1.1: Introducción
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El suelo es el medio para el crecimiento de las plantas en la superficie terrestre. La mayor parte del suministro mundial de alimentos proviene de plantas que crecen en el suelo (los océanos y los lagos suministran algo de alimento). El suelo sirve como hábitat para miles de especies de animales, insectos y microorganismos. Los suelos soportan edificios, autopistas y otras estructuras. Los suelos capturan agua de lluvia y nieve derretida para recargar nuestras preciosas aguas subterráneas. Los suelos también adsorben contaminantes del aire y del agua. Los microorganismos del suelo constituyen el componente principal de la vida en la tierra y causan muchas transformaciones bioquímicas importantes esenciales para nuestras vidas.
A lo largo de la duración de este curso, profundizarás en los conceptos y entendimientos de cada una de las siguientes subdisciplinas, o áreas focales de interés, dentro de la disciplina de la ciencia del suelo:
Por naturaleza de estas subdisciplinas, la ciencia del suelo es inherentemente un campo interdisciplinario. Para este primer laboratorio, comenzaremos a aprender un poco más sobre esta ciencia interdisciplinaria entendiendo los fundamentos de la formación del suelo, las características del suelo y los métodos utilizados para identificar y describir los suelos.
FORMACIÓN DE SUELO
El suelo se define como: “un cuerpo natural compuesto por sólidos (minerales y materia orgánica), líquidos y gases que se producen en la superficie terrestre, ocupa espacio, y se caracteriza por uno o ambos de los folículos debidos: horizontes, o capas, que se distinguen del material inicial como resultado de adiciones, pérdidas, transferencias y transformaciones de energía y materia o la capacidad de sustentar plantas enraizadas en un entorno natural” (Keys to Soil Taxonomy, 2012).
Los suelos existen en tres dimensiones (pedón; cuerpos tridimensionales) que contienen material inorgánico y orgánico generalmente dispuestos en capas desde la superficie terrestre hacia abajo hacia la tierra. Estas capas de capa superior del suelo y subsuelo (siendo aproximadamente paralelas a la superficie del suelo) se denominan horizontes. Una sección vertical bidimensional del suelo que se extiende a través de estos horizontes hacia abajo hasta el material padre se llama perfil.
Los suelos se forman en su lugar con base en cinco factores naturales formadores del suelo, entre ellos: 1) Clima; 2) Organismos; 3) Alivio; 4) Materiales Padres; Y, 5) Tiempo (Figura 1). Colectivamente, estos cinco factores contribuyen a la función de formación del suelo (S), S= f (Cl, O, R, P, T...), también conocida como pedogénesis. Como sugiere el diagrama, la formación del suelo es un continuo. Como cualquier factor o influencia cambia, el producto final del suelo variará. Un número infinito de combinaciones de procesos de formación del suelo producen muchas propiedades diferentes del suelo.
Comprender el papel de cada factor formador de suelo nos permite comprender o predecir la ocurrencia del suelo.
Estos cinco factores formadores de suelo también trabajan a través de cuatro importantes procesos de formación del suelo (Cuadro 2), considerados en los siguientes cuatro grupos: 1) Adiciones; 2) Pérdidas; 3) Transformaciones; Y, 4) Translocaciones.
| Factor de formación del suelo | Ejemplo |
|---|---|
| Clima | Temperatura, precipitación, evaporación |
| Organismos | Vegetación, fauna, influencia humana |
| Alivio | Pendiente, erosión/sedimentación, posición de ladera |
| Material padre | Mineralogía, roca rocosa, especies químicas presentes, textura |
| Tiempo | Cambio de condiciones de contorno |
|
Proceso de formación de suelos |
Ejemplo |
|---|---|
| Adiciones | Materia orgánica, fertilizantes, deposición de polvo, otros suelos minerales |
| Pérdidas |
Movimiento del suelo a través del viento o del agua, O compuestos químicos lixiviados, erosionados o cosechados del suelo |
| Transformaciones |
Resistencia química o física a la intemperie de partículas o componentes del suelo |
| Translocaciones |
Movimiento de componentes del suelo (orgánicos o minerales) entre horizontes dentro de un perfil de suelo |
Si bien estos factores y procesos contribuyen a la formación natural del suelo, también se reconoce que la formación del suelo también se ve impactada por lo que se conoce como, “el factor humano”. Como tal, todos participamos en la formación, conservación y protección del suelo. A medida que manipulamos la superficie terrestre, podemos mejorar o degradar nuestra calidad de vida. Independientemente del efecto, nos hacemos responsables de la administración de nuestra tierra, y la buena administración de la tierra requiere que entendamos las propiedades y procesos de los suelos.
