11.8: ¿Le has agradecido hoy a un terrón?

Última actualización
Guardar como PDF

Page ID: 70013

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

Una pegatina común para parachoques es aquella que hace la pregunta: “¿Ha agradecido hoy a una planta verde?” esta es una referencia obvia a las plantas cuya fotosíntesis produce el alimento del que nosotros y la mayoría de los demás animales dependemos para nuestra existencia. Una pregunta aún más fundamental es si hemos agradecido al suelo —los terrones de tierra— del que dependen para su existencia las plantas verdes. Un suelo bueno y productivo combinado con un clima adecuado y agua adecuada es el activo más valioso que puede tener una nación. Vastas zonas del mundo carecen de este activo fundamental, y las personas que viven en zonas con suelos pobres a menudo sufren pobreza y desnutrición como consecuencia. Además, áreas que alguna vez tuvieron suelo adecuado lo han visto abusado y degradado en la medida en que ya no es productiva. Uno de los retos centrales que enfrenta la práctica de la química verde y la ecología industrial es conservar y potenciar las cualidades productivas del suelo.

El resto de este capítulo aborda el suelo y aquellos aspectos de la agricultura relacionados específicamente con el suelo. Los aspectos biológicos de la agricultura y la producción de alimentos y biomasa se discuten en el Capítulo 12.

¿Qué es el Suelo?

Suelo es un término que en realidad describe una amplia gama de materia mineral finamente dividida que contiene varios niveles de materia orgánica y agua que puede sostener y nutrir los sistemas radiculares de las plantas que crecen en él. El suelo es en gran parte un producto de la meteorización de la roca por procesos físicos, químicos y bioquímicos que producen un medio susceptible al soporte del crecimiento de las plantas. Un suelo sano contiene agua disponible para las plantas, tiene una estructura algo suelta con espacios de aire y soporta una población activa de organismos que habitan el suelo, incluidos hongos y bacterias que degradan la biomasa vegetal muerta y los animales, como las lombrices de tierra. Aunque los sólidos en un suelo típico están compuestos por aproximadamente 95% de materia inorgánica, algunos suelos contienen hasta 95% de materia orgánica, y algunos suelos arenosos pueden tener solo alrededor de 1% de materia orgánica.

Figura 11.4. Principales aspectos de la estructura del suelo que muestran diversos horizontes del suelo. El recuadro muestra aspectos de la microestructura del suelo

La Figura 11.4 muestra los principales aspectos de la estructura física del suelo. El suelo se divide en capas llamadas horizontes formadas por la meteorización de la roca madre, procesos químicos, procesos biológicos y la acción del agua, incluida la lixiviación de materia coloidal a horizontes inferiores. El más importante de estos para el crecimiento de las plantas es la capa superior del suelo. Las raíces de las plantas impregnan la capa superior del suelo y extraen agua y nutrientes de las plantas. La capa superior del suelo es la capa de máxima actividad biológica. La rizosfera es la parte de la capa superior del suelo en la que las raíces de las plantas son especialmente activas y en la que los niveles elevados de biomasa están compuestos por raíces de plantas y microorganismos asociados a ellas. Existen fuertes relaciones sinérgicas entre los sistemas radiculares de las plantas y los microorganismos en la rizosfera. Las superficies de los pelos radiculares son comúnmente colonizadas por microorganismos, que prosperan sobre carbohidratos, aminoácidos y mucigel lubricante de crecimiento radicular secretado por las raíces.

Sólidos inorgánicos en el suelo

Reflejando el hecho de que los dos elementos más comunes en la corteza terrestre son el oxígeno y el silicio (ver Sección 11.2), los silicatos son los constituyentes minerales más comunes del suelo. Estos incluyen cuarzo finamente dividido (SiO ₂), ortoclasa (KalSi ₃ O ₈) y albita (NaAlSi ₃ O ₈). Otros elementos que son relativamente abundantes en la corteza terrestre son el aluminio, hierro, calcio, sodio, potasio y magnesio; su abundancia se refleja en diversos minerales como epidota (4CaO•3 (AlFe) 2O ₃ •6SiO ₂ •H ₂ O), geotita (FeO (OH)), magnetita (Fe ₃ O ₄), carbonatos de calcio y magnesio (CaCo ₃, CaCo ₃ •MgCO ₃) y óxidos de manganeso y titanio en el suelo. Las rocas parentales del suelo se someten a procesos de meteorización para producir partículas coloidales finamente divididas, de las cuales con mucho las más abundantes son las arcillas. Estos minerales secundarios retienen la humedad y los nutrientes minerales, como K ⁺ requeridos para el crecimiento de las plantas, que son accesibles por las raíces de las plantas y son repositorios de nutrientes de las plantas. Los coloides inorgánicos del suelo pueden absorber sustancias tóxicas en el suelo, reduciendo así la toxicidad de sustancias que dañarían a las plantas. Es obvio que la abundancia y naturaleza del material coloidal inorgánico en el suelo son factores importantes para determinar la productividad del suelo.

