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* I.A., MSc. Manejo de Suelos. Profesor titular. Facultad de Agronoma. UniversidadPedaggica y Tecnolgica de Colombia (UPTC). Coordinador Grupo Interinstitucionalde Investigacin en Suelos Sulfatados cidos Tropicales, Gissat. Correo electrnico:

hcastrofranco@ yahoo.com.mx** I.A., MSc. Suelos- Aguas y Nutricin Vegetal. UNAL, UPCT. Director de Investigacin yDesarrollo Microfertisa S.A. Correo electrnico:[email protected];[email protected]

CAPTULOIV

FERTILIDAD DE

SUELOS Y FERTILIZANTESHugo Eduardo Castro Franco*

Manuel Ivn Gmez Snchez**

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CONTENIDO

Pg.

INTRODUCCIN ........................................................................................... 2171. NUTRIENTES EN LA RELACIN SUELO-PLANTA-AMBIENTE....... 218

1.1. Esencialidad y funcin de nutrientes .................................................... 2191.1.1. Criterio de esencialidad. ........................................................................ 2191.1.2. Clasificacin y distribucin de los elementos

nutrientes en la planta .......................................................................... 2201.1.3.Funcin de los nutrientes en la produccin de cultivos................. 2211.2. Movilidad y absorcin de nutrientes .................................................... 223

2. FACTORES Y PROCESOS RELACIONADOS CON LAFERTILIDAD DEL SUELO Y LA DISPONIBILIDADDE NUTRIENTES ........................................................................................... 2262.1. Factores del suelo ....................................................................................... 2272.1.1.Significado de la mineraloga en el aporte de nutrientes .................. 2282.1.2.Procesos fsicos en el manejo de nutrientes ....................................... 2322.1.3.Procesos qumicos y manejo de nutrientes ........................................ 2342.1.4.Procesos biolgicos, materia orgnica y ciclaje

de nutrientes ........................................................................................... 2402.2. Factores del cultivo ................................................................................... 242

2.3. Factores ambientales ................................................................................. 2452.3.1.Luz ............................................................................................................. 2452.3.2.Temperatura ............................................................................................. 2462.3.3.Humedad y agua atmosfrica ............................................................... 246

3. HERRAMIENTAS DE DIAGNSTICO PARA EL MANEJODE LA FERTILIDAD........................................................................................ 2483.1. Identificacin de sntomas de deficiencia y toxicidad......................... 2493.2. Anlisis de suelos: muestreo, calibracin e interpretacin ............... 2503.2.1. Muestreo .................................................................................................. 2523.2.2. Calibracin e interpretacin ................................................................ 2533.3. Anlisis de foliares: muestreo, calibracin e interpretacin ............. 2563.3.1. Muestreo .................................................................................................. 2563.3.2. Calibracin e interpretacin ................................................................ 256

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Principios bsicos216

Pg.

4. RECOMENDACIN DE NUTRIENTES ..................................................... 2604.1. Mtodo basado en antecedentes agronmicosde respuesta por cultivo ......................................................................... 263

4.2. Mtodo de balance suelo-planta........................................................... 2644.3. Mtodo de balance mediante ajuste foliar-extraccin ...................... 266

5. ENMIENDAS CALCREAS Y SU MANEJO EN EL CONTROLDE LA ACIDEZ ................................................................................................. 2675.1. Materiales de encalado ............................................................................ 2675.2. Manejo de la acidez intercambiable ..................................................... 271

5.2.1. Neutralizacin total o parcial de la concentracindel aluminio ........................................................................................... 2745.2.2. Estimacin de dosis de cal basada en el porcentaje

de saturacin de aluminio ..................................................................... 2755.2.3. Estimacin de dosis de cal basada

en la saturacin de bases ....................................................................... 2755.3. Mejoramiento qumico integral de suelos cidos mediante

el uso combinado de materiales encalantes ........................................ 276

