EL PROBLEMA DE SODIFICACIÓN EN SUELOS
Dr. Guillermo Barragán Alarcón
Trabajo de
Clasificación, Caracterización y Cartografía de Suelos
Master de Geología Ambiental y Recursos Geológicos M2
Abril de 2010
Suelos salinos y con álcalis
La agricultura de regadío es dependiente de un abastecimiento de agua adecuado de calidad utilizable. Los asuntos de la calidad del agua habían sido descuidados anteriormente a los años 70, cuando una serie de autores (Ayers y Westcot, 1976) advirtieron la disminución de las reservas explotables y de los abastecimientos de calidad idónea para agricultura. Según estos autores el uso intensivo de los abastecimientos de este tipo, imponía recurrir a abastecimientos de calidad más salina, menos interesantes hasta el momento. La situación ideal es tener varios abastecimientos de los cuales hacer una selección, pero normalmente hay pocos abastecimientos disponibles. Para evitar problemas en el uso de este agua salina, debe haber contrastado planeamiento para adecuar la calidad al mejor uso.
Conceptualmente, la calidad del agua se refiere a las características de un abastecimiento de agua que influencian su conveniencia para un uso específico. Las aplicaciones específicas tienen diferentes requisitos de calidad y un abastecimiento de agua se considera más aceptable (de mejor calidad) si produce mejores resultados o causa menos problemas que un abastecimiento de agua alternativo. La relación de causa-efecto entre un constituyente del agua y un problema observado entonces da lugar a una evaluación de la calidad del grado de aceptabilidad.
La calidad es definida por ciertas características físicas, químicas y biológicas. Incluso una preferencia personal tal como el gusto es una evaluación simple de la aceptabilidad. En la evaluación del agua de riego, el énfasis se pone en las características químicas y físicas del agua y raramente otros factores se consideran importantes. Estas características entonces se organizan en los patrones relacionados con la conveniencia para el uso. Cada nuevo sistema de patrones edifica sobre el sistema anterior para mejorar la capacidad previsora.
Ha habido un número de diferentes guías de calidad del agua relacionadas con la agricultura de regadío. Cada uno ha sido útil pero ninguno ha sido enteramente satisfactorio debido a la variabilidad amplia en condiciones de campo. Los patrones presentados en Ayers y Westcot (1985) se basan en otros anteriores (Richards et al., 1954) pero los modifican considerando algunos errores conceptuales y nuevos conocimientos relacionados con la casuística.
La aptitud de un agua para el riego es determinada no sólo por la cantidad total de sal presente sino también por la clase de sal. Los diferentes problemas del suelo y del cultivo se desarrollan a medida que el contenido en sal total aumenta, y prácticas de gestión especiales se hacen necesarias para mantener cosechas aceptables. Los problemas que resultan varían en clase y grado, y son modificados por el suelo, el clima y el cultivo, así como por la habilidad y el conocimiento del regante.
El “suelo salino”, según Richards et al. (1945), es un suelo que contiene las suficientes sales solubles como para deteriorar su productividad, tomando como valor límite una conductividad de 4 mS/cm o más, para el extracto de saturación. De modo semejante un “suelo con álcalis” se define según los anteriores autores como el que tiene un sodio intercambiable elevado (Porcentaje del Sodio Cambiable > 15%), que afectan también a la productividad. De acuerdo con éstas definiciones, los suelos pueden ser con álcalis o sin ellos, salinos o no salinos.
Otras definiciones más recientes no hacen referencia a términos de productividad, sino a medidas físico-químicas en suelos y a su repercusión ambiental-forestal ¿? La terminología y los límites de la clasificación para los suelos alcalinos se deben considerar en continua evolución conforme a las nuevas investigaciones.
La influencia de la sal en los suelos sobre los cuales el crecimiento vegetal está afectado depende de varios factores, entre los cuales está la textura del suelo, la distribución de la sal en el perfil, la composición de la sal, y la especie de planta. Varios límites arbitrarios para la salinidad se han sugerido para distinguir suelos salinos y no salinos. P. ej. >0,1% en peso del suelo son sales.
