Los suelos usados para agricultura presentan

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1 CAPÍTULO 3 USO DE ENMIENDAS CALCÁREAS EN RECUPERACIÓN DE SUELOS DE USO AGRÍCOLA Juan Hirzel Campos Ingeniero Agrónomo M.Sc. Dr. INIA Quilamapu Los suelos usados para agricultura presentan diferentes propiedades relacionadas con la mayor o menor capacidad de producción de diferentes especies de uso agrícola. Estas propiedades se clasifican en físicas, químicas y biológicas, en función de su rol dentro del suelo (estructurarlo, permitir su hidratación, su drenaje, retención y entrega de nutrientes, actividad de microorganismos, etc). Dentro de las propiedades químicas se encuentra la reacción de acidez o alcalinidad del suelo, también llamada ph, que determina la relación de concentración entre el hidrógeno (H + ) e hidroxilo (OH - ) en un medio acuoso (ph al agua). En términos químicos el ph del suelo se determina como el logaritmo negativo de la concentración de H + en solución, como se presenta en la siguiente ecuación: cuando el ph del suelo es básico (mayor a 8,0) se reduce la disponibilidad de Fe, Zn, Mn, y en muchos casos N, P y K, aumentando también la disponibilidad de Mo y de otros iones que en cierta concentración pueden afectar indirectamente el crecimiento de las plantas como los carbonatos y bicarbonatos. Asimismo, cuando el ph se encuentra entre 6,0 y 7,0 se presenta la mayor disponibilidad de la mayoría de los nutrientes esenciales (dentro de su fracción disponible o biodisponible) para las plantas. ph = -Log [H + ] La escala de ph del suelo se encuentra entre 0 y 14, y entre cada punto dentro de esta escala existe una diferencia de concentración de 10 veces más o menos H +, y de manera inversa 10 veces menos o más concentración de OH - (Glendinning, 2000). En términos agronómicos, el ph del suelo afecta directamente la mayor o menor disponibilidad de nutrientes hacia las plantas, como se presenta en la siguiente figura (Esquema 1): De esta forma, si el ph es ácido (menor de 5,5) se reduce la disponibilidad de Nitrógeno (N), Fósforo (P), Potasio (K), Calcio (Ca), Magnesio (Mg), Boro (B) y Molibdeno (Mo), y se incrementa la disponibilidad de Hierro (Fe), Manganeso (Mn), Zinc (Zn) y Aluminio (Al). En el otro extremo, Esquema 1. 1

2 Un aspecto de mucha importancia asociado al ph del suelo se refiere a que en condiciones de incremento de la acidez (ph menor a 5,8) se produce también un incrmento en la disponibilidad de Aluminio y Manganeso, dos elementos que en alta concentración son dañinos a las plantas, sobre todo el Aluminio, el cual afecta la capacidad de absorción de nutrientes (principalmente Fósforo) por el sistema de raíces, y además provoca intoxicación dentro de los tejidos de la planta (principalmente raíces) (Alcantar et al., 2007; Benton, 1998; Havlin et al., 1999). Por lo tanto, el control de la acidez del suelo permite mejorar la disponibilidad de nutrientes para las plantas, y también controlar o reducir el riesgo de toxicidad causado por la presencia de Aluminio y eventualmente Manganeso. De manera natural los suelos agrícolas se acidifican en función del paso del tiempo y de los ciclos de cultivo, y sus principales causas son las siguientes: Material original del suelo (existen suelos de naturaleza más ácida como por ejemplo los graníticos del secano interior o valles interiores). Lixiviación de cationes (Ca 2+, Mg 2+, K +, Na + ) por efectos de las lluvias y del riego, que son sustituidos por Al 2+ y Al 3+ e H +. Crecimiento de las plantas que genera una extracción consecutiva de cationes de reacción básica (Ca 2+, Mg 2+, K +, Na + ) que posteriormente son reemplazados por cationes de reacción ácida (Al 2+, Al 3+ e H + ), cuyos mecanismos se denominan Acidificación fisiológica y desbasificación. Erosión hídrica y eólica del suelo (pérdida de Cationes del horizonte superficial). Uso de fertilizantes amoniacales (NH 4 + NO H + ), con especial énfasis en cultivos altamente demandantes de N como el maíz, sobre todo cuando se emplean métodos de dosificación de marco teórico que sobreestiman las necesidades reales de un cultivo. Cuando los suelos se acidifican se produce la solubilización del Al presente en los sitios de intercambio catiónico del suelo, como también el Al proveniente de los componentes estructurales del suelo, como se observa en la siguiente reacción: Al(OH) 3 + 2H + ½ Al(OH) 2 + Al H 2 O Al 3+ El riesgo de toxicidad de aluminio para un cultivo agrícola se determina a través de un índice de actividad de este catión de reacción ácida en relación a los cationes de reacción básica (Ca, Mg, K, Na) a través del porcentaje de saturación de aluminio. Para ello se debe determinar la capacidad de intercambio catiónico efectiva (CICe) (sumatoria de los miliequivalentes o centimoles de Ca, Mg, K, Na y Al), que constituye una característica química más estable del suelo en función de cambios de ph asociados a la presencia de arcillas de carga variable (Havlin et al., 1999). La CICe se determina utilizando la siguiente ecuación: CICe (meq/100 gr ó cmol + /kg )= Σ (Ca + Mg + K + Na + Al) Posteriormente, el porcentaje de saturación de aluminio (%Sat.Al) se determina utilizando la siguiente ecuación: % Sat.Al = (Al de intercambio) x 100 (CICe) El valor crítico de %Sat.Al para la mayoría de las especies agrícolas es 5%, lo cual indica que si la %Sat.Al es mayor a este valor hay riesgo de toxicidad de Aluminio, que tendrá un riesgo creciente en la medida que este valor también aumente, afectando negativamente la productividad de las especies agrícolas. Por ejemplo, si se tiene un suelo de ph ácido cuyas concentraciones de cationes y de aluminio son las siguientes: Ca (4 cmol), Mg (0,6 cmol), K (0,2 cmol), Na (0,2 cmol) y Al (1,5 cmol), la CICe del suelo será de 6,5 cmol (4 + 0,6 + 0,2 + 0,2 + 1,5), y el %Sat.Al será de 23% ((1,5/6,5)x100), lo cual índica un alto riesgo de toxicidad de aluminio para cualquier especie agrícola, por lo cual ese suelo debe ser encalado. 2

