio, ¿qué recomendaría usted?
Se debe calcular el costo de cada uno realizando la misma ecuación anterior, pero modificando el valor del CCE (Capacidad de Carbonato Equivalente) y la eficiencia (la eficiencia por granulometría será del 100%, dado que es chancado fino).
Cálculo de dosis requerida (Mg/ha):
$$\text{Dosis } Mg(OH)_2 = \frac{0,75 \text{ Mg } CaCO_3 \text{ ha}^{-1}}{(1,72 \times 0,92 \times 1,0)} = \textbf{0,47 Mg } Mg(OH)_2 \text{ ha}^{-1}$$
$$\text{Dosis } CaCO_3 = \frac{0,75 \text{ Mg } CaCO_3 \text{ ha}^{-1}}{(1,00 \times 0,92 \times 1,0)} = \textbf{0,81 Mg } CaCO_3 \text{ ha}^{-1}$$
Cálculo del costo por tonelada (Mg):
Considerando que un saco es de 25 kg, tenemos el costo por tonelada de cada producto:
$$\text{Costo } Mg(OH)_2 = \frac{12.380 \text{ pesos}}{\text{saco}} \times \frac{\text{saco}}{25 \text{ kg}} \times \frac{1000 \text{ kg}}{1 \text{ ton}} = \textbf{495.200 pesos/tonelada}$$
$$\text{Costo } CaCO_3 = \frac{6.490 \text{ pesos}}{\text{saco}} \times \frac{\text{saco}}{25 \text{ kg}} \times \frac{1000 \text{ kg}}{1 \text{ ton}} = \textbf{259.600 pesos/tonelada}$$
Costo total de aplicación por hectárea:
- $CaCO_3$ (Soprocal): $0,81 \text{ Mg } CaCO_3 \text{ ha}^{-1} \times $259.600 = $210.276
- $Mg(OH)_2$: $0,47 \text{ Mg } Mg(OH)_2 \text{ ha}^{-1} \times $495.200 = $232.744
Finalmente, en base al costo de la aplicación, se recomienda la compra de Soprocal ($CaCO_3$), ya que resulta más económico por hectárea.