6. USO DEL YESO AGRCOLA Y AZUFRE ELEMENTAL

COMO ENMIENDAS ...................................................................................... 278

7. ENMIENDAS ORGNICAS .......................................................................... 2807.1. Estircoles .................................................................................................... 2817.2. Abonos verdes ........................................................................................... 2827.3. Residuos de cosecha .................................................................................. 2827.4. El compost .................................................................................................. 283

8. FERTILIZANTES MINERALES Y SU MANEJO ....................................... 2848.1. Expresin del contenido nutricional ..................................................... 285

8.2. Grado ........................................................................................................... 2868.3. Clases de fertilizantes ................................................................................ 2878.4. Propiedades de los fertilizantes ............................................................... 2908.4.1. Granulometra ........................................................................................ 2908.4.2. Humedad relativa crtica....................................................................... 2908.4.3. Solubilidad ............................................................................................... 2908.4.4. Equivalente de acidez o basicidad residual ....................................... 2928.4.5. ndice de salinidad .................................................................................. 2928.5. Compatibilidad qumica en mezclas de fertilizantes........................... 2928.6. Mtodo de aplicacin de fertilizantes slidos ...................................... 294

8.7. Aplicacin foliar de fertilizantes ............................................................. 296BIBLIOGRAFA ........................................................................................................ 298

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FERTILIDAD DE SUELOS Y FERTILIZANTES

Hugo Eduardo Castro Franco, Manuel Ivn Gmez Snchez 217


Hugo Eduardo Castro FrancoManuel Ivn Gmez Snchez

INTRODUCCIN

Las plantas necesitan alimentarse. La nutricin minerales el proceso fi-siolgico de absorcin, transporte y utilizacin de asimilados por los cultivos.Los elementos involucrados en este proceso son los nutrientes, los cuales sonexclusivamente de naturaleza inorgnica o mineral.

La fertilidad del sueloest referida a la capacidad de aporte de agua ynutrientes esenciales que se encuentran interactuando entre la fase coloidal y lasolucin del suelo. Un suelo frtil no necesariamente es un suelo productivo,es el caso de un suelo compactado saturado y uno salino, que pueden tener

alta concentracin de nutrientes pero en desequilibrio inico o con limitantesen la toma de agua para el normal crecimiento de los cultivos.

Un adecuado diagnstico de la fertilidad natural del suelo contribuye demanera importante al manejo integral de los nutrientes, pues a travsde indicadores es posible conocer la reserva aprovechable de los elementos enel suelo y seleccionar las tecnologas de fertilizacin y fuentes de abonos msapropiados.

Respecto al contexto ambiental, la fertilidad del suelo no es suficiente parael crecimiento de las plantas; el clima juega un papel importante y determi-nante en muchos casos. Por ejemplo, se puede tener un suelo frtil y que debi-do a heladas o falta de riego limite la obtencin de buenas cosechas, en cuyocaso, tendramos un suelo frtil con limitaciones que pueden hacerlo tempo-ralmente improductivo.

En la gestin de la fertilidad del suelo, la determinacin del uso denutrientes para el cultivo reconoce tres etapas sistemticas: diagnstico e inter-

pretacin, recomendacin de nutrientes y uso de fertilizantes.La fertilizacin est relacionada con el conjunto de actividades y con-

diciones que conllevan a asegurar a la planta las cantidades adecuadas de

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elementos esenciales, que le permitan expresar su potencial gentico me-diante procesos de nutricin mineral eficientes.

En resumen, la fertilizacin est asociada con las prcticas o tecnologaspara el aporte de nutrientes y la nutricin con el proceso fisiolgico de alimen-tacin de la planta. En consecuencia, el manejo de una fertilizacin adecuada,suficiente y balanceada resulta imperante para optimizar rendimientos en loscultivos. La fertilizacin debe integrar el uso de diferentes tcnicas (granulada,lquida, foliar, fertirrigacin e inyeccin) y tecnologas (biolgica, orgnica,qumica) en la formulacin de fertilizantes.

