ANÁLISIS QUÍMICOS DEL SUELO

Con estas prácticas pretendemos analizar las características químicas del suelo . Las características y comportamiento de un suelo vienen determinados entre otros , por los siguientes factores :

• La actividad biológica de los organismos que viven en el suelo .

• Sus propiedades mineralógicas y físicas .

• Propiedades químicas como el pH , el complejo de cambio ...

Para determinar dichas propiedades se realizan diferentes análisis :

• Análisis generales : sirven para conocer de forma general el comportamiento químico del suelo

• Análisis granulométricos

• Calor , morfometría ...

• Análisis químicos

• Análisis químicos que incluyen :

• Determinación del pH del suelo , es una medida indirecta del complejo de cambio .

• Determinación del Carbono y contenido de materia orgánica

• Determinación de la capacidad de cambio del suelo y grado de saturación

• Determinación de la daliza total y la dolomía , en suelos con caliza y dolomía

• Para conocer la fertilidad química de suelos se determinan : el P asimilable , las formas asimilables de N , las necesidades de cal ( para corregir el pH que nos interese ) y los oligoelementos o micronutrientes ( esenciales para las plantas en pequeñas cantidades , para un correcto desarrollo y funcionamiento )

• Hay suelos con características especiales que necesitan análisis particulares ( no los haremos ) :

* Turberas : suelos con mucha materia orgánica y condiciones de hidromorfía , que no es lo común .

* Suelos salinos y sódicos ( con alto contenido en sales solubles ) : el Na le da al suelo características particulares .

PRÁCTICA 1 : DETERMINACIÓN DEL pH DEL SUELO

FUNDAMENTO

Este método se basa en medir el potencial eléctrico , que se crea en una membrana de vidrio de un electrodo , que a su vez es función de las actividades de los protones a ambos lados de la membrana .

El pH es un parámetro que nos permite conocer si un suelo es ácido o básico , es un índice representativo del grado de saturación de bases , nos orienta del contenido de elementos nutritivos asimilables ( los que se encuentran formando parte del complejo de cambio ; las plantas sólo los van a absorber de la disolución del suelo o del complejo de cambio ) que hay en suelo .

El mayor grado de asimilación se da entre pH 6-7 , el pH del suelo suele oscilar entre valores de 2-12 unidades . Entre los valores extremos hay toda una gama , en función del pH del suelo podemos clasificar :

Hiperácido	pH<3,5
Muy ácido	pH 3,5-5
Ácido	pH 5-6,5
Neutro	pH 6,5-7,5
Básico	pH 7,5-8,7
Muy básico	pH >8,7

Si queremos una buena producción , hay que mantener el pH entre 6-7 ; 6,5 es el pH ideal para la mayoría de los cultivos .

El valor del pH también va a estar influenciado por el catión predominante en el suelo a estudiar :

• Cationes que proporcionan acidez ( proporcionan acidez en suelos

minerales ) :

• El Hidrógeno : proporciona acidez en suelos muy orgánicos

• El Aluminio : proporciona acidez en suelo minerales , aparece en suelos por debajo de pH=5 ( en forma soluble que es la única que influye en el pH ) .

• Cationes que proporcionan alcalinidad :

• En suelos con pH > 8,5-8,7 el catión predominante es el Sodio , va a producir alcalinidad y salinidad en los suelos .

• El Calcio aparece por encima de pH > 7,5

El pH del suelo proporciona mucha información :

• Disponibilidad de nutrientes

• Catión predominante

• Características de suelos ácidos , básicos y neutros :

• Suelos ácidos : el suelo está desaturado de bases porque van a predominar en el suelo cationes generadores de acidez . Presente aluminio o hidrógeno .

• Suelos neutros : grado de saturación de bases medio , por encima de pH 7'5 está saturado de bases ( no hay ni hidrógeno ni aluminio ) : puede haber calcio , magnesio , sodio , potasio .

• Suelos básicos : pH > 8'7 dominados por sodio ; pH > 7'5-8 pueden tener calcio .

El pH sufre fluctuaciones excepcionales en condiciones naturales ( verano , invierno ) , influyen lluvias ( dilución de los protones del suelo ) . Está relacionado con la asimilación de nutrientes por las plantas :

• N , S : están asimilables en un rango elevado de pH del suelo ( serán tomados por las plantas en amplio rango de pH )

• Al , Mn , Fe , Cu , Zn : están disponibles a pH de suelo ácido .

• Ca : disponible a pH de suelo del orden de 7'5-8 (básicos)

• Mo ( oligoelemento ) : únicamente a pH básico

• P : rango muy estrecho pH 6-7 ( 6'5 )

También es importante para el estudio de la contaminación de los suelos :

• En relación con metales pesados : según el pH del suelo los metales pesados podrán solubilizarse ( Cu , Zn , Fe ) . Modificando el pH del suelo puede evitarse la fitotoxicidad del Al ( tóxico para las plantas ) , utilizando calizas que suban el pH del suelo ( insolubilizando el Al y así no resulta tóxico para las plantas ) .

PROCEDIMIENTO

El pH puede determinarse en distintos medios : agua , KCl , paranitrofenol ; siempre indicando en qué medio se determina el pH ( si no determinamos se entiende que es agua ) , porque en cada medio da valores distintos .

• Al determinar pH en agua , determinamos la concentración de protones que está en la disolución del suelo .

• Al usar KCl obtenemos la concentración de iones ácidos fijados en el complejo adsorbente más la concentración de protones que hay en la disolución .

En primer lugar , tenemos que encender el pHmetro durante un rato , para que se estabilice y después procedemos a su calibración , con la ayuda de soluciones de pH conocido ( pH=4 y pH=7 ) .