MORFOLOGÍA DEL SUELO, PROPIEDADES
Los suelos se forman a partir de materiales parentales, los cuales son actuados por los cuatro procesos básicos de formación del suelo mencionados. Estos cuatro procesos ayudan a distinguir los suelos de las capas de materiales depositados por procesos geológicos. La medida en que ocurren estos cuatro procesos básicos ayuda a diferenciar los suelos.
Horizontes de Suelo
El horizonte es diferente de las capas por encima y por debajo de él en el mismo suelo. En total, hay cinco horizontes principales del suelo, llamados horizontes maestros del suelo, que se distinguen por su color, composición y otras características.
O horizonte
Un horizonte O consiste en material orgánico depositado sobre la superficie mineral. A menudo, se pueden reconocer diversas etapas de descomposición, con material fresco en la superficie y material en descomposición debajo.
La mayoría de los suelos no tienen un horizonte O o, en el mejor de los casos, solo tienen un horizonte O delgado ya sea porque los microorganismos del suelo descomponen rápidamente el material orgánico, o bien se deposita muy poco material orgánico en la superficie del suelo debido a la falta de crecimiento vegetativo. Sin embargo, algunos suelos forestales pueden tener una acumulación apreciable de materia orgánica como horizonte O. Esto puede consistir en hojarasca de hoja ancha o más comúnmente como una gruesa capa de agujas de pino.
Un horizonte
El horizonte A es el horizonte mineral caracterizado por un color oscuro causado por una acumulación de materia orgánica (humus) mezclada en el suelo mineral. Los horizontes suelen tener una alta actividad biológica. A horizontes pueden ser lixiviados de arcilla, pero permanecen oscuros debido a la reposición de materia orgánica. La mayoría de los suelos tienen un horizonte A. Algunos suelos pueden carecer de un horizonte A ya sea porque son muy jóvenes o han sido severamente erosionados.
E horizonte
El horizonte E es de color claro comparado con el horizonte A arriba o el horizonte B abajo. El horizonte E es la zona de máxima eluviación. La eluviación es la lenta eliminación de arcilla fina y material orgánico mediante la filtración de agua a través del suelo. El horizonte E generalmente se encuentra en suelos arenosos que reciben altas precipitaciones bajo vegetación forestal.
Horizonte B
El horizonte B es el horizonte mineral habitual y que ocurre debajo de un horizonte A o E y por encima de una C
horizonte. El horizonte B es la zona de máxima iluviación. La iluviación es el proceso de acumulación de arcilla, óxidos de hierro o aluminio, humus, o alguna combinación de estos materiales desgastados en el lugar o lixiviados por eluviación desde los horizontes suprayacentes. Algunos suelos carecen de horizonte B porque son demasiado jóvenes para que los materiales hayan tenido tiempo de moverse hacia abajo mediante la filtración del flujo de agua.
Horizonte C
El horizonte C es la capa de materiales terrestres no consolidados que presentan la menor evidencia de desintegración física, descomposición química y desarrollo radicular. El horizonte C es material padre desgastado a partir del cual pueden desarrollarse los horizontes A, E y B. El material padre para cualquier horizonte es el material a partir del cual se desarrolló ese horizonte.
