Introducción Edafología para la agricultura y el medio ambiente,

Transcripción

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2 Introducción El título de la obra, Edafología para la agricultura y el medio ambiente, expresa la voluntad de destacar la importancia que se confiere en este libro al estudio de los suelos en temas medioambientales, además del ámbito agrícola, más habitual. En la preparación del plan de la primera edición del libro, en 1992, fueron de gran utilidad las discusiones mantenidas con el profesor Peter Bullock, director por aquel entonces del Soil Survey and Land Resources Centre y catedrático de Edafología del Silsoe College del Crandfield Institute (hoy Crand-field University) en el Reino Unido. Desde un principio fue quedando clara la orientación que debía tener el libro, para reflejar los avances de la Ciencia del Suelo y dar respuesta a todas aquellas personas que inician su formación o dedican su actividad profesional en temas en los que una adecuada comprensión de los suelos resulta imprescindible. A lo largo de los diez años transcurridos desde la aparición de la primera edición del libro, éste ha sido objeto de revisiones y ampliaciones de actualización. En cada edición se ha profundizado en los aspectos medioambientales en los que los suelos son un factor destacable. La estructura del libro comprende cuatro bloques temáticos, yendo desde la Morfología y descripción de suelos, al estudio de los Componentes y propiedades de los suelos, a la Génesis, clasificación (WRB y Soil Taxonomy), cartografía y uso de información de suelos, para dedicar finalmente una detallada atención al estudio de la Degradación y rehabilitación de suelos. En cada tema se parte de un nivel introductorio y se llega a un tratamiento avanzado. De manera que, si bien no se requieren conocimientos previos de Edafología para poder utilizar la obra en un primer ciclo, ésta incluye igualmente un tratamiento destinado a estudiantes de segundo ciclo, de master y a profesionales que quieran actualizar sus conocimientos en la materia o estén interesados en un determinado aspecto concreto. Por ello, se utilizan tipografías de distinto cuerpo, de manera que se facilite la lectura a dos niveles. Además, el libro se complementa con un detallado índice alfabético al final de la obra, con el fin de facilitar su consulta.

3 Por otro lado, en cada capítulo se presentan múltiples Estudios de casos, la mayoría de ellos resueltos, o bien se dan las bases para su discusión en seminario o tutoría. Este enfoque debe ayudar a adquirir una sólida comprensión de las exposiciones teóricas, lo que sin duda despertará en los lectores el gusto por el estudio de los suelos. En esta edición se actualizan y amplían los casos expuestos. Cabe destacar que, si bien hace unos años se decía que la información es poder, en un momento como el actual, en el que la información desborda toda posibilidad de ser leída y más de ser estudiada con detenimiento, la frase ha pasado a ser la gestión de la información es poder. En base a ello, en esta edición, el libro presenta al final de cada capítulo la bibliografía estructurada en Bibliografía básica y Bibliografía de referencia. Además, se incluyen algunos recursos para acceder a la información a través de internet. Se omiten en la bibliografía algunas referencias clásicas, ya antiguas, pero que por su valor se han mantenido en el texto y que el lector interesado puede consultar en ediciones anteriores de esta obra. Para escribir este libro en su primera edición, fue muy importante haber podido trabajar en la Biblioteca de la Crandfield University en Silsoe (UK), a la que se ha tenido ocasión de regresar para la tercera edición. En el mantenimiento de la obra al día son de agradecer las estancias en la Biblioteca de la Facultad de Ciencias de la UNAM (México, DF), la Biblioteca de la University of Reading (UK), la Biblioteca del Centro de Ciencias Medioambientales del CSIC (Madrid), la Biblioteca de la Facultad de Biología de la Universidad de Barcelona y la Biblioteca de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agraria de la Universidad de Lleida (Cataluña, España). A todo su personal, nuestro agradecimiento. Además, tanto en la primera edición como en las siguientes, los originales de cada capítulo se han sometido a la consulta y revisión de especialistas en cada uno de ellos. En esta tercera edición queremos destacar y agradecer en especial la ayuda prestada por el Dr. Gonzalo Almendros (CSIC, Madrid), en la revisión del capítulo referente a los Componentes orgánicos del suelo. Por otro lado, agradecemos igualmente a aquellos profesores universitarios que nos han hecho llegar sus comentarios y sugerencias, lo que ha permitido mejorar el contenido. El original de la primera edición recibió los cuidados impecables de Clara Llena, que tuvo a su cargo el tratamiento de textos, demostrando una gran profesionalidad en todo momento, siendo Xavier Goñi, quien llevó a cabo el diseño gráfico con ordenador, con igual profesionalidad. F. Xavier Vilagrasa, con una gran destreza ha contribuido a plasmar gráficamente diversos aspectos en las diversas ediciones. A los tres nuestro reconocimiento. También agradecemos la labor de Maribel Hernández e Isabel Hernández, de Ediciones Mundi-Prensa, por su paciencia y perseverancia y al Banco Santander Central Hispano (SCH) por sumarse a la difusión del libro.

