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AGRO 4037 –Fertilidad de Suelos y Abonos

4- Reacción del Suelo4-1 pH y acidez

4-2 Manejo de la acidez

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Suelos acidos4-1 Introducción

• Existe gran diversidad de suelos en el trópico y en el mundo que por distintas razones se acidifican

• Suelos que varían en cuanto a su mineralogía tienden a tener diferentes grados de acidez o alcalinidad relativa

• Como consecuencia de la diversidad, hay que utilizar diferentes estrategias para corregir la acidez del suelo

• ¿Cuán grande es el problema de acidez en el mundo? • ¿Magnitud del problema de acidéz en Puerto Rico?

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Distribución relativa de la reacción de suelos en Puerto Rico

pH

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3633

31

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

< 5.5 5.5 - 7.3 > 7.3

Category

Rel

ativ

e fr

eque

ncy

(%)

pH

4

4-2 pH y acidez (descripción general)

• Reacción del suelo es la acidez o alcalinidad relativa de este

• Es un indicador de utilidad para un diagnostico general • Se expresa en forma de pH o potencial de ión hidrogeno

y es una medida de la actividad del ión H+ en soluciones diluidas

• Disociación de agua

H2O -----> H+ + OH- Kw = 1 x 10-14

• Se define como pH = -log [H+] • La escala varía de 0 - 14• Cambio de pH de x unidad representa un cambio de 10x

protones

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• La solubilización de los aluminosilicatos, solubilización de minerales que contienen Al, Mn, Fe, Mn, Zn, Cu, disponibilidad y adsorción de bases, % saturación de bases y % saturación de acidez, disponibilidad de micronutrientes (Fe, Mn, Zn, Cu), Al en solución

• La diversidad de los microorganismos en suelos y su actividad

• Desarrollo vegetal de las planta por efectos directos de H+ (solamente a pH < 4.2)

El pH del suelo actúa sobre:

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4-3. Clasificación de la acidez del suelo

• Acidez activa - lo que se mide en la solución y es muy pequeña comparada a la potencial

• Acidez intercambiable – Hidrógeno y Al intercambiables retenidos en los coloides por fuerzas electroestáticas

• Acidez no-intercambiable – Hidrógeno en la superficie de los minerales arcillosos con carga variable. Por ejemplo, protones asociados a los grupos silanol y aluminol

• Acidez potencial - Acidez intercambiable + acidez no intercambiable

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4-4 Fuentes de la acidez4-4.1 Material parental y mineralogía

• Material parental– Acidez de las rocas se expresa en términos del contenido

de silice (SiO2); SiO2> 65% (acidas), SiO2 <53% (básicas)– Suelos derivados de piedras calizas tienden a dar origen

a suelos neutrales o calcareos

• Mineralogia– Sesquióxidos y bordes rotos de minerales arcillosos

(ionización de OH- terminales)– Proporcion relativa de minerales 1:1 versus 2:1

• Aluminio intercambiableAl3+ + H2O Al(OH)2+ + H+

Al(OH)2+ + H2O Al(OH)+ + H+

Al(OH)+ + H2O Al(OH)3 + H+

Neto: Al3+ + H2O Al(OH)3 + 3H+

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Cuando el pH suelo > 5.5, se elimina el problema de toxicidad de Al porque Al se precipita como hidróxidos insolubles

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• Al intercambiable y en solución ocurre cuando el pH < 5.5 • Al genera H+ al disolverse en agua• Acidez del suelo actúa sobre las estructuras octaédricas

de los coloides solubilizándolas o rompiéndolas liberando iones Al+3, creando rx en cadena

• Fuente de acidez principal en suelos tropicales donde dominan sistemas de óxidos y los de aluminosilicatos recubiertos de óxidos

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4-4.2. Clima (lluvia y temperatura)• Lixiviación de aniones• Tiene que existir balance de cargas en la solución por lo

que también se lavan los cationes básicos• Temperaturas altas aceleran las reacciones de

meteorización

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4-4.3. Organismos

• Actividad de microorganismos y disolución de CO2

• Planta, por exudaciones de la raíz • Absorción (planta) de cationes vs. aniones • Ionización de OH- terminales en la materia orgánica