• pH en agua :

Preparamos una suspensión de suelo en agua , para lo que se pesan 10 g de

suelo seco y tamizado , se colocan en un vaso de precipitados y se le añaden 25 ml de agua destilada ( removiendo el contenido de vez en cuando ) . Pasados diez minutos se efectuará la lectura con un pHmetro . Con este método obtenemos la acidez activa o actual del suelo ( concentración de protones existentes en la disolución del suelo ) .

• pH en KCl :

Se pesan 10 g de suelo seco previamente tamizado y se le añaden 25 ml de

una disolución de KCl 0'1 N , se agita y se espera 1 hora para efectuar la lectura en el pHmetro . Con esta medida obtendremos la acidez potencial o de cambio de suelo . La medida del pH en KCl suele ser del orden de 0'5 - 1 unidades de pH inferior al pH en agua . Esta disminución se debe a que el KCl desplaza a los cationes acidificantes ( H , Al ) del complejo de cambio , que son desplazados por el K hacia la disolución del suelo . El pH lo que refleja es la concentración de protones que había en la disolución junto a los procedentes del complejo de cambio y a los generados tras la hidrólisis del Al ( a esto se debe el carácter ácido del Al ) , debido al aumento de la concentración de protones , el pH disminuye .

RESULTADOS

• Medición del pH en distintos medios :

pH en agua ( 10 g de suelo + 25 ml de agua ) :

pH en KCl ( 10 g de suelo + 25 ml KCl 0'1 N ) :

La acidez total del suelo , será la suma de los dos resultados :

INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

La medida del pH en KCl suele ser del orden de 0'5-1 unidades inferior al pH en agua , en nuestro caso resultó ser 0'36 unidades inferior al pH en agua , debido a lo explicado en el apartado anterior .

Según el valor del pH los suelos pueden clasificarse en ácidos , básicos y neutros y se puede predecir el catión predominante .

pH en agua = 4'71 : nuestra muestra presenta un pH ácido , sería un suelo ácido ( pH 3'5-6'5 ) , desaturado de bases .

pH en KCl = 4'35 : el valor es inferior al de pH en agua , porque el KCl desplaza a los cationes acidificantes del complejo de cambio .

PRÁCTICA 2 : DETERMINACIÓN DEL CARBONO TOTAL

La determinación del Carbono total se realiza fundamentalmente para conocer el contenido de materia orgánica de la muestra . Se realizan dos procedimientos distintos :

Vía seca : consiste en calcinar el suelo y en función de la pérdida de peso que se produzca , se calcula el carbono . Este método es muy utilizado en turberas .

Vía húmeda : se realizan volumetrías de oxidación - reducción . Es el procedimiento que realizaremos . Consiste en oxidar el carbono que contiene la materia orgánica con dicromato potásico , en presencia de ácido sulfúrico ( para que el dicromato potásico actúe , el suelo tiene que ser ácido , por eso se le añade el ácido sulfúrico ) , de modo que a mayor contenido de materia orgánica mayor cantidad de oxidante consumido . El oxidante consumido se conoce a través de la valoración con una sustancia reducida ( sal de Mohr ) , con lo que la diferencia entre la cantidad de sustancia oxidante presente en el blanco y la presente en la muestra , nos indica la cantidad consumida por la materia orgánica existente en la misma .

1. MATERIALES

• Matraces Erlenmeyer 250 ml

• Probeta 50 ml

• Pipeta 25 ml

• Matraces aforados 250 ml

• Agua destilada

• Embudos

• Microbureta

• Balanza

• Estufa

2. REACTIVOS

• Ácido sulfúrico concentrado

• Cr2O7K2 1'8N

• Difenilamina al 1% en ácido sulfúrico concentrado

• Ácido fosfórico

• Sal de Mohr ( sulfato ferroso amónico )

3. PROCEDIMIENTO

Ataque del carbono :

Comenzamos con suelo seco ( 0'5 - 1 g ) , al que se le añade ácido sulfúrico concentrado y dicromato potásico de ataque . Se introduce en una estufa a 110ºC durante hora y media ( el calor facilita la oxidación de la materia orgánica ) , al mismo tiempo se realizan las mismas operaciones con un blanco . Se deja enfriar .

Valoración de la Sal de Mohr :

La Sal de Mohr es un compuesto cuya concentración varía con el paso del tiempo , se realiza la valoración para conocer su concentración exacta . Como reactivos se utiliza H2SO4 , Cr2O7K2 , difenilamina y ácido fosfórico ( que formará un complejo con el hierro de la Sal de Mohr ) . Se valorará hasta un viraje gris .

Valoración del blanco y de las muestras :

Se valoran el blanco y la muestra por separado , se les añade agua destilada , difenilamina ( indicador ) y ácido fosfórico . Se valoran por separado , con sal de Mohr hasta viraje gris .

4. RESULTADOS

• Peso inicial del suelo = 0'73 g

• Valoración de la sal de Mohr ( a partir de nuestra volumetría ) :

VSM = 8'1 ml

1ml x 1'5 M

NSM = = 0'185 M

8'1 ml

• Valoración del blanco y las muestras :

• Para el blanco , frente a la Sal de Mohr :

• Para la muestra , frente a la Sal de Mohr :

* El dicromato potásico se gastó en oxidar la materia orgánica , en la valoración que contenía a la muestra , de ahí que el volumen de Sal de Mohr que se necesite sea menor .