Capa R
La capa R consiste en el material de roca dura subyacente. Granito, basalto, arenisca y piedra caliza son ejemplos comunes de material de capa R. Las capas R no se consideran suelo.
Subdivisiones/Subíndices
En el campo, los horizontes maestros del suelo pueden subdividirse para observar características especiales del suelo. Algunas de las características más comunes son los efectos del arado (Ap), el desarrollo de un nuevo horizonte B (Bw), el anegamiento (Bg o Cg), la acumulación de carbonatos (Bk) o arcilla (Bt) y el material parental de roca blanda (Cr). Un AB
símbolo representa un horizonte entre la A y la B, que tiene algunas propiedades de cada horizonte.
Color del suelo
El color es una de las características físicas más importantes del suelo. Se puede utilizar para diferenciar entre varios horizontes de suelo (capas de suelo), para estimar el contenido de materia orgánica, para evaluar la clase de drenaje del suelo y para evaluar muchas otras condiciones del suelo. El Sistema de Color Munsell, aprobado por la Oficina Nacional de Estándares, se utiliza para identificar el color del suelo. El Sistema de Color Munsell ha sido desarrollado internacionalmente para describir cualquier color en cualquier lugar. No tiene nada que ver, directamente, con el suelo.
En el Sistema de Color Munsell, tres partes componentes describen los colores: matiz, valor y croma (siempre designados exactamente en este orden). El tono es la variable espectral. El matiz representa uno de los colores dominantes del arco iris, por ejemplo, amarillo o rojo. El valor representa la relativa oscuridad o ligereza del color. La croma representa la pureza, fuerza o saturación de un color. Los colores que tienen cero croma son de gris a negro.
Un libro de colores Munsell se utiliza para identificar el color del suelo. Las páginas del libro muestran fichas de varios colores, que coinciden lo más posible con el color del suelo en el campo. Cada página representa un matiz diferente. Las páginas comunes utilizadas para estudios de suelos incluyen tonos 10R, 5YR, 10YR y 2.5Y. La letra R representa Rojo y la letra Y representa Amarillo. Los suelos rojos son comunes cuando los óxidos de hierro son abundantes en el perfil del suelo. Las páginas van desde 2.5R (rosa) y 5R (yel owish pink), ambas raramente utilizadas, hasta 7.5R (naranja rojizo) a 10R (naranja rojizo oscuro; comúnmente asociadas con óxidos de hierro). Los tonos, que consisten en cantidades crecientes de amarillo mezclado con rojo, se designan como 2.5YR (naranja parduzco), 5YR (marrón fuerte), 7.5YR (marrón moderado) y 10YR (marrón medio). A medida que se elimina el rojo, se enfatiza más amarillo con 2.5Y (marrón oliva claro) y 5Y (oliva moderado). Para algunos suelos fuertemente inundados, que no tienen gas oxígeno libre, los colores son azul muy oscuro, verdoso oscuro, gris azulado opaco o negro.
En cada página del Libro de Colores Munsell, el valor se enumera en orden numérico creciente desde la parte inferior hasta la parte superior de la página (vertical y). Las filas inferiores en la parte inferior de la página tienen valores bajos y son de color oscuro. Las filas superiores en la parte superior de la página tienen valores más altos y son de color más claro.
Las columnas de color que van de izquierda a derecha (horizontalmente) dan el croma. Las columnas de la izquierda (croma bajo) representan colores grises o pálidos. Las columnas de la derecha (croma alto) son de colores más profundos o brillantes. Así, un solo tono tiene muchas combinaciones de un valor y un croma.
La notación de color Munsel consiste en el nombre del color seguido por la secuencia, matiz, valor/croma (es decir, 5 YR 3/2). Un suelo marrón es designado por la notación 10YR 5/3. El nombre del color se encuentra en la página que mira hacia la carta de colores.