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4-4.4. Tiempo

• Suelos maduros de los órdenes Ultisol y Oxisol• Suelos jóvenes con poca materia organica y arenosos

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4-4.5. El hombre

• Fertilizantes nitrogenados reducidos (NH4+ y urea)

Ej. Oxidación de amonio

NH4+ + 2O2

- 2NO3- +2H+ + H2O

Oxidación de sulfato de amonio

(NH4)2SO4 + 4O2 4H+ + 2NO3- + SO4

2- + 2H2O

Hidrolisis de urea y eventual oxidación del amonio

CO(NH2)2 + 2H+ + H2O 2NH4+ + CO2 + H2O

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4-5. Razones de la infertilidad de suelos acidos4-5.1. Toxicidad de Al

• Concentración de Al > 1 cmolc/kg afectará la mayoría de los cultivos de una manera u otra

• Ocurre daño directo sobre el sistema radicular (las raíces se vuelven más gruesas y presentan puntos muertos)– Al tiende a acumularse impidiendo la translocación de

Ca y P a la parte aérea

• Pero, sustancias orgánicas forman complejos con Al (quelatación) reduciendo la toxicidad de Al

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4-5.2. Deficiencia de bases (Ca, Mg y K) y P

• En suelos ácidos pueden haber deficiencia de Ca y Mg, sin toxicidad de Al, debido a la lixiviación de cationes

• Formación de fases sólidas de P con Al

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Relación pH y disponibilidad de nutrientes

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4-5.3. Toxicidad de Mn

• La solubilidad de minerales que controlan el Mn en solución aumenta– cuando el pH del suelo < 5.5– bajo condiciones reductoras (Mn4+ ------>Mn2+)

• Ya que es un nutrimento esencial, no se trata de eliminarlo sino que mantenerlo dentro de un ámbito de toxicidad y deficiencia

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4-5.4. Toxicidad de H+ a pH < 4.2

• En la mayoría de los casos no es un factor realmente limitante a la producción agrícola

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4-6. Parámetros para evaluar la acidez de un suelo4-6.1. Medición de acidez activa

• Potenciometro

• Papel de tornasol

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4-6.2. Acidez intercambiable

• Se utiliza en el manejo de suelos tropicales (Brazil)• Se cuantifica el Alint mediante una extracción con 1M

KCl y titulando el extracto con una base al punto final de fenolftaleína

• Incluye todo lo que constituye acidez en un suelo a su pH original (Al y H+ intercambiable y en solución)

• Niveles de acidez o Al intercambiable (<0.5 cmolc/kg) puede ser perjudicial para la algunos cultivos

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4-6.3. Porcentaje de saturación de acidez

• Es una medida del % del complejo de cambio ocupado por Al3+

• El % de saturación permisible para un suelo varia según el cultivo

• Se cree que % de saturación de acidez <10 no presenta problemas; problemas serios empezaran con > 30% saturación de acidéz aunque esto varía según el cultvo

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4-7. Manejo de la acidez4-7.1. Uso de especies y variedades resistentes a la acidez

• La tolerancia a la acidez entre especies y variedades se deba a una adaptación genética como resultado de una selección involuntaria en suelos ácidos

• Ocurren varios mecanismos de tolerancia al Al y Mn– Excreción de bicarbonatos, excreción y exudación de

acidos orgánicos, inmovilización de Al• Se han resumido los niveles de tolerancia a el porcentaje de

saturacion de Al para diferentes cultivos

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Porcentaje máximo recomendado de saturación de aluminio (PSAl) para algunos cultivos en producción

(Fuente: Bertsch, 1995)

Cultivo PSAl (% <)