N = meq / V ml meq = N . V ml

mequivalentes ( reductor ) = mequivalentes ( oxidante )

0'185 x 4,3 = meq Cr2O7K2 ( iniciales , en el blanco )

• Al valorar el blanco , obtenemos los meq iniciales de Cr2O7K2 :

• Al valorar las muestras obtenemos los meq de Cr2O7K2 no consumidos :

meq SM = meq Cr2O7K2

meq SM = Vml . N

meq SM = 0'185 N . 4 ml = 0'74 = meq Cr2O7K2 no consumidos

• En realidad , lo que queremos calcular son los miliequivalentes de Cr2O7K2 consumidos :

meq iniciales Cr2O7K2 - meq no consumidos Cr2O7K2 = meq consumidos Cr2O7K2

0'795 - 0'74 = 0'055 meq Cr2O7K2 consumidos , gastados en oxidar el carbono

• Se sabe que 1 meq de Cr2O7K2 equivale ( oxida ) a 3 mg de C :

1 meq Cr2O7K2 3 mg de C

x= 0'163 mg de C

0'055 meq Cr2O7K2 x

• Los 0'163.10¯³ g de C procedían de una alícuota de 5 ml de un total de 250 ml , queremos saber la cantidad de carbono con respecto al total :

0'163.10¯³ g de C 5 ml de alícuota

y= 8'1.10¯³ g de C

y 250 ml del matraz

• Queremos expresar la cantidad de C en porcentajes ( relacionando la cantidad inicial de suelo con 100 g de suelo ) :

0'73 g de suelo 8'1.10¯³ g de C

z= 1'11% de C

100 g de suelo z (%)

• Por último , calculamos el porcentaje de materia orgánica mediante la siguiente expresión ( factor de equivalencia = 1'725 )

% de materia orgánica = %C . 1'725

% materia orgánica = 1'11 , 1'725 = 1'91% de materia orgánica

5. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

El contenido en C es variable de unos suelos a otros , depende también del uso del suelo , en Galicia :

Suelos no labrados	3-12% de C
Suelos cultivados	2-6% de C

Estas diferencias son debidas a que en los suelos cultivados el proceso de mineralización de la materia orgánica está acelerado , va a haber menos humus , la materia orgánica permanece durante poco tiempo en el suelo , por eso hay menos C .

Suelos < 1% de C	Muy mineralizados
Suelos 1-1,5 % de C	Mineralización media
< 3% de m.o.	Contenido bajo de m.o.
3-6% de m.o.	Contenido medio de m.o.
> 6% de m.o.	Contenido alto de m.o.

En Galicia es frecuente encontrar valores de hasta el 6-15 % de materia orgánica Debido al frío la biodegradación no está tan acelerada . En zonas mediterráneas un 3% ya es un contenido muy elevado . El color oscuro en suelos está relacionado con la cantidad de materia orgánica .

A partir de nuestros resultamos interpretamos :

• Nuestra muestra posee un contenido en carbono del 1'11% , por lo que podríamos incluirlo entre suelos de mineralización media ( 1-15% de C ) , podría tratarse de un suelo cultivado , donde el proceso de mineralización de la materia orgánica está más acelerado

• El contenido en materia orgánica es del orden del 1'91% , por lo que consideramos que el contenido en materia orgánica es bajo ( < 3% )

PRÁCTICA 3 : DETERMINACIÓN DEL FÓSFORO ASIMILABLE . MÉTODO OLSEN

1. FUNDAMENTO

El fósforo asimilable es el fósforo disponible para las plantas . Los iones que absorben las plantas se presentan en forma soluble y en forma de cambio . Dentro de estas dos formas las más fácilmente distinguibles son los iones que están en las disolución del suelo . Los iones necesarios en la nutrición vegetal se agrupan según las cantidades que necesiten :

Macroelementos o macronutrientes : N , P , K , Ca, S , Mg

Microelementos o micronutrienetes u oligoelementos : Fe , Ba , B , Cu , Zn , Mo

Un exceso de determinados elementos , sobre todo en forma asimilable , puede causar fitotoxicidad , por ejemplo el caso del Al en suelos ácidos y el del Na en suelos salinos .

La disponibilidad de nutrientes depende entre otros factores como el pH , así a pH ácido se encuentran en estado soluble ( o disponibles ) Al , Fe , Mn , Cu y Zn ; a pH básico se encuentran disponibles Ca , Mg y Mo :

• N , S y K : están disponibles por las plantas en un amplio rango de pH , mientras que otros como el P están disponibles en rango de pH muy estrechos , entre 6,5-7 , el P a pH ácido precipita con el Fe y con el Al formando fosfatos de Fe y Al , que son insolubles ( no asimilables ) ; a pH básico el P se une con el Ca para formar fosfatos bicálcicos también insolubles , así el rango de pH en que encontramos P disponible será muy estrecho .

• En el suelo existen formas insolubles de iones esenciales que pueden ser utilizados pero a largo plazo , cuando sean liberados de las estructuras que los contienen .

• El modo de conocer la cantidad de cada una de esas formas es efectuando una extracción de esos elementos mediante un agente extractante . Cada método comporta distintos resultados y hay que tenerlo presente a la hora de interpretarlos . El único ión que no se determina por una extracción de este tipo , es el N ( práctica ) .

Unos de los factores que más influyen en la disponibilidad es el pH .

El conocimiento del P asimilable es importante para determinar la fertilidad del suelo ( junto a N , K y Mg es uno de los más extraídos por los vegetales , al ser macronutriente es tomado en grandes cantidades ) .

Para determinar el P asimilable hay distintos métodos de extracción que usan distintos agentes extractantes y cada uno de ellos tiene distinta fuerza de extracción . Tres métodos :

Efectuar una extracción con ácido débil ( como acético muy diluido) , con este agente se consigue extraer el P soluble o inmediatamente asimilable , pero existe una mayor dificultad para extraer otro tipo de P ( por ejemplo el del complejo de cambio ) .