Textura del Suelo
La porción sólida de los suelos consiste principalmente en partículas minerales (generalmente más del 95% en masa) mezcladas con materiales orgánicos. Estas partículas minerales se dividen en fragmentos gruesos mayores a 2 mm de diámetro (denominados grava), y partículas más finas de menos de 2 mm de diámetro.
La fracción de partículas finas se divide en clasificaciones arbitrarias de tamaño conocidas como separaciones del suelo. Las tres separaciones de suelo son arena, limo y arcilla. Estas tres separaciones permanecen esencialmente constantes durante su vida en cualquier suelo dado. La clasificación por tamaño de estas separaciones de suelo se muestra en el Cuadro 3.
| Partículas |
Diámetro (mm) |
|---|---|
| Arena | 2.0 a 0.05 |
| Limo | 0.05 a 0.002 |
|
Arcilla |
menos de 0.002 |
La textura del suelo se define por la proporción relativa de arena, limo y arcilla. La textura del suelo permanece constante para cualquier suelo dado durante su vida útil. Debido a que la textura se limita a la arena, el limo y la arcilla, se excluyen otros componentes del suelo, como el agua, el aire, la materia orgánica y los materiales inorgánicos mayores de 2 mm, aunque se pueden incluir gravas y adoquines como modificadores del nombre textural. La textura se aplica solo a suelos minerales. Los suelos orgánicos como turba y lodo, no tienen textura.
El porcentaje se determina multiplicando la fracción decimal de dos números por 100%. El símbolo% significa “por ciento” que puede traducirse matemático y para significar “per” = dividir por el número, y “ciento” = 100. Así% significa “dividir por 100" que es lo mismo que multiplicar por (1/100). Así, multiplicar por 100% es lo mismo que multiplicar por 100 x (1/100) que equivale a 1.0. Por lo tanto, multiplicar cualquier fracción decimal por 100% no cambia el valor de la fracción decimal original porque es lo mismo que multiplicar por 1.0. Tenga en cuenta que es incorrecto multiplicar sólo por 100. La forma correcta es multiplicar por 100%, no solo por 100.
Los porcentajes de arena, limo y arcilla se calculan a partir de datos de laboratorio de acuerdo con las siguientes definiciones:
\[ \mathrm{\%Sand = \dfrac{mass\;(g)\;of\;sand}{mass\;(g)\;of\;sand+silt+clay}\times100 \%} \nonumber\]
\[ \mathrm{\%Silt = \dfrac{mass\;(g)\;of\;silt}{mass\;(g)\;of\;sand+silt+clay}\times100 \%} \nonumber\]
\[ \mathrm{\%Clay = \dfrac{mass\;(g)\;of\;clay}{mass\;(g)\;of\;sand+silt+clay}\times100 \%} \nonumber\]
Recuerde, por ciento (%) se define como partes por cien (pph).
Ejemplo: Se obtuvieron los siguientes datos sobre una muestra de suelo:
masa de arena = 15.5 g
masa de limo = 17.0 g
masa de arcilla = 17.5 g
masa total de suelo inorgánico seco < 2 mm de diámetro = 50.0 g
\( \%Sand = \dfrac{15.5\; g\;sand}{50.0\; g\; dry\; soil}\times100 = 31.0\% \)= 31.0 pph de arena en el suelo
\( \%Silt = \dfrac{17\; g\; silt}{50.0\; g\; dry\;soil}\times100 = 34.0\% \)= 34.0 pph limo en suelo
\( \%Clay = \dfrac{17.5\; g\; clay}{50.0\; g\; dry\;soil}\times100 = 35.0\% \)= 35.0 pph de arcilla en el suelo
Los suelos que tienen texturas similares se pueden agrupar en clases de suelos que tienen características y comportamiento similares. Doce clases texturales del suelo se dan en el triángulo textural (Fig.2). Las clases texturales proporcionan una manera de expresar la textura del suelo sin referirse específicamente a los porcentajes de cada uno por separado.
Cuando se conocen dos de los tres porcentajes, la clase textural del suelo se puede determinar a partir del triángulo. Es por ello que solo se requieren dos ejes para trazar la clase textural para cualquier suelo dado.