Guineo 15

Plátano 25

Café 25

Caña de azúcar 20

Cítricos 20

Fríjol 20

Gandul 40

Mangó 20

Piña 30

Sorgo 20

Soya 10

Trigo 10

Yuca 60

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4-7.2. Encalado

• Método más convencional que consiste en la aplicación de sales básicas como Ca en forma de CaCO3

• ¿Porqué aumentar el pH de un suelo?• Neutralizar ácidos en el suelo lo cual limitan el

crecimiento de las plantas• Añadir Ca y Mg • Aumentar % saturación de bases (% SB)• Mejorar la disponibilidad de nutrimentos (P, K, Ca, Mg,

Mo)

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4-7.2.1. Reacciones luego de la aplicación de cal al suelo

CaCO3 + 2H2O <----------> Ca+2 + H2CO30 + 2OH-

H2CO3<----> CO2 +H2O

Rx. neta: CaCO3 + H2O <-----> Ca+2 +CO2 + 2OH-

H+ (de la solución del suelo) + OH- <----------> H2O

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Materiales razonablesEjemplo:• arcilla - 2Al3+ + 3CaCO3 + 3H2O ------> arcilla - 3Ca2+ + 2Al(OH)3 + 3CO2

• arcilla – 2H+ + CaCO3 ------> arcilla – Ca+2 + H2O + CO2

Otras alternativas, ¿Son buenas fuentes?:• arcilla – 2H+ + CaCl2 -----> arcilla – Ca2+ + 2H+ + 2Cl-

• arcilla – 2H+ + Na2CO3 -----> arcilla - 2Na+ + H2O + CO2

Notas importantes:• Con pH suelo > 5.5 se ha conseguido la neutralización del Al porque Al

se precipita como hidróxidos insolubles • Cuando se sospecha que el problema es toxicidad de Mn, el pH debe

subirse a 6

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4-8. Métodos para determinar la cantidad de encalado

• El pH es un excelente indicador de la acidez del suelo pero no determina el requerimiento de cal

• El requerimiento de cal indica la cantidad necesaria para establecer un rango de pH deseado en el sistema suelo/planta que se está trabajando

• El requerimiento de cal se relaciona con el pH y la capacidad amortiguadora del suelo y tiende a aumentar con aumento en el contenido de arcilla, y materia orgánica

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4-8.1. Suelos dominados por arcillas de tipo 2:14-8.1.1 Método pH - saturación de bases

• (excelente para suelos de zonas templadas dominada por arcillas 2:1, pueden ser encalados hasta pH = 7)

• Hay que conocer curva de pH - saturación de bases, CIC, pH– La curva es un promedio de muchas curvas con

muchos suelos

• Establecer pH inicial y pH deseado (pHfinal - pHinicial). • Interpolar de la grafica la diferencia en % saturación de

bases que corresponde al cambio en pH• multiplicar la diferencia en % saturación de bases * CIC• Obtener cmolc/kg necesarios para encalar• Convertir a cantidad de CaCO3 a añadir

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4-8.1.2 SMP buffer (u otros) method• Se añade una solución amortiguadora buffer al suelo (pH =

8.0)• H+ salen de los sitios de intercambio a neutralizar la

solución amortiguadora• Un suelo ácido disminuirá el pH de la solución

amortiguadora (Ej. 8 7.3)• El pH se reduce en proporción al pH original y la capacidad

amortiguadora del suelo• Se utilizan muchos suelos y se calibra el cambio en

solucion amortiguadora con la cantidad de cal para llegar a un pH deseado

• Existen tablas ya preparadas

4-8.2. Suelos dominados por arcillas de tipo 1:1 (Oxisoles y Ultisoles)4-8.2.1. La curva de encalado (curva de titulación)

• Es un procedimiento tedioso y no es común en laboratorios comerciales

• Resulta efectivo cuando la acidez se debe a H como en sistemas de aluminosilicatos laminares

• Suelos tropicales tienen alta capacidad amortiguadora (acidez potencial) y crea una tendencia a sobreencalar

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Procedimiento general para realizar curva de encalado:

1. Tomar muestra de suelo (generalmente 20 g)

2. Añadir incrementos de CaCO3 de 20 mg

3. Añadir 40 mL agua, menear, dejar reposar, y medir el pH del suelo

4. Convertir peso de cal añadida a su equivalente en términos de kg/ha o lbs/acre.

5. Encalar hasta llegar al pH deseado

• NOTA: En los suelos rojos tropicales los minerales arcillosos son estables hasta un pH de 5 donde los óxidos de Al se disuelven y existen problemas de toxicidad de Al. En estos casos la toxicidad de Al puede corregirse encalando el suelo hasta llegar a un pH de 5.5 - 6.0 logrando la precipitación de Al. También ocurren un incremento apreciable en CIC.

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4-8.2.2. Al intercambiable como criterio

• Método mas utilizado en suelos tropicales • Basar las recomendaciones en términos de la acidez o Al

intercambiable• Añadir cal (CaCO3) en base a 1 - 3 veces el Al

intercambiable• En suelos con niveles de materia orgánica adecuados (2 - 5

%), 2 es un buen factor• 1 cmolc Al+3/kg = 1 cmolc Ca+2/kg = 1,000 kg CaCO3/ha = 1

ton/ha• Brazil

(Al * 2) + [2 – (Ca + Mg)]

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4-8.2.3. % saturación de Al (PSAl) como criterio;(Al / CICE) * 100

• La tolerancia al PSAl varia según cada cultivo. • Para la mayoría de cultivos agronómicos en Ultisols y

Oxisols el % SB adecuado es 60%.• De acuerdo al nivel de tolerancia del cultivo se trata de

bajar a un nivel deseado. • t CaCO3/ha = [1.5 * (% Alexistente - % Aldeseado) * CICE * 1 /

PNT)] 100; PNT = Poder Neutralizante Total

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pH suelo, Al intercambiable y % saturacion Al

Ex

chan

ge

able

Al (

cm

ol c

/kg

)

0

1

2

3

4

5

Jayuya Lares Las Marias

Al s

atu

rati

on

(%

)

0

5

10

15

20

25

30

35

a

a

b

a a

aa

a aa

b

a a

So

il p

H

0

1

2

3

4

5

6

7 ForestCoffee shadeCoffee suna

abb

a

b b

aa

a

a

a

a a a

40

(Atlantea 2007). Relationship soil pH with exchangeable Al, Oxisol, Ultisol and Inceptisol

y = 2E+07x-10.856

R2 = 0.8382

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

pH (1:1, soil:water)

Exc

hang

eabl

e A

l (m

eq/1

00g)

(Atlantea 2007). Relationship soil pH with % Al saturation, Oxisol, Ultisol and Inceptisol

0

20

40

60

80

100

120

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

pH (1:1, soil:water)

Al /

CE

C (

%)

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pH versus Ca at Finca La Harmonia

y = 0.0012e1.5453x

R2 = 0.7547

0.001.002.00

3.004.005.00

6.007.008.009.00

10.00

4.8 5 5.2 5.4 5.6 5.8 6

pH

Ca

(meq

/100

g)

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pH (1:1 soil:water)

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0Exc

hang

eabl

e A

l (m

eq/1

00g)

1

2

3

4

5

6

pH (1:1 soil:water)

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

Tot

al a

cidi

ty (

meq

/100

g)

0

2

4

6

8

10

12

pH (1:1 soil:water)

3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

% s

atur

atio

n

30405060708090

100

Al

Acidity (A3+ + H+)

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4-9. Neutralizar acidez activa versus acidez potencial - cálculos:

1. Neutralizar acidez activa: suelo con pH = 5 ; y 25 % humedad.

Peso suelo en 1 ha = 2 x 106 kg

cantidad de agua = (2 x 106) * (0.25) = 5 x 105 kg agua

pH = -log (H+) = 1 x 10-5 mol H+/L = 1 x 10-5 eq H+/L

5 x 105 L agua/ha x 1 x10-5 eq H+/L = 5 eq H+/ha

5 eq H+/ha = 5 eq base/ha = 5 eq CaCO3 x (50 g CaCO3/eq CaCO3) = 250 g CaCO3/ha.