Método Olsen ( Práctica ) se considera que es el que mejor extrae el P asimilable .

Método Bray-Kurtz : utiliza como extractante una mezcla de ácidos fuertes , debido a su agresividad extrae además del P asimilable también una parte del asimilable a largo plazo ( el que está en forma de reserva ) .

Los resultados obtenidos son proporcionales a la agresividad del extractante : resultados bajos , altos e intermedios .

• Método Olsen : extracción del fósforo asimilable del suelo , usando como extractante bicarbonato sódico 0'5 N a pH 8'2 .

• Reactivos :

* NaHCO3 0'5 N a pH 8'2

* Solución A : tartrato de antimonio y potasio , molibdato amónico ,

H2SO4 y agua destilada .

* Solución B : ácido ascórbico + solución A

* Solución patrón de P : PO4H2K , H2SO4 concentrado y agua destilada

2. PROCEDIMIENTO :

Extracción : extracción del fósforo asimilable del suelo , con bicarbonato sódico 0,5 N pH = 8,2

Filtración : separación del suelo del extracto donde se encuentra el fósforo .

Cuantificación :

* Métodos clásicos : gravimetrías , volumetrías

* Métodos modernos : técnicas instrumentales , basadas en la medida de una propiedad física o química de la materia , que está en relación con la cantidad de materia ( sustancia ) . Son relativos , hay que hacer uso de patrones conocidos para poder establecer la relación de materia . La curva patrón es una representación gráfica que enfrenta la absorbancia frente a concentraciones conocidas .

Nosotros para determinar el P usamos una técnica experimental - colorimetría con ácido ascórbico : consiste en medir la intensidad de color de una sustancia , de modo que esa intensidad de color estará relacionada con la cantidad de sustancia ( la intensidad de color se mide mediante la absorbancia ) . En la práctica , cuanto más intenso más fósforo ( en el espectrofotómetro ).

Lo dividimos en tres pasos :

Preparación de la muestra :

Tomamos una alícuota del filtrado de 1 ml y le añadimos 2 gotas de ácido sulfúrico concentrado , agitamos suavemente para que expulse el CO2 . A la mezcla le añadimos 10 ml de solución B , si existe fósforo se desarrollará color azul , debido a que reacciona con el molibdato amónico de la solución A , que contiene solución B , formándose un complejo fosfomolíbdico , alcanzando la máxima coloración a los 10 minutos . Se efectúa la medida de absorbancia en el espectrofotómetro a 882 nm comparándola con la curva patrón .

Preparación del blanco :

Colocamos 1 ml de extractante ( NaHCO3 0'5 N a pH 8'2 ) en un matraz y añadimos 2 gotas de H2SO4 concentrado y 10 ml de solución B

Preparación de patrones para elaborar la curva patrón :

A partir de la disolución madre de 2 ml P/l se preparan los patrones , conteniendo 0'04 , 0'08 , 0'16 p.p.m. de P ( ml P/l ) . Se les añade una alícuota de solución extractante ( en igual cantidad que los ml de alícuota usados para las muestras ) , 2 gotas de H2SO4 concentrado y 10 ml de solución B . Mediremos la absorbancia a  = 882 nm para construir la curva patrón .

3. RESULTADOS

• Como tenemos que preparar 50 ml con cada patrón , tenemos que calcular el volumen que tenemos que tomar : V.N = V'.N'

Para P1 V.2 = 50 . 0'04 V = 1 ml

Para P2 V.2 = 50 . 0'08 V = 2 ml V de extractante

Para P3 V 2 = 50 . 0'16 V = 4 ml

Podemos observar como la absorbancia del P2 es el doble del P1 y el P3 el doble del P2 , en relación a sus concentraciones .

• Medidas de absorbancia en el espectrofotómetro a  = 882 nm

	ABSORBANCIA	CONCENTRACIÓN ( mgP/L )
P1	0'035	0'04
P2	0'07	0'08
P3	0'13	0'16
Muestra	0'05	Extrapolación en la curva patrón

• El resultado de la extrapolación resultó ser el siguiente :

• Como el resultado se muestra en relación a 1 litro , tenemos que calcular la cantidad de fósforo respecto al volumen que hemos utilizado ( 50 ml ) :

0'057 mg 1000 ml

x mg 50 ml

• Los 50 ml proceden a su vez de 1 ml de alícuota que hemos tomado de los 50 ml de extracto :

2'85.10¯³ 1 ml alícuota

y 50 ml de extracto

• Como los 50 ml de extracto están referidos a los 2'5 g de suelo que pesamos inicialmente , debemos relacionarlos con 1000 g para poder expresar el resultado en mg P/Kg :

0'1425 mg 2'5 g de suelo

z 1000 g de suelo

• El resultado también puede expresarse como mg de P2O5 :

Pm P2O5 = 141'94 mg 61'94 mg de P

X 57 mg de P

4. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

• Se considera por el Método Olsen la siguiente tabla :

0-1 mg de P/Kg de suelo	Suelo muy deficiente en P asimilable
1-3 mg de P/Kg de suelo	Suelo deficiente en P asimilable
3-6 mg de P/Kg de suelo	Suelo normal en P asimilable
6-10 mg de P/Kg de suelo	Suelo alto en P asimilable
>10 mg de P/Kg de suelo	Suelo muy alto en P asimilable

• Nuestra muestra tiene un contenido en P de 57 mg P/Kg , lo que supone > 10 mg P/Kg , por lo que el contenido en P asimilable de nuestro suelo es muy alto .

PRÁCTICA : DETERMINACIÓN DE LOS CARBONATOS TOTALES

En suelos calcáreos se determinan los carbonatos totales y las calizas .