La decisión con respecto a qué nivel de sodio cambiable en el suelo constituye un grado excesivo de saturación es complicada por el hecho de que hay no cambio agudo en las características del suelo a medida que aumenta el grado de saturación con sodio cambiable. Un Porcentaje de Sodio Cambiable de 15 se ha utilizado en el laboratorio como límite entre el suelo con álcali y sin alcalis. En algunos casos, 2 o 3 meq de sodio cambiable /100 g de suelo serían otro límite aplicable.
Se puede observar en los resultados de las medidas hechas en el Laboratorio de Salinidad de los Estados Unidos (Richards et al., 1954) el efecto del contenido en sodio y potasio intercambiables, sobre la relación de permeabilidades agua-aire de varias muestras de suelos (fig. 1). Esta relación de permeabilidades es una medida del grado en el cual la estructura del suelo se deteriora cuando el agua es aplicada, un alto cociente que indica un alto nivel de deterioro. En general, el aumento en cociente con aumento de sodio cambiable se relaciona directamente con un aumento en la superficie específica total de los suelos y en la dispersión de las partículas que los forman. En cuanto al potasio, se ha observado en varios casos que suelos alcalinos con alto contenido en Potasio tienen mejores características físicas y son más fácilmente recuperables que otros suelos alcalinos con cantidades similares de sodio cambiable pero con cantidades bajas de potasio cambiable. El potasio cambiable tiene solamente efecto leve o no nocivo sobre las características físicas de suelos.
Figura 1: Efecto relativo del sodio y potasio intercambiables en relación a la permeabilidad aire-agua de los suelos. Extraído de Richards et al. (1954)
Concentraciones excesivas de sales solubles o de sodio intercambiable, o ambas, pueden hacer que el suelo necesite, desde un enfoque agrícola, medidas remediadoras y prácticas de gestión especiales. Las sales solubles producen daño a las plantas aumentando el contenido en sal de la solución del suelo y aumentando el grado de saturación de sodio de la Capacidad de Intercambio Catiónico del suelo. En último término, ocurre para algunos suelos que es más la naturaleza permanente del suelo que su estado de conservación lo que afecta a las plantas que se establecen sobre él; en estos casos las medidas remediadoras y de gestión suelen tener poco efecto. P. ej. renovar la solución del suelo con numerosos riegos reinundación no cambia el Porcentaje de Sodio Cambiable en el suelo.
Salinización de suelos
Las sales en el suelo o agua reducen la disponibilidad del agua al cultivo hasta tal punto que la producción es afectada. Un problema de salinidad existe si la sal se acumula en la zona de la raíz de la cosecha a una concentración que cause una pérdida en la producción. Si la extracción de agua se reduce apreciablemente, la planta retarda su tasa de crecimiento. Los síntomas de la planta son similares en aspecto a los de la sequía, tales como marchitarse, o un color más oscuro, azulado-verde y hojas a veces más gruesas, más cerosas. Los síntomas varían con la etapa del crecimiento, siendo más sensibles si las sales afectan a la planta durante las primeras fases del crecimiento. En este estudio, las diferenciaciones entre suelos se basan en la respuesta del cultivo a la salinidad media de la zona de la raíz.
Los suelos salinos existen en general en regiones de clima árido o semiárido. Bajo condiciones húmedas las sales originalmente presentes en suelos y en aquellos materiales formados desde la erosión de minerales salinos del suelo son generalmente lavados con el agua subterránea, y transportados en el drenaje hacia los acuíferos y hacia los ríos y torrentes. Los suelos salinos son, por lo tanto, prácticamente inexistentes en regiones húmedas, excepto en zonas costeras donde la influencia marina se hace notar.
En las regiones áridas, la lixiviación y transporte de sales solubles no es tan eficiente como en regiones húmedas. La lixiviación es generalmente local, y las sales solubles no llegan muy lejos. Esto ocurre no sólo porque hay menos precipitación disponible para lixiviar y transportar las sales, sino también debido a la alta tasa de evaporación característica de los climas áridos, que tiende a concentrar más las sales en suelos y en aguas superficiales.
