¿Sabía usted? Los suelos tienen cargas eléctricas que salvaguardan los nutrientes

Pedro Raúl Solórzano Peraza
Enero de 2018

Los suelos son cuerpos naturales muy complejos y con una gran variabilidad espacial; sin embargo, todos ellos están constituidos por tres fases que son sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida son las partículas del suelo que se separan en dos fracciones, la fracción mineral y la fracción orgánica; la fase líquida es el agua o solución del suelo y la fase gaseosa es el aire del suelo.

La fracción orgánica o materia orgánica la representan los componentes de origen orgánico incorporados al suelo, mientras que la fracción mineral la representan partículas provenientes de la meteorización y descomposición de los minerales de la corteza terrestre, de diferente tamaño e inferiores a 2mm de diámetro, que se clasifican en arena las más grandes (2-0,05mm), limo de tamaño intermedio (0,05- 0,002mm) y arcillas que son las más pequeñas (<0,002mm).

Estas partículas no se encuentran aisladas en los suelos sino que están asociadas entre sí formando agregados, dentro de estos agregados y entre los agregados quedan espacios vacíos que representan el espacio poroso del suelo que es donde se alojan las fases líquida y gaseosa. Los poros son de diferente tamaño por lo que se separan en espacio poroso capilar, los más pequeños, y espacio poroso no capilar, los más grandes. Cuando un suelo se inunda, se satura con agua, la fase líquida ocupa el espacio poroso total, pero al dejarlo drenar libremente se vacía el espacio poroso no capilar o macroporos, que es entonces ocupado por el aire del suelo o fase gaseosa, y en el espacio poroso capilar o microporos, queda el agua retenida en contra de la fuerza de gravedad. En este punto el suelo está a “capacidad de campo”. Parte del agua retenida en los microporos es el agua útil para las plantas, otra parte no puede ser absorbida por las raíces de las plantas, es llamada agua higroscópica, por ser retenida a altas tensiones que las plantas no pueden vencer. Al agotarse el agua útil para las plantas, el suelo ha alcanzado el “punto de marchitez permanente”.

En la fase sólida, tanto en la fracción mineral como en la fracción orgánica, está presente una fracción de tamaño coloidal que aloja las cargas eléctricas del suelo. Estas cargas eléctricas pueden ser permanentes o variables en las arcillas, mientras que en la fracción orgánica son en general, cargas variables. En las arcillas, las cargas permanentes se generan durante la formación de estos minerales por sustituciones isomórficas, son cargas estructurales, mientras que las cargas variables son dependientes del pH y ocurren por disociaciones iónicas. Estas cargas eléctricas en el suelo son responsables del fenómeno conocido como intercambio iónico, el cual es uno de los fenómenos más importantes que ocurren en el suelo desde el punto de vista de su fertilidad. Es un proceso reversible mediante el cual puede ocurrir intercambio de aniones y cationes entre las fases líquida y sólida del
suelo.

En general, los suelos dedicados a la agricultura tienen cargas netas negativas capaces de adsorber cationes, que como K + , Ca ++ , Mg ++ , NH 4 + , H + , etc., tienen cargas positivas. Una vez adsorbidos a la fase sólida pueden sufrir intercambio con cationes en la solución del suelo, en el fenómeno conocido como intercambio
catiónico. Los suelos también pueden tener cargas netas positivas, lo cual ocurriría a pH muy ácido (generalmente a pH < 4,0). Estas cargas positivas serían sitios para la adsorción de aniones, que son iones cargados negativamente como NO 3 – , H 2 PO 4 – , SO 4 = , etc., y una vez adsorbidos están sujetos a procesos de intercambio  con otros aniones en la solución del suelo. Debido a que la mayoría de los suelos dedicados a la producción agrícola tienen valores de pH a los cuales el fenómeno de intercambio aniónico sería mínimo, ya que si el suelo es muy ácido se encala para elevar el pH a valores en los cuales no hay cargas netas positivas, el mismo no tiene mayor relevancia en condiciones de campo, y exceptuando los fosfatos y hasta cierto punto los sulfatos, los aniones como el nitrato (NO 3 – ) están expuestos a pérdidas considerables por lavado.

Existe un valor de pH del suelo donde las cargas positivas y negativas son iguales, y a este valor de pH se le llama punto isoeléctrico o punto de carga neta cero (PCNC), el cual ocurre en condiciones de acidez, generalmente con pH alrededor de 4,0.

La capacidad de intercambio catiónico (CIC), representa la magnitud de las cargas negativas netas del suelo o el número total de posiciones de intercambio, se expresa en miliequivalentes por cada 100 gramos de suelo (meq/100 g de suelo) o como centimoles por kg de suelo (cmol/kg de suelo). Como ya fue indicado
anteriormente, esas cargas negativas netas pueden ser permanentes cuando se originan por sustituciones isomórficas durante la formación del mineral, o pueden ser variables cuando dependen de las variaciones del pH del suelo.