Las prcticas de fertilizacin y el uso de fertilizantes y enmiendas puedenrepresentar entre 25% y 40% de los costos de produccin de los cultivos. Deluso adecuado de estas prcticas depende en gran medida el incremento de losrendimientos, la calidad de las cosechas, la rentabilidad de la agricultura y lasostenibilidad del agrosistema.

El presente captulo tiene como objetivo fundamentar el conocimientoaplicado a la enseanza de los temas que integran el manejo de la fertilidad delsuelo y el uso de fertilizantes. Su contenido describe los principios generalesde la nutricin vegetal, incluyendo los factores que dentro de la relacin suelo-planta-ambiente influyen en el comportamiento y manejo de nutrientes esen-

ciales. En el contexto de la fertilidad del suelo se aporta igualmente las herra-mientas bsicas para interpretar, diagnosticar y recomendar de forma integralla fertilizacin de cultivos.

1. NUTRIENTES EN LA RELACIN SUELO-PLANTA-AMBIENTE

La fertilidad del suelo se mantiene cuando la salida de elementos nutriti-vos (exportaciones) es compensada por la entrada de los mismos (aportacio-nes). Si las exportaciones son superiores a las aportaciones, la fertilidad del

suelo disminuye (Alarcn, 2000). Entender la dinmica nutricional a travs dela relacin suelo-planta-ambiente constituye el punto de partida para lograrun manejo eficiente de nutrientes, que responda a las verdaderas necesidadesnutricionales de los cultivos.

Como se muestra en la Figura 1, la planta utiliza la energa del sol, el airedel ambiente (oxgeno, carbono), el agua y nutrientes provenientes de la so-lucin del suelo para producir biomasa (alimentos y bioenerga), mediante elproceso vital de la fotosntesis. Dependiendo de la oferta edafo-climtica ydel balance de entradas y salidas del sistema suelo-planta-ambiente, en la

mayora de los casos y en diferente grado se requiere de riego, fertilizantes yenmiendas para suplementar requerimientos hdricos y nutricionales no sa-tisfechos.

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Figura 1.Ilustracin de cmo una planta utiliza el agua, los nutrientes del sueloy el oxgeno del aire para la formacin de carbohidratos (A), grasas (G)

y protenas (P). (Potash&Phosphate Institute, 1988).

1.1. Esencialidad y funcin de nutrientes

1.1.1. Criterio de esencialidad.Los nutrientes esenciales requeridos por lasplantas superiores son de naturaleza inorgnica, lo cual las distingue de las de-ms especies animales y microorganismos que requieren compuestos orgnicos(Mengel, Kirkby; 2000). Lo anterior supone que cualquier manejo de los ele-mentos nutritivos debe tener en cuenta que estos se encuentran de forma mine-ral y directa en la solucin del suelo (por ejemplo, la fertilizacin lquida) o indi-recta mediante la activacin biolgica de reservas minerales del suelo.

Mediante experiencias con disoluciones nutritivas hechas por Arnon y Stout(citado por Epstein y Bloom, 2005) se establecieron los siguientes criterios deesencialidad para las plantas:

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La deficiencia de un elemento hace imposible que la planta completesu ciclo vital.

La deficiencia ha de ser especfica del elemento en cuestin, y slopuede ser corregida mediante el suministro de ste.

El elemento ha de estar directamente implicado en la nutricin de laplanta, con independencia de sus posibles efectos en la correccin decondiciones desfavorables, qumicas o microbiolgicas, del medio ex-terno.

Algunos investigadores consideran que el segundo criterio no es totalmentecorrecto. Por ejemplo, se requiere molibdeno para la fijacin del nitrgeno,pero en algunas especies, sin embargo, el molibdeno puede ser sustituido por

vanadio (V). Tambin el cloro puede ser sustituido, en parte, por bromo (Br).Otro ejemplo, el sodio (Na), no est considerado como esencial, pero est de-mostrado en la prctica, que su presencia incrementa el rendimiento de nu-merosos cultivos, adems de ser esencial para algunas plantas halfitas (Atriplex,

Amaranthus) (Mengel, Kirkby, 2000).