La obstaculización del drenaje es un factor que contribuye generalmente a la salinización de suelos y puede implicar la presencia de un manto hídrico de agua subterránea con alta elevación o la existencias de zonas de baja permeabilidad horizontal o vertical en el suelo. Debido a la precipitación baja en las regiones áridas, los cauces superficiales pueden estar mal desarrollados. Por consiguiente, hay cuencas de drenaje que no tienen salida a cauces permanentes. El drenaje de las aguas con sal desde las tierras más altas de la cuenca puede elevar el nivel de agua subterránea hasta la superficie del suelo en las tierras más bajas, causando la inundación temporal, o la formación de lagos salinos permanentes. Bajo tales condiciones el ascenso de las aguas subterráneas salinas o la evaporación del agua superficial da lugar a la formación del suelo salino. Las áreas salinas formadas así pueden variar en extensión.
La permeabilidad baja del suelo causa drenaje pobre impidiendo el movimiento de descenso del agua. La permeabilidad baja puede ser el resultado de una textura o estructura desfavorable del suelo o de la presencia de capas endurecidas. Éstas últimas pueden consistir en un claypan, un caliche, o un hardpan silíceo.
El manto de agua subterránea puede levantarse desde una considerable profundidad hasta casi la superficie del suelo en algunos años. En agricultura de regadío, muchos problemas de salinidad se asocian a o son influenciados fuertemente por un manto hídrico bajo (a 2 metros de la superficie). Las sales se acumulan en este manto hídrico y se convierten con frecuencia en una fuente adicional importante de sal que se traslada hacia arriba a la zona de la raíz del cultivo.
Después de un riego, el agua más fácilmente disponible está en la zona superior de la raíz, una zona de baja salinidad. A medida que el cultivo utiliza el agua, la zona superior de la raíz se va agotando y la zona de donde se extrae el agua desciende hacia las partes más profundas, a la vez que el intervalo de tiempo entre los riegos se alarga.
El problema de salinidad de importancia económica principal se presenta cuando el suelo previamente no salino se convierte en salino como resultado del riego. Tales suelos son a menudo localizados en valles adyacentes a torrentes y, debido a la facilidad con la cual pueden ser regadas, las áreas más llanas se seleccionan generalmente para el cultivo. Aunque esos suelos pueden ser bien drenados y no salinos bajo condiciones naturales, el drenaje puede no ser adecuado para el riego. Una porción de las sales que se acumulan de riegos anteriores se puede mover (lixiviado) por debajo de la profundidad de enraizamiento si es utilizada más agua de riego de la que se extrae por el cultivo durante la estación de la cosecha, infiltrándose el remanente en el suelo. La lixiviación es la clave para controlar un problema de salinidad relacionado con la calidad del agua. La cantidad de lixiviación requerida es dependiente de la calidad del agua de riego y la tolerancia de la salinidad del cultivo.
Durante el desarrollo temprano de los proyectos de riego, el agua es con frecuencia abundante y hay una tendencia a usarla en exceso. Las aguas usadas para riego pueden contener a partir de 0,1 hasta como mucho 5 toneladas de sal por el acre-pie de agua, y el uso anual del agua puede ascender a 5 pies o más. Así, considerables cantidades de sales solubles pueden ser añadidas a los suelos regados en periodos de tiempo relativamente breves.
Alcalización o acumulación de sodio cambiable en suelos
Las partículas del suelo fijan y conservan los cationes por adsorción en sus superficies. La adsorción del catión, siendo un fenómeno superficial, se produce principalmente en limos, arcillas, y en fracciones de la materia orgánica de suelos. Muy diversas clases de minerales y de materiales orgánicos que existen en suelos tienen propiedades de intercambio y en conjunto se refieren como complejo de cambio. La adsorción del catión ocurre como consecuencia de las cargas eléctricas en la superficie de estas partículas del suelo. Los cationes fijados por adsorción pueden ser substituidos por otros cationes existentes en la solución del suelo. La reacción por la que el catión en la solución substituye un catión fijado por adsorción se llama intercambio catiónico.
