Métodos Fundamentales para la Caracterización de Suelos: Propiedades Físicas y Químicas

Prácticas de Laboratorio para la Caracterización de Suelos

Práctica 1: Preparación de la Muestra y Determinación del Porcentaje de Fragmentos Gruesos

Objetivo:

Obtener una muestra representativa de suelo para su posterior estudio y separar los fragmentos gruesos (partículas > 2 mm) de la tierra fina.

Procedimiento Clave:

• Muestreo: Recoger una muestra representativa del horizonte (normalmente el horizonte A) del suelo.
• Secado: Secar la muestra al aire para evitar alteraciones en sus propiedades.
• Cuarteo: Reducir el tamaño de la muestra mediante cuarteo sucesivo hasta obtener una cantidad manejable (aprox. 500 g).
• Tamizado: Pasar la muestra seca por un tamiz de 2 mm.
• Pesado: Pesar los fragmentos gruesos (PFG) y la tierra fina (PTF) por separado.

Cálculos Importantes:

• % FG (Porcentaje de fragmentos gruesos) = (PFG / (PFG + PTF)) * 100
• % TF (Porcentaje de tierra fina) = (PTF / (PFG + PTF)) * 100

Importancia:

Los fragmentos gruesos no contribuyen directamente a la fertilidad ni a la retención de agua, pero su presencia afecta la densidad aparente y la porosidad del suelo. La tierra fina, por su parte, es la fracción activa del suelo donde ocurren la mayoría de los procesos físico-químicos y biológicos esenciales para la vida vegetal.

Práctica 2: Determinación del Contenido de Humedad de la Muestra

Objetivo:

Determinar la cantidad de agua presente en la muestra de suelo secada al aire.

Procedimiento Clave:

• Pesado Inicial (P1): Pesar una cápsula de porcelana vacía y limpia.
• Pesado con Muestra Húmeda (P2): Añadir una porción de la muestra de suelo secada al aire a la cápsula y pesar el conjunto.
• Secado en Estufa: Colocar la cápsula con la muestra en una estufa a 105°C hasta peso constante (normalmente 24 horas). Este proceso elimina el agua higroscópica.
• Pesado Final (P3): Pesar la cápsula con la muestra de suelo seca.

Cálculos Importantes:

• Peso de la muestra de suelo seca (PMS) = P3 – P1
• Peso del agua (PA) = P2 – P3
• % w (humedad gravimétrica) = (PA / PMS) * 100

Importancia:

El contenido de humedad indica la cantidad de agua presente en el suelo. Es crucial para el crecimiento de las plantas y para la interpretación de otros análisis, dado que muchas propiedades se expresan en relación con la masa de suelo seca.

Práctica 3: Determinación de la Densidad Aparente (da), la Densidad Real (dr) y la Porosidad (%)

Objetivo:

Determinar las densidades del suelo y calcular su porosidad, que son indicadores clave de la compactación, aireación y movimiento de agua.

Procedimiento Clave:

Densidad Aparente (da) – Método de la Probeta (aproximado):

• Verter un volumen conocido de tierra fina (V₁) en una probeta graduada.
• Registrar el volumen (V₂) tras una compactación suave.
• Calcular la densidad aparente como: Peso del suelo seco / Volumen aparente del suelo.

Densidad Real (dr) – Método del Picnómetro:

• Pesar el picnómetro vacío y seco.
• Añadir una cantidad conocida de suelo seco (<2 mm) y pesar el conjunto.
• Añadir agua destilada al picnómetro hasta enrasar y pesar el conjunto.
• Pesar el picnómetro solo con agua destilada.
• Realizar los cálculos basados en las masas de suelo y agua, y la densidad del agua.

Cálculos Importantes:

• da (g/cm³) = Peso de la muestra seca / Volumen aparente de la muestra (considerando el volumen real ocupado por las partículas y los poros).
• dr (g/cm³) = Masa de las partículas sólidas / Volumen de las partículas sólidas (excluyendo el volumen de los poros).
• % P (Porosidad) = (1 – (da / dr)) * 100

Importancia:

• Densidad Aparente (da): Indica el grado de compactación del suelo. Valores altos sugieren un suelo compactado, lo que dificulta el crecimiento de raíces, la infiltración de agua y la aireación.
• Densidad Real (dr): Es la densidad de las partículas sólidas del suelo, independientemente de los poros. Es relativamente constante para la mayoría de los suelos minerales (aproximadamente 2.65 g/cm³).
• Porosidad: El porcentaje del volumen del suelo ocupado por poros (aire y agua). Una alta porosidad (>50%) es ideal para el crecimiento de las plantas, ya que asegura una buena aireación y una óptima capacidad de retención de agua.