3 Para controlar la acidez de un suelo la práctica de manejo a realizar corresponde a la aplicación de enmiendas calcáreas, compuestas por carbonato de calcio ( ) o carbonato de calcio con carbonato de magnesio ( x MgCO 3 ), las cuales una vez aplicadas al suelo y en presencia de humedad generan iones bicarbonato (HCO 3- ) e hidróxidos (OH - ), estos últimos reaccionan con el Al 2+ de los sitios de intercambio catiónico del suelo, o los liberados desde estos sitios, formando hidróxidos de aluminio (AlOH 2 ó AlOH 3 ) que posteriormente precipitan, como se presenta en las siguientes reacciones: + H 2 O + H + Ca 2+ + H 2 CO OH - Al OH - AlOH 2 ½ Al 2+ + AlOH 2 + OH - AlOH 3 - El bicarbonato liberado (HCO 3- ) posterior a la hidrólisis del carbonato de calcio, continúa reaccionando con los cationes ácidos del medio, generando agua (H 2 O) y gas carbónico (CO 2 ) (liberado al ambiente suelo y a la atmósfera), como se presenta en la siguiente reacción: HCO H + H 2 O + CO 2 En consecuencia, el aumento de ph del suelo producto de la aplicación de carbonato de calcio es producido por la generación de bicarbonato, y la neutralización del aluminio es producida por la generación de hidróxidos. Por su parte, el calcio liberado es fijado en los sitios de intercambio catiónico del suelo, reemplazando los sitios que ocupaba el aluminio e hidrógeno de intercambio, contribuyendo a incrmentar las bases de intercambio del suelo. Situación similar ocurre con el magnesio liberado cuando se utilizan materiales encalantes que contienen este elemento ( x MgCO 3 ) (Esquema 2). Dentro de los materiales encalantes a emplear se debe decidir la elección de uno u otro en función de ciertas característcias técnicas como: Ca Mg K Na Al Al H Representación de sitios de intercambio catiónico con presencia de cationes de reacción básica (Ca, Mg, K, Na) y ácida (Al e H). Esquema 2. Ca Mg K Na Ca Ca H Representación de sitios de intercambio catiónico con mayor presencia de cationes de reacción básica (Ca,Mg, K, Na), dominando el Ca. Granulometría o mallaje (tamaño de las partículas), siendo aquellas cales de menor tamaño de partícula más reactivas en agua y por tanto de una reacción encalante más rápida. Poder neutralizante equivalente al uso de carbonato de calcio puro ( ). Por ejemplo, las cales con presencia de magnesio presentan mayor poder neutralizante. Contenido de humedad de cada material. Entre más baja sea la presencia de agua de un material encalante es mayor el beneficio logrado en control de la acidez dada la mayor presencia de carbonato de calcio por cada unidad de peso del producto aplicado, siendo también mayor la relación benefico/costo del material empleado (mayor efectividad del material encalante empleado). Por ejemplo, para igualdad de precio por kilogramo o tonelada de dos materiales encalantes de igual poder neutralizante y similar granulometría, el material encalante que presente el menor contenido de humedad será más barato para el productor (valor del kilogramo o tonelada seca del material encalante). 3