1.1.2. Clasificacin y distribucin de los elementos nutrientes en la planta.Hoy se consideran 17 elementos fundamentales que al estar presentes en can-tidades suficientes y balanceadas, junto al agua y la luz, favorecen el procesode fotosntesis y concomitantemente la produccin de los cultivos (Figura 2).

Figura 2.Elementos esenciales en la produccin de cultivos (Castro, 1998).

Casi la totalidad del organismo vegetal (93-96%) se compone de tres ele-mentos, carbono (C), hidrgeno (H) y oxgeno (O). La mayor parte del car-

bono y el oxgeno, la obtiene la planta del aire, mientras que el hidrgeno loderiva directa o indirectamente del agua. Adems, las plantas contienen y

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necesitan cierto nmero de elementos qumicos que, generalmente, son pro-porcionados a travs del sistema radicular. Estos elementos constituyen lafraccin mineral y slo representan una pequea parte del peso seco de la

planta (4-7%), pero no dejan de ser fundamentales para el vegetal, lo queexplica que sean considerados junto con el carbono, el hidrgeno y el oxge-no, elementos esenciales para la nutricin de las plantas (Tabla 1).

Los elementos esenciales se dividen en macronutrientes (primarios y se-cundarios) y micronutrientes. Su clasificacin guarda correspondencia con elgrado de concentracin y esencialidad en funciones fisiolgicas prioritarias parael desarrollo y crecimiento de la planta.

Macroelementos (contenidos mayores de 0.1% )

Estructurales: C, H y O, extrados del aire (CO2) o del H

2O

Principales: N, P y K

Secundarios: Ca, Mg y S

Microelementos: Fe, Mn, Zn, Cu, B, Mo, Cl y Ni (contenidos menoresde 200 ppm generalmente).

1.1.3. Funcin de los nutrientes en la produccin de cultivos.Los elementosesenciales son requeridos por las plantas y los cultivos para cumplir satisfactoria-mente con procesos metablicos involucrados con su crecimiento, desarrollo y

Tabla 1. Distribucin media de los elementos esenciales en la planta(Alarcn, 2000; Salisbury, 1992).

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produccin. Como lo muestra la Tabla 2, dentro de grupos especficos, losnutrientes esenciales hacen parte de compuestos orgnicos, conforman enzimasy activadores enzimticos, participan en el transporte y almacenamiento de ener-ga y actan en la regulacin del potencial hdrico, ajuste osmtico y balanceelectroqumico de las clulas.

Tabla 2.Agrupacin de los nutrientes de acuerdo con el tipo de funciones en la planta(Mengel, Kirkby, 2000).

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El sodio (Na), cobalto (Co), silicio (Si) y vanadio (V) son necesarios paraalgunas plantas. Aunque no son considerados esenciales, se aceptan como be-nficos o mejoradores del desarrollo de determinados cultivos, ya que puedenestimular la absorcin o el transporte de otros elementos esenciales, limitar laabsorcin de otros que se encuentren en exceso o suplir parcialmente la faltade algn elemento esencial. Entre la comunidad cientfica actual existe ciertacontroversia ante la inclusin del silicio como elemento esencial (Alley,Vanlauwe, 2009).

1.2.Movilidad y absorcin de nutrientes

Los elementos nutrientes pueden ser absorbidos por la planta a nivel edfico

y/o foliar de diferentes formas (Figura 3). Su grado de movilidad en la interaccinsuelo-planta est determinado principalmente por formas inicas y molecularesque dependen del peso atmico, la valencia y el tipo de movimiento en elsuelo, como se evidencia en la Tabla 3.

Tabla 3. Nutrientes esenciales y caractersticas prcticas aplicables a su manejo(Castro, et al., 2006; Jungk, 1996).

* La movilidad en la planta est relacionada con el floema.

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La dinmica que gobierna la movilidad de nutrientes en la relacin suelo-planta est determinada por:

Movimiento de iones desde la superficie de los coloides hacia la super-ficie de la raz mediante los procesos de transporte (difusin, flujo demasa e intercepcin radicular).