4 Los autores agradecerán todas aquellas sugerencias y comentarios (jporta@macs.udl.es) que permitan mejorar una obra cuya finalidad ha sido desde el primer momento poner a disposición de los estudiantes y profesionales un libro de Edafología en español, que resulte del máximo interés y esté lo más actualizado posible. Jaume Porta Casanellas Silsoe (UK), julio de 2003 Huajuapan de León (Oaxaca, México), octubre de 1998 Figueras (Asturias, España), agosto de 1993 Índice Págs. Introducción Prólogo a la primera edición Prólogo a la tercera edición V IX XIII 1. Evolución histórica del conocimiento edafológico: síntesis Los avances históricos en Química y en Edafología Los precursores de la Edafología El nacimiento de la Edafología: Dokuchaev Época reciente La Edafología en España Emilio Huguet del Villar: una figura insigne El Mapa Agronómico La enseñanza de la Edafología El Instituto de Edafología El Servicio de Conservación de Suelos Implantación de los estudios de suelos en países de habla española Perspectivas de futuro Bibliografía El suelo como ente natural: Organización Estudio del suelo en el campo: pedión y polipedión Horizontes genéricos: Reglas de nomenclatura Sequum Horizontes de diagnóstico Epipedión y endopedión Solum Sección control Bibliografía Morfología y descripción de suelos Propiedades observadas y propiedades inferidas Metodología para estudios macromorfológicos Límites entre horizontes Descripción de suelos en el campo... 43

5 4.1. Estado de humedad Color Manchas Estado de oxidación Elementos gruesos Textura Fracción arena Estructura Ensayos de campo: componentes del suelo Consistencia Cementaciones Materia orgánica Actividad biológica Actividad humana Raíces Porosidad Grietas Estudio de superficies Acumulaciones Descripción codificada de suelos y bases de datos Características morfológicas y crecimiento de las plantas Bibliografía Estudios de suelos en el laboratorio Continuum de observación: Enfoques metodológicos Caracterización del suelo: Técnicas clásicas Técnicas avanzadas en el estudio del suelo Estudios micromorfológicos de suelos Conceptos cristalográficos básicos para la identificación de com ponentes minerales: Microscopio polarizante Conceptos básicos en micromorfología Descripción de láminas delgadas Aplicaciones de la micromorfología Interpretación de las observaciones Métodos micromorfométricos: análisis de imagen Ámbitos de aplicación de la micromorfología Bibliografía Cómo se denominan los suelos: Elaboración de una nomenclatura Introducción Criterios para dar nombre a los suelos: A modo de ejercicio Información complementaria para establecer una nomenclatura Proponiendo denominaciones para los suelos Niveles jerárquicos en Soil Taxonomy Niveles jerárquicos en la Base de Referencia Mundial para los Recursos de Suelos (WRB) (FAO,1998) Bibliografía Textura del suelo El suelo como sistema de tres fases Textura Concepto Fracciones granulométricas y su justificación Clases texturales Análisis granulométrico Aspectos generales Representación de resultados Interpretación de resultados: Significación de las distintas frac ciones Bibliografía