Condiciones para que existan carbonatos :

• Que los aporte el material que da lugar al suelo

• Que se mantengan los carbonatos

En Galicia sólo hay en muy pocas zonas , en Mondoñedo , Becerreá , Courel , Barco de Valdeorras. Estos lugares tienen un clima húmedo , los carbonatos se disuelven y pasan a la forma de bicarbonato , salvo en el Barco de Valedoras porque hay un clima parecido al Mediterráneo . En otras zonas de España es más común . Por eso lo vamos a ver .

1. FUNDAMENTO

Se basa en medir el volumen de CO2 desprendido al atacar los carbonatos que contiene el suelo con HCl , en un depósito cerrado . El calcímetro más usado para esta determinación es el de Bernard .

2. PROCEDIMIENTO

Se coloca un peso conocido de CaCO3 en el Erlenmeyer del calcímetro y se humedece un poco la muestra . Se introduce también un tubo , dentro del Erlenmeyer , con HCl ( 1:1 ) y se cierra el Erlenmeyer . Se agita , para que el HCl reaccione con la muestra . Esta reacción produce un desprendimiento de CO2 , así el volumen de gas empuja la columna de agua del calcímetro . Cuando finaliza la efervescencia de la muestra y el descenso de la columna de agua , se mide en la escala del calcímetro el volumen de CO2 desprendido .

A continuación se realiza otra determinación , pero esta vez usando una muestra de suelo ( seco al aire y tamizado por 2 mm ) de peso conocido en el Erlenmeyer . Se coloca la misma cantidad de HCl y volvemos a agitar el Erlenmeyer . El HCl cae en la muestra de suelo y se desprende el CO2 del CaCO3 que contiene el suelo . Así medimos el volumen de CO2 que desprende ese suelo y después con una sencilla regla de tres podremos calcular el contenido en CaCO3 de ese suelo .

• La reacción que se va a producir es la siguiente ( para el calcímetro de Bernard ) :

CaCO3 + HCl CO2

• Se calcula haciendo una simple regla de tres :

P CaCO3 ( conocido ) Vml de CO2 ( conocido )

X g de CaCO3 en el suelo Vml de CO2 en el suelo ( conocido )

• El resultado se expresa en porcentaje :

X g de CaCO3 Peso conocido de suelo

% CaCO3 100 g de suelo

3. INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS

Los suelos saturados de Ca van a carecer de H y Al :

<1% CaCO3	No se considera calizo
2-5%	Poco calizo
5-80%	Calizo
>80%	Caliza excesiva

El gradiente de carbonatos en principio aumenta con la profundidad ( porque está más cerca de la roca ) .

Carbonatos excesivos en el suelo pueden producir clorosis férrica (amarilleamiento de hojas) porque el Ca bloquea la absorción del Fe ( la disponibilidad e nutrientes depende del pH del suelo , si hay Ca el pH será básico 8-8'5 , a esos pH el Fe es insoluble , puesto que el Fe es sólo soluble a pH ácido ) .

PRÁCTICA 4 : DETERMINACIÓN DEL NITRÓGENO TOTAL POR EL MÉTODO KJELDAHL

1. PRINCIPIO

El estudio del nitrógeno en suelos tiene doble importancia , primero , porque es un elemento esencial para el crecimiento de las plantas y segundo , porque su contenido total se relaciona con el de C ( C/N ) , que permite valorar distintas características biológicas de los suelos , como por ejemplo la humificación de la materia orgánica .

Determinaremos el N total , que incluye principalmente al N orgánico , aunque también a las formas minerales ( amonio , nitratos ) .

La determinación del N total mediante este método comprende tres pasos fundamentales :

Digestión : ataque o destrucción de la materia orgánica y transformación del N en sales amónicas .

Destilación : de las sales amónicas por arrastre en corriente de vapor de agua , después de liberar el amoníaco con sosa ( NaOH ) .

Valoración : del amoníaco recogido sobre ácido bórico con ácido clorhídrico .

2. REACTIVOS

• H2SO4 concentrado : ayuda a mineralizar la muestra , es decir , transformar el N orgánico en N mineral ) .

• Catalizador : aumenta la velocidad de reacción y también el punto de ebullición del H2SO4 ( el calor es necesario para que se rompan las estructuras y el N pase a forma amoniacal ) .

• Hidróxido sódico al 35% : para liberar el amonio durante la destilación .

• Disolución indicadora de ácido bórico : para poder efectuar la volumetría ácido-base .

3. PROCEDIMIENTO

• Preparación : introducimos 0'5 g de suelo seco en un tubo de digestión y añadimos 0'5 g de catalizador y 5 ml de H2SO4 concentrado . Se prepara un blanco de la misma manera , pero sin muestra .

Digestión : consiste en el ataque de la materia orgánica del suelo , produciéndose la conversión de las formas nitrogenadas orgánicas en nitrógeno amoniacal , es decir , la mineralización del nitrógeno .

Se introducen los tubos digestores en la batería de ataque , se empieza la digestión a 200ºC durante media hora y se continúa a 380ºC durante una hora y media . El líquido resultante ha de ser de color verdoso o azulado .

• Dilución de la muestra digerida : tras la digestión se sacan los tubos de la batería de ataque y se le añaden 50 ml de agua destilada y se deja enfriar .

Destilación por arrastre en corriente de vapor de agua : durante la destilación se añade sosa para liberar el amonio , que se convertirá en amoníaco ( NH3 ) . Durante la destilación se condensa como hidróxido amónico :

2 NH3 + 2 H2O 2 NH4OH

El hidróxido amónico se recoge sobre ácido bórico , que lleva incorporado un indicador . El ácido bórico se usa para recoger todo el amonio ( gas ) para que no vaya a la atmósfera .