Movimiento de iones de la superficie de la raz al apoplasto de la raz(espacios intercelulares-xilema) mediante flujo pasivo (difusin) y pos-terior descarga de nutrientes al floema de la clula (simplasto), me-diante flujo activo (bombas ATP, protenas de transferencia).

Movimiento de traslocacin de iones desde el interior de la raz a otrosrganos de la planta va xilema-floema (presin radical, difusin, co-rriente transpiratoria).

Figura 3.Movilidad de elementos minerales en el sistemasuelo-planta. (Torrez, Chinchilla, 2006).

En todos los casos para la movilidad in-raz en el suelo, es necesario que

se encuentre una concentracin adecuada del nutriente en la solucin del sue-lo. El contacto in-raz en la toma de nutrientes puede ocurrir mediante losprocesos referidos a continuacin e ilustrados en la Figura 4.

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Flujo de masa:movimiento in-raz donde los nutrientes entran ala planta debido a la diferencia de potenciales de humedad entre elsuelo y la planta. Esta toma de nutrientes depende del contenido dehumedad y de la conductividad hidrulica del suelo. Los iones dealta movilidad en el suelo son tomados por flujo de masa: S> Mo>N>Mg>Cl>Ca>B.

Difusin:cuando la concentracin de un nutriente en la superficie delas races es menor que en la disolucin acuosa del medio de cultivo,en el seno de sta, los iones se desplazan hacia los puntos de baja con-centracin hasta alcanzar un equilibrio. En el caso de fsforo y el potasio,este mecanismo es el predominante en suelos naturales, debido a la

baja concentracin que alcanzan en la disolucin del suelo.P>K>Mn>Zn>Fe>B>Cl.

Interceptacin radicular: volumen de suelo desplazado por el volu-men de raz, depende de las condiciones de aireacin del suelo y porende oxigenacin de la rizosfera, concentracin y balance nutricional.Los nutrientes que circulan libremente en la solucin del suelo soninterceptados de manera directa por las races. Este proceso de tomapuede ocurrir para la mayora de los elementos. Cu>Fe>Zn>Ca.

Figura 4.Movimiento y absorcin de nutrientes en la raz (Melgar, 2003).

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La Figura 4 muestra que los iones pueden ser transferidos directamente delos coloides a la raz, sin aparecer como iones libres en la solucin del suelo. Unin adsorbido oscila dentro de un pequeo volumen, cuando el volumen de

oscilacin de un in coincide en parte con el de otro adsorbido por la raz (H+),puede establecerse entre ellos un intercambio. Por otro lado el CO

2liberado

por la respiracin de la raz origina cido carbnico, el cual al ponerse en con-tacto con la disolucin del suelo se disocia en H+ y HCO-

3. Los iones H+ difun-

den hasta el coloide y son intercambiados con los cationes adsorbidos sobre susuperficie.

2. FACTORES Y PROCESOS RELACIONADOS CON LA

FERTILIDAD DEL SUELO Y LA DISPONIBILIDAD

DE NUTRIENTES

En cada uno de los componentes del sistema suelo-planta-ambiente, exis-ten factores y/o procesos que influyen o afectan la disponibilidad de losnutrientes. Por ejemplo, el clima determina la distribucin o fraccionamientode nutrientes al lado de la textura de los suelos y la escala fenolgica de loscultivos. Lo anterior es solo un ejemplo de las mltiples interacciones que sedeben considerar para un manejo adecuado de nutrientes con miras a la pro-duccin eficiente de cultivos (Tabla 4).

Tabla 4. Factores ambientales, edficos y del cultivo relacionados con la disponibilidady manejo de nutrientes (Gmez, Castro, 2009).

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Figura 5. Interaccin de las fases slida, cambiable y soluble en la dinmica nutricionalde la relacin suelo-planta (Gmez, Castro, 2009).