Materia orgánica del suelo

El pequeño porcentaje de la masa del suelo que consiste en materia orgánica tiene una fuerte influencia sobre las características físicas, químicas y biológicas del suelo. Entre sus importantes efectos en el suelo, la materia orgánica es efectiva para retener la humedad del suelo y retiene e intercambia con las raíces de las plantas algunos de los iones que se requieren como nutrientes de las plantas. La temperatura, la humedad y las condiciones climáticas afectan significativamente los tipos y niveles de materia orgánica del suelo. Las condiciones frías y húmedas en las que el suelo permanece saturado de humedad impidiendo el acceso de los microorganismos al oxígeno tienden a evitar la biodegradación completa de los residuos vegetales que componen la materia orgánica del suelo permitiendo que se acumule. Esto queda claramente ilustrado por la acumulación de turba en Irlanda y otros lugares con condiciones climáticas similares de tal manera que la mayor parte del suelo sólido está compuesto por materia orgánica. Las condiciones tropicales, especialmente con estaciones húmedas y secas alternas, pueden resultar en la pérdida de materia orgánica del suelo. Una razón por la que el suelo que sostiene las selvas tropicales se degrada tan rápidamente cuando se retiran los árboles es que la materia orgánica del suelo sufre una rápida biodegradación cuando se retira la cubierta forestal,

Los residuos de biomasa vegetal que forman materia orgánica del suelo se someten a un proceso de biodegradación por la acción de bacterias y hongos del suelo en el que la celulosa en la biomasa se degrada fácilmente dejando residuos modificados del material de lignina que une la celulosa a la materia vegetal. Este es el proceso de humificación y el residuo es humus del suelo, un material orgánico negro de estructura química muy variada. Una fracción del humus del suelo es soluble en agua (ver la discusión de las sustancias húmicas en el agua, Capítulo 9, Sección 9.3), especialmente cuando la base está presente en el agua. Otra fracción llamada humin no se disuelve y permanece en el suelo sólido.

Aunque suele componer no más de un poco por ciento del suelo, el humus del suelo tiene una influencia muy fuerte en las características del suelo. Tiene una fuerte afinidad por el agua y retiene gran parte del agua en un suelo típico. Principalmente debido a sus grupos de ácido carboxílico (-CO ₂ H), las moléculas húmicas del suelo intercambian iones H ⁺ y actúan para amortiguar el pH del agua en el suelo (la solución del suelo). Las sustancias húmicas unen iones metálicos y otros nutrientes iónicos de las plantas. El humus del suelo también se une e inmoviliza materiales orgánicos, como los herbicidas aplicados al suelo.

El agua en el suelo y la solución del suelo

Se requiere agua en el suelo para las plantas. Esta agua es absorbida por los pelos de las raíces de las plantas, transferida a través de la planta, y evaporada de las hojas, un proceso llamado transpiración. Las cantidades de agua involucradas son enormes; por ejemplo, el agua traspirada para producir un kilogramo de heno seco puede ascender a varios cientos de kg. La mayor parte del agua en suelos normales no está presente como líquido visible, sino que se absorbe en diversos grados sobre los sólidos del suelo. De hecho, una condición en la que todos los espacios en el suelo se llenan de agua —anegamiento— ralentiza el crecimiento de la mayoría de las plantas. El agua que está disponible en el suelo se llama solución de suelo y contiene una serie de materiales disueltos, incluidos los nutrientes de las plantas. Desempeña un papel esencial en la transferencia de sustancias, como los cationes metálicos disueltos, entre las raíces y el suelo sólido. Los cationes comúnmente presentes en la solución del suelo incluyen H ⁺, Ca ² ⁺, Mg ²⁺, Na ⁺ y K ⁺ junto con niveles muy bajos de Fe ² ⁺, Mn ² ⁺ y Al ³ ⁺. Los comunaniones presentes son HCO ₃ ^-, CO ₃ ^2-, HSO ₄ ^-, SO ₄ ^2-, Cl ^- y F ^-.