Las arcillas son filosilicatos, formados por la combinación de láminas de tetraedro de silicio y láminas de octaedros de aluminio, magnesio o hierro. Hay arcillas como la caoilinita formada por la combinación de una capa de tetraedros y una capa octaédrica, por lo que es una arcilla del tipo 1:1 o de dos capas. Otras arcillas, como vermiculita y montmorillonita, se forman por la combinación de dos capas de tetraedros de silicio y una capa octaédrica, correspondiendo a una arcilla del tipo 2:1 o de tres capas.

Se considera que la caolinita no tiene cargas negativas permanentes ya que en su estructura no ocurren sustituciones isomórficas, por lo tanto, todas sus cargas son variables o dependientes del pH y su CIC es relativamente baja, del orden de 3 a 15 meq/100 g.

La montmorillonita es una arcilla de tres capas, dos de tetraedros de silicio y en el medio una capa octaédrica de aluminio. Es una arcilla expansiva cuyas cargas permanentes se originan en la capa octaédrica, cuando alrededor de 20% del Al es sustituido por Mg, quedando cargas negativas libres. Este reemplazo de Al por Mg ocurre durante la formación del mineral y no representa cambios estructurales por lo que se conoce como “sustitución isomórfica”, y se originan cargas permanentes porque en la estructura del mineral al sustituirse un catión trivalente como el Al +++ por uno divalente como el Mg ++ quedan cargas negativas no balanceadas.

Las cargas variables ocurren porque las arcillas tienen en sus bordes grupos –SiOH que al ser sometidos a aumentos del pH generan cargas negativas libres. Esquemáticamente, esto es de la siguiente manera: -SiOH + OH – -SiO – + HOH

Estas cargas variables también se denominan cargas dependientes del pH porque tienden a incrementarse con aumentos en el pH del medio. La CIC de la montmorillonita varía entre 80-120 meq/100 g.

La vermiculita es otra arcilla de tres capas con sustituciones isomórficas de Al por  Mg en la capa octaédrica y cerca de una tercera parte del Si de los tetraedros es sustituida por Al. Su CIC es muy alta, variando entre 100 y 150 meq/100 g. Hay otros minerales de arcilla como clorita que es similar a la vermiculita pero tiene una capa de brucita [Mg(OH) 2 ] ubicada en el espacio interlaminar, por eso se conoce como una arcilla interestratificada y es causa de que se reduzca su CIC a valores de 10-40 meq/100 g. El alófano es un aluminosilicato amorfo muy
abundante en suelos formados de cenizas volcánicas con una CIC muy variable y dependiente del pH. Las arcillas 2:1-2:2 formadas a partir de una arcilla de tres capas pero en su espacio interlaminar ocurre un mineral de aluminio, su CIC es variable y alrededor de 15 a 20 meq/100 g, a pH 6,0. La illita es del grupo de lo que se conoce como arcilla-mica, las cuales tienen una estructura parecida a las arcillas del tipo 2:1 pero una buena cantidad del Si de los tetraedros es sustituído por Al, quedando un exceso de cargas negativas que son balanceadas por K + en el espacio interlaminar.

Como ya hemos dicho, los coloides orgánicos son fuente importante de sitios de intercambio catiónico en los suelos. El origen de las cargas negativas de la materia orgánica es fundamentalmente en los grupos carboxílicos y se comportan de la misma manera que las cargas variables de las arcillas, es decir, son cargas
dependientes del pH.

-C- OH + OH – -C- O – + HOH

                                                                               O                         O

La presencia en el suelo de cargas negativas variables dependientes del pH, es una de las ventajas adicionales de la práctica del encalado de los suelos, ya que a la vez que se está corrigiendo un problema de acidez, se está incrementando la CIC del suelo al aumentar su pH. Esto puede ser particularmente importante en las relaciones de fertilidad de aquellos suelos que en su condición natural son ácidos y tienen una CIC muy baja, por lo tanto, tienen poca capacidad para retener nutrientes. Esta capacidad se eleva con el encalado y se protegen los nutrientes de la lixiviación.

Los cationes que predominan en el complejo de intercambio de un suelo son: Ca ++ , Mg ++ , K + , Na + , Al +++ , H + , y las relaciones entre ellos son indicativas de las condiciones de fertilidad del suelo. Así, cuando predominan los cationes básicos Ca ++ , Mg ++ y K + , el suelo va a tener un porcentaje de saturación con bases alto, además, generalmente tienen un pH adecuado y buenas condiciones de fertilidad.

Cuando predominan los cationes ácidos H + y Al +++ , se espera una pobreza en nutrientes, condiciones de acidez, y posibles problemas de toxicidad para las plantas. Esta retención de los nutrientes por las cargas eléctricas de los coloides del suelo, permite que se adsorban y se mantengan en la zona de influencia de las raíces de las plantas y, al pasar a la solución del suelo, sean absorbidos. Por eso las cargas eléctricas de los coloides del suelo salvaguardan los nutrientes esenciales para las plantas.

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