4 La dosis de carbonato de calcio a emplear en un suelo para alcanzar un determinado valor de ph es función de características propias de cada suelo (principalmente propiedades físico-químicas) y de la diferencia de ph a corregir (ph a alcanzar menos ph actual). Las características propias de cada suelo generan una resistencia al aumento de ph producto de la agragación de carbonato de calcio, conocido como poder tampón ( ph/ton aplicada por ha), (Figura 1). Por ejemplo, si se tiene un suelo franco arcilloso cuya ph actual es de 5,5 y se quiere alcanzar un ph de 6,0, considerando una capacidad tampón de 0,14, la dosis a aplicar será de 3,6 ton/ ha ( puro). Si se utiliza una cal comercial con un 95% equivalente y un 10% de humedad, entonces la dosis de esa cal comercial a emplear será de 4,2 ton/ha (3,6/0,95 = 3,79/0,9 = 4,2). En la Figura 2 se puede observar el efecto de dos materiales encalantes aplicados en igual dosis de equivalente sobre el aumento de ph de un suelo volcánico, después de 30 días de incubación de las muestras de suelo en condiciones controladas de humedad y temperatura. Como se puede observar en dicha figura, las pendientes de cada ecuación de incremento de ph (efecto de ambos materiales encalantes) son diferentes, cuya diferencia está asociada a los parámetros técnicos de cada material encalante (granulometría, humedad, y otros). Figura 1. Efecto de dosis crecientes de carbonato de calcio sobre el aumento de ph de cuatro suelos después de un período de 30 días de incubación en condiciones controladas de temperatura y humedad. Fuente. Hirzel (2008a). Como se puede observar en la Figura 1, la pendiente de cada ecuación indica el aumento de ph de cada suelo que se genera con la aplicación del equivalente a 1 tonelada por ha. Para estos cuatro suelos el aumento de ph del suelo generado con la aplicación fluctuó aproximadamente entre 0,1 y 0,17 unidades por cada tonelada. No obstante, para otros suelos este valor o poder tampón puede ser mayor o menor a los presentados en la Figura 1. La dosis a aplicar en un suelo se determina entonces con la siguiente ecuación: Dosis (ton/ha) = Figura 2. Efecto de dosis crecientes de dos materiales encalantes sobre el aumento de ph de un suelo volcánico del valle regado de la Dentro de los parámetros técnicos y agronómicos a considerar con el uso de materiales encalantes que contribuyan a corregir la acidez del suelo, no solamente se debe determinar la dosis necesaria para alcanzar un ph determinado, sino también ele efecto que el cambio de ph tendrá (ph a alcanzar ph actual) ph/ton aplicada por ha 4

5 sobre la disponibilidad de nutrientes del suelo. De esta forma, algunos nutrientes presentarán un incremento en su disponibilidad y otros una reducción de dicha disponibilidad, como se presenta en las Figuras 3 a 10. Cabe destacar que los suelos fueron incubados por 30 días en condiciones controladas de humedad (capacidad de campo) y temperatura (25 o C). Figura 3. Efecto de dosis crecientes sobre la concentración de Nitrógeno disponible (NH NO 3- ) de un suelo Figura 5. Efecto de dosis crecientes sobre la concentración de Potasio intercambiable de un suelo Figura 4. Efecto de dosis crecientes sobre la concentración de Fósforo disponible (Olsen) de un suelo volcánico del valle regado de la Figura 6. Efecto de dosis crecientes sobre la concentración de Calcio intercambiable de un suelo 5

6 Figura 7. Efecto de dosis crecientes sobre la concentración de Magnesio intercambiable de un suelo Figura 9. Efecto de dosis crecientes sobre la concentración de Zinc disponible de un suelo volcánico del valle regado de la Figura 8. Efecto de dosis crecientes sobre la concentración de Sodio intercambiable de un suelo Las dosis crecientes, además de generar un incremento en el ph del suelo, afectan la disponibilidad de nutrientes, como ha sido señalado por diversos autores incluso desde antaño (Truog, 1948; Havlin et al., 1999) y como se presenta en la figura inicial de este capítulo. De esta forma, para incrementos de ph entre 5,8 a 6,6 la disponibilidad de Nitrógeno se ve mejorada como se presenta en la Figura 3, dado que se favorece la actividad de la Figura 10. Efecto de dosis crecientes sobre la concentración de Hierro disponible de un suelo volcánico del valle regado de la biomasa del suelo asociada con la mineralización de este nutriente (bacterias principalmente dado que su requerimiento de ph para maximizar su actividad se presenta entre 6,2 y 7,0). Por tanto, el encalado de suelos que necesiten corrección de de su acidez mejorará la disponibilidad de Nitrógeno y en términos de manejo agronómico puede traducirse en una reducción de la dosis de este nutriente a aplicar al cultivo agrícola. 6