NH4OH + H3BO3 ( NH4)3BO3 + H2O

Valoración : como el amonio es una base , efectuaremos una volumetría ácido-base , podremos usar HCl como ácido fuerte . Se valora hasta que la solución vire de azul ( color del indicador en medio básico ) a verde ( indicará que los miliequivalentes de base son iguales a los de ácido ) .

4. RESULTADOS

• Volumen de HCl cuando la solución se tornó de azul a verde :

Eq HCl = N.V(l)

Eq HCl = 0'1.1'3.10³

• En el momento en que el indicador torna de azul a verde ocurre :

Eq de ácido = Eq de base

Eq HCl = 1'3. 10ð = Eq NH4OH

1 Eq HCl = Pm NH4OH/1 = 35/1 = 35

1 Eq HCl 35 g de NH4OH

1'3. 10ð Eq HCl x

• Como 1 mol de NH4OH es igual a 35 g de NH4OH :

35 g de NH4OH 14 g de N

4'55. 10³ g de NH4OH y

• Queremos expresarlo en porcentaje :

1'82.10³ g de N 0'5 g de suelo

z 100 g de suelo

5. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

• El contenido total de N en suelos varía de 0,02% en subsuelos ( horizontes profundos ) a 2'5% en turbas . La capa arable de la mayoría de suelos contiene entre el 0'06-0'5% de N. El contenido de N suele ser mucho menor que de C .

Para interpretar el resultado utilizamos la siguiente clasificación :

0-0,05% de N total	Muy bajo
0,05-0,1% de N total	Bajo
0,1-0,2% de N total	Normal
0,2-0,4% de N total	Alto
>0,4% de N total	Muy alto

• Como nuestro valor de N total es igual al 0'34% consideramos que presenta un valor alto de nitrógeno .

• Utilizando los datos del C de la práctica anterior , podremos relacionar esta cantidad con la de nitrógeno total , es decir , puede calcularse la relación C/N . La relación C/N indica indirectamente el estado de fertilidad del suelo :

• Con los datos obtenidos sobre el contenido en C y N calculamos su relación :

C = 1'11 %

N = 0'364 %

* Valores elevados indican una mineralización incompleta de la materia orgánica y también un bajo estado de nutrientes

* Valores bajos indican que la materia orgánica y mineral están muy bien unidas , estableciendo uniones de tipo químico , relacionado con una buena humificación .

En los suelos agrícolas la relación C/N suele ser del orden de 10 .

La relación C/N define el tipo de humus que tiene el suelo , en base a esta relación:

Humus Mull	C/N 5-15
Humus Moder	C/N 15-23
Humus Mor	C/N " 25

• Como nuestra relación C/N es del orden de 3'05 no podemos incluirla dentro de ningún tipo de humus de esta clasificación , pero sí indicar que al tratarse de un valor bajo , podemos suponer que la materia orgánica y mineral están bien unidas , llegando a establecer uniones de tipo químico .

PRÁCTICA : DETERMINACIÓN DE LA NECESIDAD DE CAL DE UN SUELO

¿ En qué tipo de suelo , con que pH se echaría cal ?

A suelos con pH ácido se les añadiría cal para aumentar el pH , estos compuestos que se utilizan se llaman encalantes . Cuando queremos subir el pH tenemos que saber cuánta cantidad de encalante hay que echar . Estos métodos se basan en la sustitución del H de cambio de los suelos ácidos por calcio . Los métodos pueden agruparse en dos grupos :

• Métodos basados en la curva de neutralización del suelo , que consisten en añadir cantidades crecientes de base ( por ejemplo Ca(OH)2 ) y medir el pH , se traza una curva de neutralización en un sistema de coordenadas , representando el pH frente a los meq. de Na(OH)2 por 100 g de suelo .

Pesamos x gramos de suelo , sobre el suelo añadimos Na(OH)2 y desde que empezamos a medir el Na(OH)2 medimos también el pH . Sabiendo la cantidad que vamos añadiendo y el pH , podremos representar una curva .

pH

meq Ca(OH)2 / 100 g suelo

Si queremos saber la cantidad de cal que tenemos que echar al suelo a un pH determinado , lo que hacemos es interpolar en esta curva para obtener los meq necesarios .

• Otros métodos más rápidos ( el del ábaco ) : para realizarlo hay que tener en cuenta los resultados de pH en cloruro potásico ( necesitamos conocer 4 valores ) , resultados del pH en paranitrofenol , valores de materia orgánica y textura del suelo .

La necesidad de cal se calcula a partir del ábaco que aparece en el guión , que consiste en :

• eje y : necesidad de cal para que vaya el suelo a un pH determinado .

• eje x : el óxido de calcio por hectárea de suelo en quintales métricos ( parte inferior ) , en la parte superior del eje x vienen los valores de pH en paranitrofenol ( 5'8,5'9... ) . En todos los ejes paralelos al eje x hay quintales métricos de óxido de calcio ( CaO ) por hectárea ( CaO/Ha ) .

• El porcentaje en materia orgánica viene en un cuadrado al lado de la gráfica y se mira a que altura está el suelo en relación a la gráfica ( ábaco ) .

• Se observa que el pH oscila entre valores de 4-7 , como máximo lo podremos llevar a 7 .

Los suelo se oponen ( ofrecen resistencia ) a cambios de pH , por la carga que tienen .

Ej: Para llevar el suelo a un valor de pH 7 ¿ cuál será el óptimo para suelos limosos? La gráfica va a tener limitaciones porque no se puede utilizar para aquellos suelos con pH en paranitrofenol inferior a 5,8 .