La capacidad de un suelo de absorber e intercambiar cationes puede ser medida y expresada en equivalentes químicos y se llama Capacidad de Intercambio Catiónico. Se expresa comúnmente en meq/100 g del suelo. Varios factores físicos y químicos interaccionan recíprocamente lo que hace que el valor medido dependa algo del método de determinación, pero, sin embargo, la Capacidad de Intercambio Catiónico es una característica razonablemente definida del suelo que tiene considerable significación práctica. Teniendo en cuenta que los cationes absorbidos pueden intercambiarse libremente con los cationes adyacentes en la solución del suelo, se espera que la proporción de los varios cationes en el complejo de intercambio se relacione con sus concentraciones en la solución del suelo.
Los cationes sodio, calcio, y magnesio son siempre fácilmente cambiables. Otros cationes, como el potasio y el amonio, pueden ser retenidos en algunos suelos en ciertas posiciones respecto a las partículas, de modo que se intercambian con gran dificultad y, por lo tanto, se suponen fijos. El calcio y el magnesio son los principales cationes encontrados en la solución del suelo y en el complejo de cambio de suelos normales en regiones áridas. Como la solución del suelo se concentra por la evaporación o por la extracción de agua por las plantas, los límites de la solubilidad de sulfato de calcio, el carbonato de calcio, y el carbonato del magnesio son a menudo excedidos, en cuyo caso se precipitan con un aumento correspondiente en la proporción relativa de sodio. Cuando el exceso de sales solubles se acumula, el sodio puede ser el catión dominante en la solución del suelo, tras la precipitación del calcio y de compuestos del magnesio. Así el sodio puede pasar al suelo al que está ligado, siendo adsorbido en el complejo de cambio.
Desde un punto de vista práctico, es afortunado que los cationes del calcio y del magnesio en la solución del suelo sean más fuertemente adsorbidos en arcillas y materia orgánica que el sodio. Generalmente la mitad o más de los cationes solubles deben ser sodio antes de que cantidades significativas sean fijadas por adsorción por el complejo del intercambio.
El sodio relativamente alto o el contenido bajo del calcio del suelo o del agua reduce la tasa por la cual el agua de riego entra en el suelo hasta tal punto que no se puede infiltrar la suficiente agua para alimentar al cultivo adecuadamente entre un riego y el siguiente. Un problema de infiltración relacionado con la calidad del agua ocurre cuando la tasa de infiltración normal para el agua aplicada o la precipitación se reduce de modo apreciable y el agua permanece en la superficie del suelo demasiado tiempo o infiltra demasiado lentamente para suministrar al cultivo la suficiente agua para mantener producciones aceptables. Aunque la tasa de infiltración de agua en suelo sea dependiente de la calidad del agua de riego y del tipo y duración del riego aplicado, otros factores la afectan también como son la estructura, grado de compactación, contenido de materia orgánica y el contenido químico de los suelos.
Un agua baja de salinidad o un agua con un alto cociente sodio a calcio disminuirá la infiltración. Ambos factores pueden coincidir en el tiempo. Cuando un suelo es regado con un agua alta en sodio, se desarrolla un suelo superficial alto en sodio en el que se debilita la estructura. Los agregados del suelo superficial se dispersan a partículas mucho más pequeñas que colapsan los poros del suelo. En algunos casos, el riego bajo en sal puede causar un problema similar pero esto se relaciona con la naturaleza corrosiva del agua poco salina y no con el contenido del sodio del agua. Un problema de infiltración relacionado con la calidad del agua en la mayoría de los casos ocurre en los pocos centímetros de la superficie del suelo y está ligado a la estabilidad estructural del suelo superficial.