Práctica 4: Determinación de la Capacidad de Campo (CC)

Objetivo:

Estimar la cantidad máxima de agua que un suelo puede retener contra la fuerza de la gravedad después de un drenaje libre, lo que representa el agua disponible para las plantas.

Procedimiento Clave (Método de la Probeta – aproximado):

• Medir el volumen de la muestra de suelo seca.
• Añadir agua a la muestra hasta que el suelo esté saturado y drene libremente (observar que el agua se infiltre sin estancarse).
• Registrar el volumen de agua retenida en el suelo una vez que el drenaje cese o se vuelva muy lento.
• Calcular el porcentaje de agua retenida con respecto al peso seco del suelo.

Cálculos Importantes:

• % Hw (Humedad gravimétrica) = (Peso del agua retenida / Peso del suelo seco) * 100

Importancia:

La Capacidad de Campo es una medida clave de la capacidad de retención de agua del suelo. Un suelo con buena CC proporciona un suministro adecuado de agua para las plantas entre eventos de riego o lluvia. La textura del suelo influye significativamente en la CC (las arcillas retienen más agua que las arenas).

Práctica 5: Determinación del pH del Suelo

Objetivo:

Medir la acidez, neutralidad o alcalinidad del suelo, un factor crítico que afecta la disponibilidad de nutrientes para las plantas y la actividad microbiana.

Procedimiento Clave:

• Preparar una suspensión de suelo:agua en una relación 1:2.5 (por ejemplo, 10 g de suelo y 25 mL de agua destilada).
• Agitar la suspensión y dejar reposar para que se asienten las partículas.
• Medir el pH con un potenciómetro (pH-metro) calibrado, sumergiendo el electrodo en la fase líquida de la suspensión.
• Preparar una suspensión de suelo:KCl 1M en una relación 1:2.5.
• Proceder de la misma manera que para la determinación del pH en agua.

Cálculos/Interpretación:

• El pH se mide directamente.
• La diferencia entre pH en agua y pH en KCl (ΔpH = pH_H2O – pH_KCl) indica la reserva de acidez o alcalinidad del suelo.
• Si pH_H2O > pH_KCl, el suelo tiene cargas negativas y puede retener cationes (suelos ácidos o neutros).
• Si pH_H2O ≈ pH_KCl, el suelo tiene pocas cargas o está tamponado (suelos alcalinos con carbonatos).

Importancia:

El pH del suelo controla la solubilidad y disponibilidad de la mayoría de los nutrientes. La mayoría de los cultivos prosperan en un rango de pH entre 6.0 y 7.5. Valores extremos (muy ácidos o muy alcalinos) pueden causar deficiencias o toxicidades de nutrientes.

Práctica 6: Determinación de la Conductividad Eléctrica (CE) y Carbonatos Totales

Objetivo:

Determinar la concentración de sales solubles en el suelo (CE) y la presencia de carbonatos, que influyen en la salinidad, la alcalinidad y el estado de agregación.

Procedimiento Clave:

Conductividad Eléctrica (CE):

• Preparar un extracto de saturación: añadir agua destilada a la muestra de suelo hasta obtener una pasta saturada (brillante y maleable).
• Dejar reposar 24 horas y luego filtrar para obtener el extracto.
• Medir la CE del extracto con un conductímetro calibrado.
• Expresar el resultado en dS/m a 25°C.

Carbonatos Totales (Método Volumétrico de Bernard – aproximado):

• Se basa en la reacción de los carbonatos con ácido clorhídrico (HCl) para liberar CO₂.
• Observación de la reacción al añadir HCl diluido a una pequeña cantidad de suelo (visual y auditiva: efervescencia).
• Escala de efervescencia para estimar el contenido: nula, muy poca, poca, media, mucha, muy abundante.