Ej: Sabiendo que el valor de pH del KCl es de 5,5 , el pH en paranitrofenol es de 5,8 y el suelo tiene un contenido en materia orgánica < 10% y una textura arenolimosa :

5,5

AL

5,8

CaO/Ha

• Calcular la necesidad de cal expresada en quintales métricos de CaO/Ha para llevar un suelo a pH 7 , que tiene un pH en KCl de 5'5 y un pH en paranitrofenol de 6'4 , textura arenolimosa y un contenido en materia orgánica del 7% .

Mirando en el ábaco encontramos una necesidad de cal de 36-38 quintales métricos de CaO/Ha , si lo quisiéramos llevar a pH 6'5 no variaría el resultado .

• Expresar el resultado anterior en Kg de caliza/Ha , sabiendo que esa caliza tiene un 80% de CaCO3 ( es la caliza agrícola) .

1Qm 100Kg

x = 3600 Kg de cal

36Qm x Kg

Ahora hay que saber cuántos Kg de CaO tiene la caliza CaCO3

[Pm CaCO3 (g) . 10¯³ (para pasar a Kg)] [PmCaO. 10¯³ Kg de CaO]

100.10³ Kg de CaCO3 56.10³ Kg de CaO

X Kg de CaCO3 3600Kg de CaO

100Kg de caliza agrícola 80Kg de CaCO3

y Kg caliza agrícola 6428'57 Kg de CaCO3

PRÁCTICA : DETERMINACIÓN DE LAS BASES O CATIONES DE CAMBIO (S) Y DE LA CAPACIDAD TOTAL DE INTERCAMBIO DE CATIONES CON UNA DISOLUCIÓN TAMPONADA . MÉTODO : ACETATO AMÓNICO a pH 7

• Parámetros que se utilizan para definir el complejo de cambio del suelo :

• Cationes de cambio : 2 tipos

* Bases de cambio o cationes básicos : Ca , Mg , Na , K ( no son bases

químicas ) .

* Cationes ácidos : Al , H , confieren acidez al suelo .

• Grado de saturación en bases , expresado en V (%) y en porcentaje , que representa la cantidad de bases de cambio presentes en un suelo con respecto a la de cationes totales intercambiables .

CIC = cationes totales intercambiables , capacidad de intercambio catiónico

total

S = suma de bases de cambio = Ca + Mg + Na + K

V(%) = se expresa en cmol/Kg de suelo o cmol c/Kg

• Capacidad de intercambio catiónico ( capacidad de cambio ) : cantidad máxima de cationes que el suelo puede adsorber . CIC = capacidad total que se determina utilizando un disolución tampón a un pH determinado ; CICE = capacidad de cambio efectiva o real , que se determina al pH del suelo ( en una disolución tamponada ) ; en ambos casos nos da la máxima cantidad de cationes que el suelo puede adsorber .

S = suma de bases

El suelo puede absorber tanto ácidos como bases

Considerando el grado de saturación :

El CICE puede calcularse directamente o bien calculando por separado CIC = S + H + Al , la diferencia entre uno y otro es que para determinar el CIC determinamos nosotros el pH .

En suelos calizos el grado de saturación es del 100% , todo el complejo de cambio está saturado de bases ( de Ca en este caso ) . Se considera :

V > = 88 %	Suelos muy saturados
V entre 88-45 %	Suelos saturados a poco saturados
V 45 - 15 %	Suelos desaturados

• ¿ De qué depende la capacidad de intercambio catiónico del suelo? :

• De la materia orgánica ( porque tiene carga negativa ) , de la naturaleza de los coloides ( arcillas , que tienen carga negativa , excepto caolinita ) . Dependiendo del tipo de arcilla tendremos más o menos carga negativa , por eso dependen del tipo y cantidad de materia orgánica ( porque no todos los componentes del suelo tienen la misma capacidad de disociarse ) y arcilla .

Una oscilación entre 100-300 cmol c/Kg de humus se debe a los distintos tipos y cantidad de materia orgánica . Interpretación de los valores de CIC ( depende del contenido y tipo de minerales de arcilla y componentes orgánicos ) :

Materia orgánica	100 - 300 cmolc.kgð de humus
Vermiculita	120 - 150 cmolc.kgð de arcilla
Esmectita	80 - 150 cmolc.kgð de arcilla
Clorita	10 - 40 cmolc.kgð de arcilla
Ilita	10 - 40 cmolc.kgð de arcilla
Caolinita	1 - 10 cmolc.kgð de arcilla

¿ Cómo se determinan las bases de cambio ? ( sólo hablamos de Mg , K , Na , Ca , H y Al , porque los otros iones están en cantidades mínimas ) ¿ Cómo puede determinarse la capacidad de cambio ?

1. FUNDAMENTO

Este método está basado en la saturación del complejo de cambio del suelo con un catión extraño al mismo , mediante percolación de una disolución que desplaza los cationes intercambiables de sus posiciones originales . Estos son determinados en el percolado , mientras que el catión retenido , que representa la capacidad total de intercambio de cationes ( CIC ) , es desplazado por una nueva percolación y determinado en el lixiviado .

Hay dos grupos de métodos :

Disolución tamponada : como por ejemplo acetato amónico a pH 7 , que es la práctica que se describe , proporcionan la CIC a un pH determinado ( capacidad de intercambio catiónico máximo que puede tener el suelo ) .

Disolución no tamponada : al pH del suelo ( no usan disoluciones tampón ) , proporcionan la capacidad de cambio efectiva o real ( CICE ) .

Los resultados van a ser distintos , ya que los métodos que usan disoluciones tamponadas elevan el pH del suelo , al elevar el pH del suelo hay algunos componentes del suelo que generan más carga negativa ( por ejemplo la

materia orgánica ) , cuanta más carga negativa en el suelo mayor será el valor de la capacidad de cambio .