Toxicidad específica del ión
Ciertos iones del suelo (sodio, cloruro, o boro) o del agua se acumulan en una cultivo sensible a concentraciones lo bastante altas como para estropear el cultivo y para reducir producciones. Los problemas de la toxicidad ocurren si ciertos componentes (iones) en el suelo o el agua son tomados por la planta, el grado de daño depende de la absorción y de la sensibilidad del cultivo. Los cultivos permanentes, como los cultivos arbóreos, son los más perjudicados. Para los cultivos sensibles el daño ocurre a concentraciones relativamente bajas del ión. Generalmente se evidencia primero por la quemadura marginal de la hoja y la clorosis estriada. Si la acumulación es suficiente, resultan producciones reducidas.
Los iones de interés primario son cloruro, sodio y boro. Además de que los problemas de toxicidad pueden ocurrir incluso cuando estos iones están en concentraciones bajas, la toxicidad acompaña y complica a menudo un problema de salinidad o de infiltración del agua. Los iones captados por la planta se transportan a las hojas donde se acumulan durante la transpiración. Los iones se acumulan en las áreas donde la pérdida de agua es mayor, generalmente puntas y bordes de la hoja. En un clima calido o una parte calida del año, la acumulación es más rápida que si la misma cosecha creciera en una estación más fresca o un clima más fresco donde podría mostrar poco o ningún daño.
La toxicidad puede también ocurrir de la toma directa de los iones tóxicos a través de los estomas de las hojas mojadas desde los aspersores superiores. El sodio y el cloruro son los principales iones absorbidos a través de las hojas, y la toxicidad de uno u otro puede ser un problema con ciertas cosechas sensibles tales como cítricos.
Los problemas secundarios pueden también desarrollarse si los riegos se prolongan por un periodo de tiempo extenso hasta alcanzar la infiltración adecuada: encostramiento de los lechos de siembra, malas hierbas, desordenes alimentarios, ahogo del cultivo, descomposición de semillas y cosecha escasa son algunos de estos problemas secundarios. Un efecto secundario serio de un problema de infiltración es el potencial para desarrollar problemas de enfermedades y de vectores (mosquito).
Varios otros problemas relacionados con la calidad del agua de riego ocurren con la suficiente frecuencia. Éstos incluyen altas concentraciones del nitrógeno en el agua que suministra el nitrógeno al cultivo y puede causar crecimiento vegetal excesivo y la madurez retrasada del cultivo; las manchas en la fruta o las hojas debido al riego desde arriba con aspersores, agua con alto bicarbonato, agua con yeso, agua con hierro; y las distintas anomalías asociadas a menudo a un pH inusual del agua. Un problema especial enfrentado por algunos granjeros que practican el riego es el deterioro del equipo debido a la corrosión inducida por el agua o al encostramiento. En áreas donde hay un riesgo potencial de enfermedades tales como malaria, esquistosomiasis y filariasis linfática, los problemas del vector de la enfermedad (mosquitos) se deben considerar junto con otros problemas relacionados con la calidad del agua. Por último, los sedimentos tienden a llenar los canales y las zanjas y a causar problemas costosos de dragado y mantenimiento. El sedimento también tiende a reducir más la tasa de infiltración del agua en un ya de por sí lentamente permeable suelo.
Características de los suelos salinos y del álcali
El problema del suelo considerado se ha separado en tres grupos: Salino, salino-álcali, y no salino-álcali suelos.
i. Suelos salinos
La clase “salino” se utiliza para los suelos en los que la conductividad del extracto de saturación es mayor de 4 mS/cm a 25º C y el porcentaje de sodio cambiable es menor de 15. Ordinariamente, el pH es menor que 8.5. Estos suelos corresponden al suelo “álcali blanco” de Hilgard (1906) y al “Solonchaks” de los científicos rusos del suelo. Los suelos salinos son reconocidos a menudo por la presencia de eflorescencias blancas de sales en la superficie. La salinidad del suelo puede aparecer en suelos que desarrollan diferentes horizontes desarrollados en su perfil o en suelos poco diferenciados como el que se desarrolla en un aluvial.