Cálculos/Interpretación:

CE:

• < 2 dS/m: Suelo no salino (ideal para la mayoría de cultivos).
• 2-4 dS/m: Ligeramente salino (algunos cultivos sensibles pueden afectarse).
• > 4 dS/m: Salino (afecta el crecimiento de la mayoría de las plantas).

Carbonatos:

• La intensidad de la efervescencia indica el porcentaje aproximado de carbonato cálcico equivalente.
• La presencia de carbonatos tampona el pH del suelo, manteniéndolo en un rango alcalino.

Importancia:

• CE: Indica la salinidad del suelo. Una alta salinidad puede reducir la capacidad de las plantas para absorber agua y nutrientes, afectando negativamente su crecimiento.
• Carbonatos: Son importantes reguladores del pH en suelos alcalinos. También pueden influir en la estabilidad de los agregados y en la disponibilidad de algunos micronutrientes (por ejemplo, el hierro).

Práctica 7: Determinación de la Materia Orgánica y Carbono Orgánico

Objetivo:

Cuantificar la cantidad de materia orgánica y carbono orgánico en el suelo, componentes cruciales para la fertilidad, estructura y actividad biológica.

Procedimiento Clave (Método de Walkley-Black – basado en la oxidación):

• Se oxidan los compuestos orgánicos del suelo con un agente oxidante fuerte (dicromato potásico en medio de ácido sulfúrico).
• El exceso de dicromato se valora con una solución de sulfato ferroso amónico.
• La cantidad de dicromato consumido es proporcional al carbono orgánico presente en la muestra.

Cálculos Importantes:

• % C Orgánico = (mL Fe(NH₄)₂(SO₄)₂ gastados en blanco – mL Fe(NH₄)₂(SO₄)₂ gastados en muestra) * Factor
• % Materia Orgánica (MO) = % C Orgánico * 1.724 (factor de van Bemmelen, asumiendo que la MO contiene aproximadamente 58% de C).

Importancia:

La materia orgánica es vital para la salud del suelo. Sus beneficios incluyen:

• Mejora de la estructura (agregación).
• Aumento de la capacidad de retención de agua.
• Incremento de la capacidad de intercambio catiónico (CIC).
• Provisión de nutrientes (N, P, S) a las plantas a medida que se descompone.
• Estimulación de la actividad microbiana.

Práctica 8: Determinación del Fósforo Asimilable

Objetivo:

Medir la cantidad de fósforo disponible para las plantas, ya que el fósforo total en el suelo no siempre es accesible.

Procedimiento Clave (Método de Olsen para suelos alcalinos/neutros, o Bray para suelos ácidos):

Método de Olsen (común para el suelo de Logroño):

• Extraer el fósforo asimilable utilizando una solución extractora específica (bicarbonato sódico 0.5 M a pH 8.5).
• Filtrar el extracto.
• Desarrollar color en el extracto mediante una reacción colorimétrica (reacción molibdovanadato o azul de molibdeno) que forma un complejo coloreado.
• Medir la intensidad del color con un espectrofotómetro, comparando con una curva de calibración de patrones de fósforo.

Cálculos/Interpretación:

• Los resultados se expresan en mg/kg (o µg/g) de P asimilable.
• Se comparan con tablas de interpretación de niveles de fertilidad (bajo, medio, alto) específicas para cada método y tipo de suelo.

Importancia:

El fósforo es un macronutriente esencial para el desarrollo de las raíces, la floración y la fructificación. Su disponibilidad en el suelo es muy sensible al pH; en pH extremos tiende a ser menos asimilable.

Conceptos Clave y Consideraciones Adicionales en Edafología

Carbonatos Activos y su Impacto en el Suelo

Los carbonatos activos son partículas finas de carbonatos que, debido a su alta reactividad química, pueden influir en el pH del suelo y, consecuentemente, en la disponibilidad de nutrientes para las plantas, afectando su desarrollo.

Tipos de Roca

• Rocas Ígneas: Son aquellas que se han formado por solidificación del magma. Se clasifican en:
  • Plutónicas: Si se forman en el interior de la Tierra.
  • Volcánicas: Si lo hacen en el exterior.
• Rocas Metamórficas: Se forman a partir de otras rocas que han estado sometidas a ambientes energéticos diferentes a los de su formación original (altas presiones y/o temperaturas).
• Rocas Sedimentarias: Proceden de la destrucción de otras rocas, dando lugar a productos de meteorización que se acumulan lejos de la zona de origen.