2. REACTIVOS

• Disolución del catión saturador : Acetato amónico ( actúa como el catión extraño ) 1N a pH 7 .

• Disolución del catión reemplazador : NaCl 10% acidulado

• Solución de lavado : Etanol al 95% ( libre de amonio )

• NaOH 1N

• H3BO3 2%

• H2SO4 0'01 N valorado

• Indicador mixto verde de bromocresol + rojo de metilo

MÉTODO

En la percolación el ión amonio desplaza a los cationes ( bases en este caso ) de sus lugares ; en el suelo quedará el acetato amónico ocupando las posiciones de las bases que pasarán al percolado .

Se usa alcohol para lavar todo el amonio que no esté adsorbido y que pueda haber en las paredes del tubo , así sólo pasa al percolado el que formaba parte del complejo de cambio . Sobre el suelo saturado en amonio , se desplaza todo el amonio del complejo de cambio con otra disolución percolante , que puede ser el NaCl , en este caso el Na desplazará todo el amonio . El amonio pasará al percolado y se destila el amonio resultante . Lo valoramos con un ácido y representamos la cantidad máxima de cationes que el suelo puede adsorber

( las cargas negativas estaban saturadas por el amonio - CIC - ) .

PRÁCTICA : MICROMORFOLOGÍA DEL SUELO

Estudia la organización del suelo a nivel microscópico y consiste en el estudio del suelo en lámina delgada , de muestras no perturbadas , con microscopio polarizante . Se recogen en cajas metálicas , llamadas cajas Kubiena , mantienen la organización espacial de la muestra ( poros , minerales , raíces ...) y sin alterar la muestra se impregna con una resina ( endurece el suelo ) , una vez endurecido se cortan las cajas con sierra de diamante en láminas ( lámina delgada ) .

Una vez que tenemos las láminas delgadas preparadas se observan al microscopio de luz polarizada . Permite describir muchas cosas :

• Huecos : importancia especial para la circulación del agua , gases ..., se pueden describir muchas características .

• Huecos de empaquetamiento : distribuidos al azar , con empaquetamiento , son huecos fuertemente interconectados , son funcionales frente al agua y aire ( para que circule con facilidad ) .

• Cavidades y vesículas : huecos de mismo largo y ancho , pero que no presentan conexión entre ellos , ineficaces para el movimiento del agua y aire .

• Canales ( huecos tubulares ) y cámaras ( huecos equidimensionales y conectados por canales ) , ambos son buenos comunicantes .

• Interpretación :

• La existencia de cámaras y canales indica una intensa actividad biológica , generalmente debido a la fauna edáfica ( ejemplo lombriz ) .

• Las vesículas indican una mala permeabilidad

• Cada tipo de hueco es indicativo de ago

En lámina delgada también es importante observar los edaforrasgos ( rasgos que quedan en el suelo y que son reflejo de procesos que ocurrieron en la formación del suelo ) . Cabe distinguir seis clases de edaforrasgos :

Edaforrasgo textural : concentración de una fracción granulométrica ( generalmente de arcilla ) , relacionada con traslocaciones ( se movió de un lugar a otro ) .

Edaforrasgo de empobrecimientos : asociados a la pérdida de componentes químicos , como pérdida de hierro , carbonato cálcico .

Edaforrasgo cristalino : consiste en cristales que se considera se han formado “ in situ “ de cualquier tamaño visible al microscopio , como por ejemplo acumulación de yeso .

Edaforrasgo amorfo y criptocristalino : material isotrópico entre nícoles cruzados . Corresponden a acumulaciones de hierro y manganeso en suelos hidromorfos .

Edaforrasgo excremental : asociados con excrementos de fauna del suelo , proporciona información sobre el tipo de animal e intensidad de la actividad de la fauna .

Edaforrasgo de fábrica : difiere del material adyacente sólo por la disposición espacial de los constituyentes , partículas sólidas y huecos asociados .

NSM = 0'185 M

meq Cr2O7K2 iniciales = 0'795

meq Cr2O7K2 no consumidos = 0'74

meq Cr2O7K2 consumidos = 0'055

0'163.10¯³ g de C ( respecto a los 5 ml de alícuota )

8'1.10¯³ g de C ( con respecto al total de 250 ml del matraz )

1'11% de C

1'91% de materia orgánica

pH ( H2O ) = 4'71

pH ( KCl ) = 4'35

ACIDEZ TOTAL = pH ( H2O ) + pH ( KCl ) = 4'71 + 4'35 = 9'06

VSM = 4'3 ml

VSM = 4 ml

Concentración de la muestra = 0'057 mg P/l

x = 2'85.10¯³ mg de P en 50 ml de disolución

y = 0'1425 mg

z = 57 mg P/Kg

X = 130'62 mg de P2O5

V = 1'3 ml de HCl 0'1 N

Eq HCl = 1'3.10ð

Eq HCl = 35 g de NH4OH

x = 4'55.10³ g de NH4OH

y = 1'82. 10³ g de N

z = 0'364 % de N

<10% de m.o. se tiene en cuenta la textura , se traza una recta que llegue hasta el punto de corte , desde arenolimoso en este caso

C/N = 3'05

Bajamos hasta el eje X que es para pH 7 porque queremos llevar este suelo a pH 7

X = 6428'57 Kg de CaCO3

y = 8035'71 Kg de caliza agrícola

CIC = S + H + Al

V(%) = S/CIC x 100

V(%) = Ca + Mg + Na + K x 100

CIC ( o CICE )

S

V(%) = x 100

S + Al + H