6 7. Componentes inorgánicos del suelo Ciclo de las rocas y minerales petrogenéticos Silicatos: principios estructurales Materiales de partida en la formación del suelo: A modo de síntesis Minerales formadores de rocas (MFR) Fracciones granulométricas del suelo y mineralogía Minerales del suelo Minerales de arcilla del suelo Principios estructurales Origen de la carga eléctrica y sus implicaciones Origen de las arcillas Principales especies minerales en el suelo Minerales laminares Minerales fibrosos Aluminio-silicatos amorfos y paracristalinos Tectosilicatos: Zeolitas (del gr. zein, hervir y lithos) Óxidos e hidróxidos del suelo Minerales de medios edáficos especiales Minerales de suelos de zonas semiáridas y áridas Minerales de arcillas Calcita y carbonates relacionados Yeso (CaSO4-2H2O) Sales más solubles que el yeso Técnicas de identificación de minerales del suelo Bibliografía Componentes orgánicos del suelo Materia orgánica de los suelos Materia orgánica y humus Factores que condicionan el contenido de m.o. en los suelos Función de la m.o. del suelo Procedencia de los componentes orgánicos del suelo Composición de los restos vegetales Técnicas de estudio de los componentes orgánicos de los suelos Una panorámica sobre un tema complejo Modelos de agregación y morfología macromolecular de las sus tancias húmicas: Enfoque fractal Evolución de la materia orgánica: descomposición y mineralización Esquema general de la evolución de la m.o Descomposición y mineralización de la m.o Procesos y tasas de mineralización Factores que condicionan la degradación y mineralización Procesos específicos de alteración de la m.o Mecanismos de resistencia a la degradación y mineralización Modelización de la mineralización de la m.o Formación de sustancias húmicas: humificación Sustancias húmicas: Enfoques basados en extracciones y fraccio namientos Aspectos genéricos de los procesos de humificación Formación de sustancias húmicas: Vías Características y comportamiento de las sustancias húmicas: Grupos funcionales Sustancias húmicas: Características y comportamiento Interacciones entre componentes orgánicos e inorgánicos: Complejos órgano-minerales La materia orgánica como componente de un ecosistema Distribución de la m.o. en el perfil del suelo Ciclos biogeoquímicos y ciclo (turnover) de la m.o Papel de los suelos en el secuestro de carbón y cambio global.. 206

7 6.4. Agricultura sostenible y calidad de la materia orgánica Gestión de la fertilidad de los suelos: Agricultura convencional y agriculturas alternativas Aspectos ecológicos de la materia orgánica: Tipos ecológicos de humus Bibliografía Reacciones de superficie: adsorción e intercambio iónico Posición de los elementos químicos en el suelo Fenómenos de adsorción Distribución de iones en sistemas arcilla-agua Doble capa difusa y solución externa Modelos de distribución: Descripción cualitativa Intercambio catiónico Aspectos generales Capacidad de intercambio catiónico Cationes intercambiables Ecuaciones de intercambio catiónico: Formulación y propiedades Determinación de la CIC y cationes intercambiables Intercambio aniónico Estudio experimental de la adsorción Formulaciones empíricas Adsorción de agroquímicos en el suelo Bibliografía Acidez, basicidad y reacción del suelo Acidez, basicidad, propiedades del suelo y crecimiento de las plantas Acidez del suelo Química de la acidez del suelo Curvas de neutralización Potenciales catiónicos Acidificación del suelo Implicaciones de manejo y recomendaciones: Necesidades de cal Bibliografía Estructura del suelo y propiedades relacionadas Niveles de organización estructural Mecanismos de formación de agregados Fuerzas actuantes: Empaquetamiento y unidades de fábrica Interacción entre partículas de arcilla Agregación de partículas Factores de control en la formación de agregados y en su degradación Estabilidad de los agregados Relaciones masa-volumen derivadas del grado de estructuración Densidad real Densidad aparente y volumen específico Espacio de huecos: porosidad, un espacio vital para las raíces Consistencia del suelo Sellado y encostramiento del suelo a) Conceptos y procesos b) Métodos de estudio y predicción del riesgo c) Prácticas contra el sellado y el encostramiento Tixotropía Bibliografía Agua del suelo Introducción al estudio del agua del suelo Propiedades físicas del agua Contenido de agua del suelo Conceptos Medida del contenido de humedad