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2. Neutralizar acidez potencial: suelo con pH = 5, SB = 50 %, CIC = 20 cmolc / kg

(0.50) * 20 cmolc H+/kg = 10 cmolc/kg = 10 meq/100g

0.1 molc/kg * (2 x 106 kg suelo/ha) = 2 x 105 molc/ha

2 x 105 molc/ha x (50 g CaCO3/eq CaCO3) =

= 1 x 107 g CaCO3/ha = 10,000 kg CaCO3/ha

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4-10. Fuente: Tipos y calidad del material

Material Nombre común Equivalente a Carbonato Calizo (CCE)

Comentarios

CaCO3 cal agrícola 100 lo mas utilizado

MgCO3 dolomita 119 buena fuente de Mg, mas caro

CaMg(CO3)2 cal dolomítica 109

Ca(OH)2 Hidróxido de calcio (cal muerta)

136 muy cáustico a la piel, de reacción muy rápida

CaO Oxido de calcio (cal viva)

179 igual que Ca(OH)2

CaSiO3 silicato de calcio 86

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Equivalente a carbonato calizo (CCE)

• Medida del poder neutralizante del material encalador con relación a CaCO3 puro (CCE = 100)

• Para determinar el CCE se disuelve una cantidad de base en ácido (no. de equivalentes conocido) y se titula el exceso de ácido que no reaccionó

• Tambien se puede obtener sabiendo el peso molecular del material encalador, por ejemplo:– MgCO3 - 84 g / mol = peso molecular– (100 / 84) * 100 = 119 %– O sea para neutralizar la misma cantidad de acidez se

necesita 100 partes de CaCO3 o 84 partes de MgCO3

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Factor de Finura (FF):

Tamaño de partícula (mesh)

Tamaño de orificio (mm)

Efectividad (%)

>8 2.5 0

8 – 60 0.4 – 2.5 50

<60 <0.4 100

Para obtener la cantidad real de cal a aplicar, hay que que multiplicar el CCE x FF para obtener el:

Poder Relativo de Neutralización Total (PRNT) => VNE = 1 / CCE x 1 / FF

*Nota: En Puerto Rico el Departamento de Agricultura suministra cal a los agricultores. Esto hace que cumpla con los requisitos de calidad y tienen sobre 96 % CaCO3. El proceso de elaborar garantiza el tamaño adecuado de las partículas

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4-11 Método de aplicación:

• Se recomienda incorporar la cal a 15 cm para promover máximo contacto con el suelo

• En la mayoría de los casos hay que aplicar al voleo

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4-12. Momento y frecuencia de aplicación:

• La reacción neutralizante solo ocurre cuando hay agua

• Tratar de sincronizar la aplicación con el inicio de la época de lluvia

• Nunca encalar y abonar a la vez; preferiblemente 2 a 4 semanas antes de aplicar abonos

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4-13. Encalar utilizando agua de riego (opcional)

• La alcalinidad del agua de riego se puede considerar para cuantificar la cantidad de bases aplicadas

• Suma de CO32-, HCO3

- (meq/L)

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4-14. El problema del sobreencalado

• Se puede describir como el encalamiento con dosis mayores de las necesarias para neutralizar el Al intercambiable o eliminar la toxicidad de Mn.

• Luego de que la acidez debido a Al se ha neutralizado se requieren cantidades exorbitantes de cal para hacer cambiar el pH debido al alto poder amortiguador de los suelos tropicales.

• Las consecuencias son:

– disminución en disponibilidad de P por formación de fosfatos insolubles con Ca

– condiciones básicas favorecen adsorción de B en suelos con CIA.

– disminución de solubilidad de Fe, Zn, Cu

– disminución en disponibilidad de Mn a pH > 6.3

– deterioro de la estructura de suelos dominados por arcillas 1:1 y sesquióxidos

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