2.1.Factores del suelo

Para entender la fertilidad y capacidad productiva de un suelo es necesario

concebir el suelo como un complejo rgano mineral compuesto en generalpor las fases slida, lquida, gaseosa y coloidal. Dichas fases interactan me-diante procesos fsicos, qumicos y biolgicos que condicionan la fertilidadnatural del suelo y, concomitantemente, la productividad de los cultivos. Lasfases del suelo deben proporcionar un equilibrio entre absorcin y restitucinde nutrientes, cuando esto no ocurre es necesario proveer mediante los fertili-zantes dichas necesidades (Figura 5).

La fase slida estconstituida por partculas minerales y compuestos or-gnicos de naturaleza compleja. Los minerales pueden ser primarios (fraccinarena), en tanto que los secundarios corresponden a los diferentes tipos dearcilla. Los slidos orgnicos estn constituidos bien por tejidos vegetales oanimales frescos, o bien por complejos orgnicos alterados por accin microbial

(humus).Lafase cambiable o coloidal corresponde al enjambre inico constituido

tanto por cationes como por aniones, los cuales, a diferencia de los iones en

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solucin, no se encuentran libres sino adsorbidos electroqumicamente a lassuperficies de los coloides del suelo (arcillas y humus), generalmente provistosde cargas superficiales negativas.

Lafase solubleest constituida por la solucin nutritiva del suelo, inte-grada por agua y iones en solucin (cationes y aniones disueltos), suscepti-

bles de ser absorbidos por las races de las plantas, mediante procesos decontacto comnmente conocidos como flujo de masa, difusin e intercep-cin radicular. A la solucin del suelo entran los nutrientes que se solubilizande los minerales primarios, los que se adicionan con los fertilizantes, los quese mineralizan de la materia orgnica, los que se solubilizan de las formasfijadas o inmovilizadas y los que se desorben de las superficies cargadas delos coloides. Se puede decir tambin que de la solucin del suelo salen losnutrientes absorbidos por las plantas, los que se lixivian del perfil, los queson inmovilizados por los microorganismos al alimentarse, los que se preci-pitan en formas insolubles, los que se fijan en la superficie de los minerales ylos que son adsorbidos por las superficies cargadas de los coloides (Espinosa,2000). La concentracin de nutrientes en la solucin del suelo es muy baja.Cuando la planta deprime la concentracin de nutrientes de la solucin delsuelo, los nutrientes retenidos en los coloides pasan a la solucin para mante-ner el equilibrio en un proceso muy dinmico que mantienen los nutrientesal alcance de las races.

La fase cambiable o coloidal define elfactor cantidadcomo la reserva inicasusceptible de intercambio a la solucin del suelo. La dinmica de transferen-cia de iones de la fase intercambiable a la solucin del suelo define el llamado

factor intensidad. La relacin cantidad/intensidad se toma como factor capa-cidad, trmino que finalmente valora la verdadera disponibilidad de un deter-minado nutriente. Segn la naturaleza de la fraccin cambiable, el factor in-tensidad puede verse afectado por procesos de fijacin de nutrientes.

2.1.1. Significado de la mineraloga en el aporte de nutrientes.Existe una

relacin directa entre los materiales parentales que originan el suelo y sugrado de fertilidad. Los procesos de alteracin (meteorizacin-intemperismo)constituyen, en consecuencia, los mecanismos naturales para poner a disposi-cin de las plantas los elementos requeridos para su nutricin, establecindoseentonces la relacin: Roca Mineral Elementos Nutrientes, la cual se pue-de ver interpretada en la Figura 6 y en la Tabla 5.

El concepto moderno del suelo, como cuerpo natural organizado, toma encuenta el material parental como la materia prima sobre la cual actan losfactores formadores (clima, organismos, relieve y tiempo). Agrcolamente, la

fertilidad es el producto de los procesos de alteracin fsica, qumica y bioqumicade los materiales de origen del suelo, sean de carcter mineral y/u orgnico(Castro, 2004).

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Los productos resultantes de este ambiente de alteracin son partculas dediferente granulometra (arena, limo y arcilla) y diferente composicin qumi-ca (Figura 6). La dinmica o comportamiento de estas partculas controla di-

rectamente la nutricin vegetal (Malagn, 1990).