Arcilla Mineralógica

Hace referencia a la composición química de las arcillas. Son silicatos de aluminio hidratados, que generalmente se encuentran en el grupo de los filosilicatos. Estos son silicatos laminares constituidos por la unión de capas tetraédricas y octaédricas. Estas láminas se unen entre sí formando partículas con forma de escama microscópica y poseen carga negativa, la cual se neutraliza uniéndose con cationes.

Factores de Formación del Humus

• Tipo de vegetación
• Naturaleza del material mineral
• Riqueza o deficiencia de bases
• Condiciones climáticas

Formas del Fósforo en el Suelo

• Fosfato Asimilable: Es el que puede ser absorbido directamente por las plantas, encontrándose en la solución del suelo.
• Fosfato Adsorbido: Es el fósforo que se ha añadido al suelo en forma soluble pero no permanece como tal durante mucho tiempo, pasando a formas insolubles fijadas a distintas partículas del suelo.
• Fosfato Inorgánico de Calcio, Hierro y Aluminio: Están disponibles para las plantas en pequeñas cantidades y pasan rápidamente a formas insolubles.
• Fósforo Orgánico: Experimenta ciclos de mineralización e inmovilización. La velocidad de estos fenómenos es igual y varía con la naturaleza de la materia orgánica.

Densidad Aparente y Textura del Suelo: Una Explicación

La porosidad del suelo tiende a aumentar desde los suelos arcillosos hacia los francos y, finalmente, los arenosos. Un suelo arcilloso, con un alto porcentaje de arcilla y poros pequeños, presentará una mayor compactación y, por lo tanto, menor porosidad y mayor densidad aparente. En contraste, en el suelo arenoso, los poros son grandes, lo que resulta en un mayor volumen de poros y, consecuentemente, una menor densidad aparente. El suelo franco se considera la mejor opción, ya que posee una porosidad adecuada que permite una perfecta retención de agua y nutrientes, optimizando el desarrollo vegetal.

Efectos de los Carbonatos en el Suelo

Acciones Positivas:

• Mejora de la estructura del suelo.
• Estimulación de la actividad de los microorganismos.

Problemas por Exceso de Carbonatos en la Nutrición Vegetal:

Un exceso de carbonatos puede ocasionar diversos problemas que afectan la nutrición de las plantas, entre ellos:

• Pueden causar antagonismos con otros nutrientes.
• Pueden bloquear las formas solubles de micronutrientes esenciales como el hierro (Fe), manganeso (Mn), zinc (Zn) y cobre (Cu), dando lugar a enfermedades carenciales.
• Pueden provocar la retrogradación del fósforo a formas insolubles, reduciendo su disponibilidad para las plantas.

Consideraciones en la Determinación de Carbono Orgánico (Método Walkley-Black)

En la determinación de carbono orgánico, se agrega 1 mL de indicador (difenilamina) y se valora con una disolución de Sal de Mohr 0.5N.

Pregunta 1: Si nada más echar K₂Cr₂O₇ y H₂SO₄ 1N la solución vira a verde, ¿qué ha ocurrido?

Si la solución vira a verde inmediatamente después de añadir el dicromato potásico (K₂Cr₂O₇) y el ácido sulfúrico (H₂SO₄), significa que todo el dicromato se ha reducido. Esto indica que la cantidad de materia orgánica en la muestra es muy alta y ha consumido todo el agente oxidante. Para obtener un resultado preciso, es necesario repetir el análisis utilizando una menor cantidad de muestra.

Pregunta 2: ¿Por qué razón se gastan volúmenes de Sal de Mohr diferentes al valorar la muestra y el blanco?

Se gastan volúmenes diferentes de Sal de Mohr porque el blanco se realiza con agua destilada en lugar de muestra de suelo. El agua destilada no contiene materia orgánica oxidable o, si la tiene, es en cantidades insignificantes. Por lo tanto, en el blanco, se consume menos dicromato potásico (ya que no hay carbono orgánico que oxidar), lo que a su vez requiere un menor volumen de la disolución valorante (Sal de Mohr) para reaccionar con el dicromato no consumido. La diferencia entre el volumen gastado en el blanco y en la muestra es directamente proporcional a la cantidad de carbono orgánico presente en la muestra de suelo.