Localice el porcentaje de arena a lo largo de la parte inferior (eje horizontal) del triángulo. Localiza el porcentaje de arcilla a lo largo del eje izquierdo del triángulo. Muévete hacia arriba desde el porcentaje de arena y hacia la derecha del porcentaje de arcilla hasta que estas dos líneas proyectadas se crucen. Este punto de intersección corresponde a la clase textural correspondiente a esta porción particular designada en el triángulo.
Si un suelo cae en el borde de una textura (entretexturas), los científicos del suelo han adoptado la convención de agregar 1% de arcilla al valor real y reportar el nombre de clase textural asociado a esta adición de 1% de arcilla. La razón para tomar esta decisión se basa en el hecho de que el contenido de arcilla es el más difícil de analizar de las tres separaciones de suelo.
La clase textural de un suelo puede ser determinada por varios métodos que van desde pruebas de campo rápidas y simples hasta técnicas de laboratorio más involucradas. El método de “campo” o “sentir” es el más sencillo de conducir, pero es el menos preciso debido a las diferencias entre los individuos. El método de sensación es cualitativo más que cuantitativo. El método de sensación consiste en humedecer el suelo, amasar la masa de tierra humedecida con los dedos para mezclar bien las partículas y sentir las partículas para determinar la textura. La precisión de estimar la textura del suelo mediante este método mejora con la experiencia. Se proporcionan ejemplos de las texturas del suelo utilizando el método de sensación en forma descriptiva.
Determinación de la Clase Textural del Suelo por el Método “Sentimiento/Campo”
La clase textural del suelo se puede estimar observando y sintiendo el suelo en condiciones secas, húmedas y húmedas. El rango de tamaño de las separaciones y su sensación cuando están húmedas se enumeran en la Tabla 4.
|
Suelo separado |
Diámetro (mm) |
Sensación: condición húmeda |
|---|---|---|
| Arena | 2.0 — 0.05 | Arenoso |
| Limo | 0.05 — 0.002 | Suave, aterciopelado, mantecoso |
| Arcilla | < 0.002 | Pegajoso, plástico |
Estructura del Suelo
La estructura del suelo es la disposición de las partículas individuales del suelo en agregados que están separados por superficies de debilidad. Los agregados estructurales, que se llaman peds, comprenden varios tipos dependiendo de su forma: granulares, blocky, prismáticos, columnares y laminares. La definición tiene dos partes: agregación y separaciones. Si la condición de un suelo no satisface ambas partes de la definición, es sin estructura. Así, no todos los suelos tienen estructura. Las dos condiciones sin estructura son de grano único (sin agregación) y masiva (sin patrones de separación).
Estructura granular del suelo... ocurre con mayor frecuencia en el horizonte A. La estructura granular se forma como resultado del humus del suelo atrayendo fuertemente a la superficie del limo y partículas de arcilla del suelo. Esta atracción multiplicada a lo largo de muchos años crea agregados. La unión entre el humus de un agregado y el siguiente es menor que la unión del humus a las partículas de limo y arcilla. En consecuencia, los agregados actúan de manera independiente. El humus hace que los agregados individuales se dispongan tanto como los mármoles en una disposición aleatoria con muchos huecos o espacios de poro entre los agregados. Estos poros permiten una rápida permeabilidad al agua. Estos mismos poros permiten un rápido movimiento del aire y permiten una fácil penetración de la raíz. La estructura granular se optimiza en presencia de las raíces muy finas de los pastos. La estructura granular se puede formar dentro de los 50 a 100 años de exponer el nuevo material parental.