Figura 6. Resumen de la transformacin de la roca (sustrato geolgico basal) a minerales primarios ysecundarios como indicadores cualitativos de la fertilidad potencial y actual del suelo (Castro, 2004).

La composicin mineralgica de las fracciones gruesas (arena y limo) ex-plica las diferencias en los niveles de fertilidad de los diferentes suelos. Losminerales primarios contenidos en la arena y limo representan una importan-te reserva natural de nutrientes y son los precursores de los minerales secun-darios de la fraccin arcilla (Meja, 1994). Si un mineral de la fraccin arenaque contiene una alta cantidad de elementos requeridos por plantas y anima-les se altera, su transformacin aporta al medio y se considera que el suelo

derivado de este material tiene potencialmente alta fertilidad (IGAC, 1995).Directa o indirectamente, la proporcin, composicin y estructura de las

diferentes fracciones (arena, limo y arcilla) que integran la parte inorgnica del

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Tabla 5. Contenido de elementos que aportan a la fertilidad del suelo varios mineralesformadores de rocas (IGAC, 1995).

suelo determinan las caractersticas qumicas y fsicas asociadas con su fertili-dad. La Tabla 5 presenta un esquema del aporte de los diferentes minerales a lafertilidad del suelo.

Adems, es conocido que el comportamiento de los suelos depende enbuena parte de la mineraloga de las fracciones finas (arcillas) y la textura. Ensuelos tropicales, la fsica, la qumica y la fertilidad y, en consecuencia, el ma-nejo, se alteran sustancialmente con la mineraloga. Los dos sistemas qumicominerales encontrados en la fraccin arcilla de los suelos son las arcillas de

carga permanente y las arcillas de carga variable (Espinosa, 1994).

Las esmectitas, representadas por la montmorillonita, son un tpico ejem-plo de los minerales arcillosos de carga permanente. En la mayora de losminerales de carga permanente la carga elctrica superficial es negativa yes balanceada con cationes presentes en la solucin del suelo como Ca, Mgy K principalmente. Estos cationes son una importante fuente de nutrientespara las plantas y esta capacidad de retener y suplir cationes es usada comoun ndice de la capacidad productiva del suelo. Las arcillas de carga perma-nente aparecen en varios lugares de los trpicos donde la intemperizacin(envejecimiento) del suelo no ha sido drstica, como en las reas de mode-rada a baja precipitacin en Colombia (Valle del Cauca y Regin Caribe)(Espinosa, 2000).

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En los suelos altamente meteorizados de los trpicos de Colombia, las arci-llas de carga permanente han sido severa o completamente alteradas, origi-nando arcillas de carga variable, de modo que la carga elctrica de la superficie

es producto de la adsorcin de iones determinantes, principalmente el hidr-geno (H+) y los hidroxilos (OH-). La adsorcin de estos iones en la superficie delos minerales arcillosos de carga variable depende del pH de la solucin delsuelo y por esta razn se denominan tambin arcillas de carga dependientedel pH. Una notable excepcin en el trpico son los suelos jvenes de los An-des formados en deposiciones recientes de ceniza volcnica. Si bien estos sue-los son relativamente ms jvenes, tienen como principal caracterstica el he-cho de que los minerales arcillosos, producto de la meteorizacin de la cenizavolcnica, son tambin minerales de carga variable (Espinosa, 1994).

Como se puede observar en la Tabla 6, la proporcin, naturaleza, y estruc-tura especfica de los minerales arcillosos influyen directa o indirectamente enel comportamiento fsico-qumico y en la fertilidad del suelo.

Los coloides del suelo, representados por la fraccin mineral (arcillas) ypor la fraccin orgnica (humus), conforman el complejo rgano-mineral querepresenta la fertilidad actual del suelo. La acumulacin de humus en el suelo

incrementa la fertilidad al aumentar la CIC (Castro, 1998).Resulta entonces muy til reconocer que la interpretacin de la fertili-

dad est influenciada por el grado de evolucin de los suelos. En suelos

Tabla 6. Resumen de las caractersticas de los minerales arcillosos como indicadores de fertilidad delsuelo (Benavides y Forero, 1978, citados por Castro, 1998).