Las características químicas de los suelos clasificados como salinos son determinadas principalmente por el tipo y cantidad de sales presentes. Las cantidades relativas de calcio y de magnesio presentes en la solución del suelo y en el complejo del intercambio pueden variar considerablemente. El potasio soluble y cambiable son ordinariamente los componentes de menor importancia. Los principales aniones son cloruro, sulfato, bicarbonato y a veces nitrato. Además de las sales fácilmente solubles (cloruros), los suelos salinos pueden contener sales de menor solubilidad baja (yeso y carbonatos).
Debido a la presencia de exceso de sales y de la ausencia de las cantidades significativas de sodio cambiable, los suelos salinos son generalmente floculados; por ello, la permeabilidad es igual a o más alta que la de suelos similares no-salinos. Cuando se establece el drenaje adecuado, las sales solubles excesivas pueden ser eliminadas lixiviando y los suelos se recuperan.
ii. Suelos salinos-álcali
La clase salino-álcali se aplica a suelos cuya conductividad del extracto de la saturación es mayor de 4 mS/cm a 25º C y el porcentaje de sodio cambiable es mayor de 15. Estos suelos se forman como resultado de procesos combinados de salinización y alcalización. Debido a la presencia de sales en exceso, el aspecto y las características de estos suelos son generalmente similares a los de suelos salinos. Las lecturas del pH son raramente más altas de 8,5 y las partículas siguen floculadas. Los suelos salinos-álcali contienen a veces el yeso.
Si el exceso de sales solubles se lixivia, las características de estos suelos pueden cambiar marcadamente y llegar a ser similares a suelos no salinos-álcali. Como la concentración de las sales en la solución del suelo baja, algo del sodio cambiable se libera a la solución. En cualquier caso, por lixiviación, el suelo puede hacerse fuertemente alcalino, las partículas se dispersan, y el suelo llega a ser desfavorable para la entrada y el movimiento del agua y para la labranza.
iii. Suelos no salinos-álcali
La clase no salino-álcali se aplica a suelos para los cuales el porcentaje de sodio cambiable es mayor de 15 y la conductividad del extracto de la saturación es menor de 4 mS/cm a 25º C. El pH medido varía generalmente entre 8.5 y 10. Estos suelos corresponden a suelos de “álcali negro” de Hilgard (1906) y en algunos casos al “Solonetz”, de los rusos. La materia orgánica dispersa y disuelta presente en la solución del suelo puede ser depositada en la superficie del suelo por la evaporación, causando así el oscurecimiento y la producción del término “álcali negro”. El suelo tiene permeabilidad baja y es difícil de labrar.
Si el suelo con álcali está evolucionado, desarrolla características morfológicas específicas. Como la arcilla parcialmente sodio-saturada se dispersa, puede ser transportada hacia abajo a través del suelo y acumularse en horizontes iluviales inferiores. Consecuentemente, algunos cm del suelo superficial pueden ser relativamente gruesos en textura y friables; pero abajo, donde la arcilla se acumula, el suelo puede desarrollar una capa densa de permeabilidad baja, con estructura acolumnada o prismática. Comúnmente, sin embargo, las condiciones de suelo álcali se adquieren como consecuencia del riego y el suelo no tiene tiempo para desarrollar un perfil edáfico asociado a su clasificación, ni una estructura acolumnada típica.
Aparecen con frecuencia en regiones semiáridas y áridas en puntos altamente lixiviados. Excepto cuando el yeso está presente en el suelo o el agua de riego, el drenaje y la lixiviación de los suelos salinos-álcali lleva a la formación de no salinos-álcali. En estos suelos el pH se puede elevar hasta valores cercanos a 10 existiendo pequeñas cantidades de carbonato disuelto. Las soluciones del suelo contienen generalmente sólo pequeñas cantidades de Ca y Mg, siendo el Na el catión dominante. Grandes cantidades de potasio soluble y cambiable pueden existir en algunos de estos suelos. Existen también suelos álcali que tienen un pH bajo (hasta 6). Estos suelos han sido referidos como del “álcali degradado”, y presentan baja alcalinidad, por lo que la adsorción de calcio produce liberación directa de protones.
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