Estructura de suelo en bloques... se encuentra más comúnmente en el horizonte B. La estructura en bloques se produce como resultado del largo y lento proceso de partículas de arcilla que se mueven desde el horizonte A (eluviación) y se lixivian hacia el horizonte B (iluviación). A medida que estas partículas de arcilla se acumulan en el horizonte B, se asientan dentro de los poros existentes. En consecuencia, los poros del suelo se revientan con estas partículas de arcilla il uviada. Con el tiempo, más de estos poros se vuelven llenos de arcilla, apretando así los poros más apretados y reduciendo la permeabilidad al agua, el movimiento del aire y la facilidad de penetración de la raíz. Estos agregados individuales toman una apariencia similar a un bloque.
Estructura prismática del suelo... generalmente se forma después de que se haya formado la estructura en bloque en el horizonte B de un suelo. La estructura prismática suele asociarse a suelos que se han formado en ambientes semiáridos y áridos donde el suelo se seca a una profundidad considerable durante algún período del año. Esto pul s los bloques separados y eventualmente conduce a un grupo entero de bloques que actúan como prisma vertical. Estos prismas forman zonas de debilidad entre los prismas verticalmente. Durante las primeras lluvias de la estación húmeda, el agua desciende rápidamente a lo largo de estos prismas, pero a medida que el suelo se vuelve más húmedo, los prismas se expanden, filtrando los huecos entre los prismas dando como resultado una permeabilidad moderada al agua. Esto provoca un movimiento restringido del aire y reduce la facilidad de penetración de la raíz a través de este horizonte.
Estructura columnar del suelo... ocurre en el horizonte B de algunos suelos en regiones semiáridas y áridas. La estructura columnar solo ocurre donde el suelo tiene una alta concentración de sodio en los sitios de intercambio catiónico del suelo. Las columnas se forman de manera similar a la formación de los prismas del suelo. Sin embargo, a medida que el suelo continúa formándose, el sodio dispersa las arcillas de la superficie del prisma y hace que estas arcillas se desplacen por los bordes de los prismas. Esto provoca un fuerte grado de sellado de los prismas, lo que resulta en una permeabilidad al agua lenta a muy lenta, movimiento restringido del aire y muy difícil penetración de la raíz. Pocas plantas pueden crecer en ese suelo.
La estructura del suelo laminar... es relativamente rara en suelos nativos. La estructura laminar se forma más comúnmente como resultado de la compactación de vehículos, ganado y humanos. La estructura laminar se encuentra más comúnmente en el horizonte A de suelos agrícolas, urbanos, forestales y cordilleros bajo manejo intensivo. El factor clave son las capas relativamente horizontales de estos agregados de suelo.
Estructura de suelo de grano único... ocurre donde ningún grano está conectado a ningún otro grano. El mejor ejemplo es la arena de dunas. Las arenas y limos en un aluvial (depósito fluvial) o loess (depósito eólico) pueden tener una estructura de grano único. La estructura de grano único es una falta de estructura ya que no existen verdaderos agregados.
Estructura masiva del suelo... es realmente la falta de estructura. Como sugiere el término masivo, esto es simplemente una masa de partículas de suelo sin aparente forma repetitiva a través del horizonte. La estructura masiva suele ocurrir en el horizonte C pero puede ocurrir en otros horizontes si se ha producido muy poco desarrollo del horizonte del suelo.
La estructura del suelo es la segunda propiedad física más importante del suelo. Influye en la infiltración y percolación del agua, la aireación, la resistencia a la erosión y la facilidad de penetración de la raíz. La estructura del suelo está controlada por su textura, contenido de materia orgánica y forma de compuestos orgánicos, actividad vegetal y animal, contenido mineral arcilloso y química. Algunos agentes cementantes comunes de la estructura del suelo son humus, arcilla de aluminosilicato, arcilla de óxido de hierro y aluminio, sílice y carbonatos. A menudo, la estructura del suelo es fácilmente alterada por actividades humanas como la labranza o la compactación.
La estructura y textura del suelo interactúan para controlar otras propiedades del suelo. En el Cuadro 4, la estructura del suelo tiene una mayor influencia en suelos de textura fina que en suelos de textura gruesa. Esto indica que la estructura es más prominente en suelos finos que en suelos gruesos.