7 En el caso del Fósforo (Figura 4), el aumento de ph entre 5,8 y 6,6 se encuentra dentro del rango de mayor disponibilidad para este elemento, por tanto, dado que la disponibilidad de este elemento ya se encuentra cercano al valor máximo, la agregación de cualquier elemento que químicamente sea muy reactivo con el Fósforo (Calcio, Hierro y Aluminio principalmente) generará una reducción en su nivel de disponibilidad (Havlin et al., 1999; Navarro y Navarro, 2003), como ocurre en este caso con el incremento en la disponibilidad de calcio (Figura 6) derivado de la agregación. disponibilidad de otros nutrientes con alto índice de salinidad como el Potasio y Sodio; pero principalmente por el incremento en la concentración de carbonatos y bicarbonatos, que en solución y en reacción con los cationes hidrógeno (reacción ácida) incrementan notablemente la conductividad eléctrica (Hirzel, 2008b). Para los elementos Potasio y Sodio, Figuras 5 y 8 respectivamente, los procesos de intercambio de cationes del suelo, producto del incremento de la concentración de Calcio por la aplicación de, generan una disminución en la disponibilidad de estos elementos (procesos de desorción de potasio y sodio principalmente hacia la estructura de las arcillas). En el caso del Calcio y Magnesio, Figuras 6 y 7 respectivamente, la aplicación genera un incremento en la concentración de estos nutrientes, derivado de la aplicación de una fuente cálcica, y de los procesos de intercambio de cationes que ocurren en el suelo, favoreciendo también el incremento en la disponibilidad de Magnesio. Figura 11. Efecto de dosis crecientes de sobre la concentración de Manganeso disponible de un suelo volcánico del valle regado de la Para los microelementos catiónicos; Zinc, Hierro, (Figuras 9 y 10 respectivamente) y Manganeso, Figura 11, el aumento de ph en el suelo disminuye el potencial de reducción (aumento del potencial de oxidación), lo cual genera cambios en los estados de oxidación de estos nutrientes, pasando hacia estados más oxidados (FeO, Fe 2 O 3, ZnO, ZnO 2, MnO, MnO 2 ) que no son disponibles para las plantas (Navarro y Navarro, 2003). Por su parte, el cobre presenta un comportamiento errático frente a las dosis crecientes (Figura 12). Finalmente, la Conductividad Eléctrica (Figura 13) se ve incrementada frente a las dosis crecientes de, lo cual responde a varias situaciones; por una parte el incremento en la concentración de algunos nutrientes (Nitrógeno, Calcio, Magnesio), aunque también ocurre una reducción en las Figura 12. Efecto de dosis crecientes sobre la concentración de Cobre disponible de un suelo volcánico del valle regado de la región del Bío-Bío. 7

8 BIBLIOGRAFÍA Alcántar, G., L. Trejo-Téllez, L. Fernández, y M. Rodríguez Elementos esenciales. p In G. Alcántar y L. Trejo-Téllez (eds) Nutrición de cultivos. Ediciones Mundi- Prensa, México. Benton, J Plant Nutrition Manual. 149 p. CRC Press LLC, Washington, USA. Glendinning, J.S Australian Soil Fertility Manual. CSIRO Publishing, Collingwood, Australia. 154 p. Figura 13. Efecto de dosis crecientes de sobre la Conductividad eléctrica de un suelo volcánico del valle regado de la Havlin, J.L., J. D. Beaton, Tisdale, S., and W. L. Nelson Soil Fertility and Fertilizers. An Introduction to Nutrient Management. 6ª ed. Prentice-Hall Inc., New Jersey, 499 p. North Carolina State. USA. Hirzel, J. 2008a. El suelo como fuente nutricional. Pág In: Hirzel, J (Ed). Diagnóstico Nutricional y Principios de Fertilización en Frutales y Vides. Colección Libros INIA-24. ISSN p. Hirzel, J. 2008b. El agua como fuente nutricional. Pág In: Hirzel, J (Ed). Diagnóstico Nutricional y Principios de Fertilización en Frutales y Vides. Colección Libros INIA-24. ISSN p. Navarro, S., y G. Navarro Química Agrícola: El suelo y los elementos químicos esenciales para la vida vegetal. Ediciones Mundi-Prensa. Madrid. España. 487 p. Truog, E Lime in relation to availability of plant nutrients. Soil Science 65:1-8. 8