8 4. Estado energético del agua del suelo Fuerzas actuantes: Descripción cualitativa Potencial del agua del suelo Retención de agua en el suelo Curva característica de humedad Construcción de curvas características de humedad Histéresis en las relaciones entre potencial matricial y contenido de agua Interpretación de curvas características Capacidad de retención de agua disponible (CRAD) Bibliografía Propiedades hidrológicas del suelo: movimiento del agua El suelo como medio poroso Flujo del agua en el suelo Régimen saturado Régimen no saturado Ecuaciones del flujo de agua Ecuación de continuidad Ecuación general del flujo Infiltración Descripción cualitativa del proceso de infiltración Factores de control de la infiltración Modelos y ecuaciones de la infiltración Redistribución Determinación de las propiedades hidráulicas del suelo Medida de la conductividad hidráulica saturada Medida de la velocidad de infiltración Bibliografía Aireación del suelo Aireación del suelo Diagnóstico del estado de óxido-reducción de un suelo Mecanismos de intercambio de gases en el suelo Flujo de gases por difusión: Leyes de Fick Química de los procesos redox en el suelo Diagramas de estabilidad: Diagramas Eh ph Medidas del estado de aireación del suelo Bibliografía Flujo de calor y temperatura del suelo Régimen térmico del suelo Mecanismos de transmisión de calor en el suelo Propiedades térmicas del suelo Ecuación de flujo de calor por conducción Soluciones de la ecuación de flujo de calor por conducción Métodos analíticos Métodos numéricos Flujos acoplados Flujos de calor y agua Flujos de calor, agua y solutos Medida de la temperatura del suelo Representación de las medidas de temperatura Medida del flujo de calor Modificación de régimen térmico del suelo Bibliografía Ecología del suelo Ecología del suelo Tipos de organismos del suelo

9 2.1. Tipos de organismos según la fuente de energía Tipos de organismos según el tamaño Principales tipos de organismos: Características Ciclos biogeoquímicos Aspectos generales Ciclo de elementos: Caso del carbono Acciones de los organismos del suelo Acciones y factores de control Medida de la actividad biológica del suelo Interacciones entre organismos del suelo Interacciones entre microorganismos Interacciones microorganismos-fauna del suelo Interacciones planta-microorganismos: Rizosfera Interacciones entre hongos y algas: Liqúenes Organismos del suelo y calidad ambiental Bibliografía Procesos formadores Formación de suelos: Enfoques conceptuales Procesos de meteorización Concepto Meteorización: Esquema general Procesos edafogénicos Aspectos generales Principales procesos formadores Procesos y categorías de suelos Procesos edafogénicos en los Entisoles Procesos edafogénicos en los Inceptisoles Procesos edafogénicos en los Andisoles Procesos edafogénicos en los Vertisoles Procesos edafogénicos en Alfisoles Procesos edafogénicos en los Aridisoles Procesos edafogénicos en los Mollisoles Procesos edafogénicos en los Spodosoles Procesos edafogénicos en los Ultisoles Procesos edafogénicos en los Oxisoles Procesos edafogénicos en los Histosoles Procesos edafogénicos en los Gelisoles Bibliografía Factores formadores Variabilidad espacial de los suelos Factores formadores Material originario y sus relaciones con el suelo Información sobre el material originario Características del material originario Influencia del material originario sobre las características del suelo Tipos de rocas y características de los suelos Grado de uniformidad del material originario Relaciones suelo-clima Información sobre el clima Clima y regímenes de humedad del suelo Tendencias regionales en la distribución de suelos Relaciones suelo-paisaje Escalas de observación Formas del relieve Procesos y formas de las laderas Sistemas suelo-paisaje Relaciones suelo-paisaje: Toposecuencia Condiciones de drenaje y morfología de los suelos Relaciones suelo-paisaje: Influencia del clima

10 6. Factores bióticos y antrópicos de la edafogénesis Actividad de la fauna y efectos sobre el suelo Relaciones suelo-vegetación Indicadores de la vegetación pasada Acción antrópica y formación de suelos: Sostenibilidad y edafotecnología Dimensión temporal de los suelos Datación de suelos Ciclos evolutivos: Suelos monocíclicos y policíclicos Enfoque factorial en génesis de suelos: Perspectivas Bibliografía Soil Taxonomy Clasificación de suelos: Criterios científicos y criterios utilitarios Taxonomía de suelos: Antecedentes Principios de Soil Taxonomy Estructura del sistema Diferencias entre suelos minerales y suelos orgánicos Horizontes y características de diagnóstico Categorías taxonómicas y reglas de nomenclatura Metodología para clasificar un suelo Soil Taxonomy (SSS, 1999): Una panorámica Modificaciones de Soil Taxonomy Bibliografía Base de referencia mundial para los recursos de suelos: World Refe-rence Base (WRB) Leyenda de un mapa versus clasificación de suelos Base de referencia mundial (WRB) versus Soil Taxonomy Principios de la Base de referencia mundial para Recursos de Suelos(WRB) Estructura de la Base de Referencia Mundial (WRB) Horizontes, propiedades y materiales de diagnóstico Grupos de suelos de referencia Unidades de suelos Grupos de suelos: Síntesis Bibliografía Cartografia de suelos y sistemas de información geográfica Inventario y cartografía del recurso de suelo Finalidad de un levantamiento de suelos Principios de cartografía de suelos Variabilidades especiales de los suelos: Unidades taxonómicas cartográficas y de manejo Modelos de relación de suelos: Clases de unidades cartográficas Metodología de trabajo en cartografía de suelos: Formulación y contraste de hipótesis Modelos de representación de la cubierta edáfica: De la serie de suelos a las unidades morfoedáficas Cartografía basada en las series de suelos Modelo basado en unidades morfoedáficas Extrapolación e interpolación: Cartografía libre y cartografía geoestadística Información contenida en un mapa de suelos: Leyenda del mapa Instrumentos de apoyo a la cartografía de suelos Intensidad de la cartografía y tipos de mapas Bases de datos electrónicas de suelos: Información en soporte informático en red Gestión de información de suelos: Sistemas de información geográfica Criterios para evaluar la calidad de un mapa de suelos Bases para elaborar el presupuesto de una cartografía de suelos Bibliografía

11 22. Usos y aplicaciones de la información de suelos Interpretación y usos de la información de suelos Modelización de las cualidades del terreno Utilización directa de un mapa de suelos para la toma de decisiones en una explotación agrícola Evaluación de suelos y evaluación del terreno Principales sistemas actuales de evaluación Método de clases de capacidad agrológica Sistema del US Bureau of Reclamation (USBR): Aptitud para el riego Sistema de evaluación de terrenos agrícolas de alta calidad: «prime farmlands» y «unique farmlands» Sistema Riquier-Bramao-Cornet (1970) Esquema de la FAO (1976) de evaluación del terreno Utilización de Mapas de Suelos con fines catastrales: Método del Valor índice Evaluación del potencial para el uso agrícola de grandes áreas: Método de las zonas agro-ecológicas (AEZ) Método del índice de potencialidad del suelo Bibliografía Degradación de suelos por erosión hídrica: Conservación de suelos y aguas Erosión del suelo Concepto y percepción Agentes, formas e intensidades Procesos de erosión hídrica Factores de control de los procesos erosivos Principales factores Estudio de los factores hidrológicos Técnicas de medida y modelos de evaluación de las pérdidas de suelo Procesos de erosión por salpicadura: Cuantificación Procesos de erosión por escorrentía superficial concentrada: Cuan tificación Procesos de erosión laminar y por arroyaderos: Cuantificación Medidas de conservación de suelos y aguas Técnicas generales de cultivo Técnicas especiales de cultivo Infraestructuras y obras para conservar el suelo y el agua Bibliografía Salinización y sodificación: Suelos de regadío Salinidad, sodicidad y alcalinidad Origen de las sales solubles: Ciclos de salinización Ciclos continentales Ciclos marinos de acumulación de sales Ciclos deltaicos de acumulación de sales Ciclos artesianos Ciclos antropogénicos Sales solubles en suelos y aguas de zonas semiáridas y áridas Principales minerales evaporíticos Principales tipos de sales en suelos y aguas Química del boro en los suelos Comportamiento de los cultivos en relación al boro Formas del boro en los suelos: Adsorción ; Salinidad, sodicidad y crecimiento de las plantas Sintomatología Efectos de la salinidad y de la sodicidad Adaptación de las plantas a la salinidad. Comunidades indica doras Tolerancia de los cultivos a la salinidad Tolerancia de los cultivos al sodio intercambiable (ESP)

12 6. Calidad del agua de riego: Criterios de evaluación y predicción Calidad agronómica del agua Riesgo de sodicidad Criterios para interpretar la calidad de un agua para riego Efectos de la salinidad y sodicidad sobre las propiedades físicas del suelo Medida de la salinidad Medidas de laboratorio Medidas de campo Bibliografía ; Degradación de la fertilidad física del suelo Aspectos físicos de la fertilidad del suelo Agromepánica: Importancia e impactos Sistema radicular y medio edáfico Diagnóstico de problemas en el crecimiento radicular Metodología para el estudio de la rizosfera Condiciones físicas y crecimiento de la planta Compactación del suelo Proceso de compactación Descripción y medida del estado de compactación Efectos de la compactación sobre la estructura del suelo Comportamiento mecánico del suelo en la compactación Sellado y encostramiento superficial Modelos del comportamiento físico del suelo Manejo del suelo y compactación Bibliografía Degradación del territorio en zonas áridas Estudio de zonas áridas Escala y extensión del problema Criterios de delimitación de zonas áridas Distribución mundial de las zonas áridas Factores meteorológicos determinantes de la distribución de las zonas áridas Criterios edáficos: Régimen arídico Suelos de zonas áridas Características generales Mineralogía de suelos de áreas desérticas Uso del suelo en regiones áridas Degradación del territorio Aridez y sequía Desertización y desertificación Indicadores edáficos de la aridificación Causas y procesos de la desertificación Dimensión global del problema: Ejemplos Procesos de degradación ligados al nomadismo y al pastoreo sedentario Procesos de degradación ligados a la intensificación del uso del riego con tecnología inadecuada La crisis de la región Sahelo-Sudanesa: Medidas de control frente a la desertificación Bibliografía Degradación de suelos y calidad ambiental Calidad de un suelo Residuos y sustancias peligrosas Áreas misceláneas: Terrenos contaminados y terrenos abandonados Contaminación de suelos Contaminación por elementos traza Fondo geoquímico

13 5.2. Distribución y especiación de los elementos traza a partir de la solución del suelo Cargas críticas Suelos contaminados por Pb, Zn, Cd Aplicación de \a geoestadística y los SIG al estudio de los suelos contaminados Riesgos derivados de la contaminación Componentes del riesgo Biodisponibilidad Riesgos para los ecosistemas Riesgos para los suelos Evaluación de riesgos Evaluación ambiental del terreno Estrategias frente a la contaminación de suelos Manejo de residuos y sustancias peligrosas Estrategias de agricultura sostenible/sustentable Acciones en la relación fuente-vía-receptor Estudio detallado de una técnica: Biorremediación Toma de decisiones frente a problemas de contaminación Bibliografía Degradación de suelos en relación con prácticas agrícolas inadecuadas El suelo como sistema depurador: Procesos Capacidad de aceptación de residuos de un suelo Agroquímicos y medio ambiente Tipos de agroquímicos y registro de nuevos productos Criterios de seguridad en los fitosanitarios Mecanismos de control de los fitosanitarios en el suelo Contaminación por nitratos De nutriente de las plantas a contaminante de las aguas: Proble mática del N-NO 3 en el medio ambiente Ciclo del nitrógeno Procedencia de los N-NO 3 en las aguas Movimiento y transformaciones de N-NO 3 en el suelo: Modelos Medidas para el control N-NO 3 en el medio Evaluación de la capacidad de un suelo para aceptar purines Aguas superficiales, fosfatos y eutrofización Utilización agrícola de lodos residuales de depuradora Bibliografía Degradación de suelos: Áreas con actividades extractivas y mineras. Áreas periurbanas y urbanas El paisaje colectivo Actividades extractivas y mineras Panorámica general Tipos de explotaciones Rehabilitación de suelos tras actividades extractivas Aspectos legales Condicionantes de la rehabilitación Capaceo: Una acción preventiva para conservar el material edáfico Proceso de rehabilitación Relleno de excavaciones Proyecto de rehabilitación Áreas periurbanas: Degradación de las tierras más fértiles Suelos de áreas urbanas: Actuaciones en Arquitectura del paisaje Denominación de los suelos de áreas degradadas por acción antrópica Bibliografía Notaciones y unidades

14 índice alfabético