*E.I. = Espacio Interlaminar; (A) = Angstrom = 10 -8cm. ** C.I.C. /100 g material

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jvenes (Entisoles, Vertisoles e Inceptisoles), la fertilidad actual es funcinde los minerales arcillosos predominantes (montmorillonita, illita de cargapermanente) y de los aportes de materia orgnica. En contraste, la fertili-

dad actual de los suelos seniles (Alfisoles, Ultisoles, Oxisoles), de alto gradode transformacin del material parental y prdidas generalizadas de ele-mentos nutritivos, como consecuencia del envejecimiento, depende, en

buena parte, de la fase orgnica para mantener las caractersticas de fertili-dad (Espinosa, 1994).

Por ejemplo, para explicar la relacin entre mineraloga y fertilidad en losAndisoles e integrados ndicos, se caracteriza la proporcin y la naturaleza demateriales amorfos producto de la intemperizacin de ceniza volcnica, juntocon otros minerales arcillosos, los cuales influyen directa o indirectamente enmltiples aspectos del comportamiento fsico-qumico y de la fertilidad de lossuelos cultivados, como se describe a continuacin:

La baja densidad aparente (0,8 1 g.cm-3), implica en el manejo altaporosidad, mayor retencin de humedad y mayor superficie especfi-ca de contacto por unidad de rea respecto a suelos con mineralescristalinos.

Suelos de carga variable dependiente del pH que implica mayores apli-caciones de nutrientes y enmiendas.

Inactivacin del K+.

Alta materia orgnica con bajas tasas de mineralizacin y sumado acomplejos de aluminio se presenta una relacin directa con la fijacinde fosfatos. Aunque los Andisoles paperos en Colombia generalmentepresentan contenidos entre medios y altos de materia orgnica, expre-sados como carbono orgnico, su ndice de mineralizacin es bajo de-

bido a la inactivacin de las bacterias nitrificantes por efecto de lasbajas temperaturas y la concentracin de aluminio. En estas condicio-nes la materia orgnica no es un ndice de la disponibilidad de nitrge-

no para la planta, por ello el manejo debe ir encaminado a la activacinde la flora del suelo con materiales orgnicos de relaciones C/N < a 15(estircoles, gallinazas descompuestas).

Presencia de xidos de Al y Fe en las reacciones de intercambio y fija-cin de fosfatos en la solucin del suelo.

2.1.2. Procesos fsicos en el manejo de nutrientes. El concepto de ferti-lidad fsica se refiere a la oferta edafolgica que el suelo debe brindar a lasraces de las plantas para que stas logren un crecimiento vigoroso y rpi-do. De esta forma, los cultivos aseguran la extraccin adecuada de agua ynutrientes y pueden expresar su mxima capacidad productiva (Amzquita,2003). La Tabla 7 presenta los indicadores ms importantes a tener en cuentaen la calificacin de la fertilidad fsica del suelo.

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La fertilidad fsica del suelo puede ser natural o inducida mediante siste-mas adecuados de manejo, especialmente los relacionados con labranza, riego,drenaje y control de salinidad. Un suelo de buena calidad fsica permite que elagua penetre y se distribuya fcilmente dentro del volumen de suelo ocupadopor las races. Adems, permite que el suelo se acomode a la presin ejercidapor las races en crecimiento. El suelo debe tener una porosidad de por lomenos 50%, con una buena distribucin de macro, meso y microporos, para

facilitar el almacenamiento y movimiento de agua y aire. Por ejemplo, los sue-los de textura fina presentan mayores posibilidades de contacto con los pelosabsorbentes y tambin mayor facilidad de actuacin de los agentes de altera-cin que promueven la liberacin de nutrientes asimilables, con menos prdi-das de nutrientes; caso contrario sucede en suelos de texturas gruesas, conmayor tendencia a la compactacin (Castro, et al., 2006).

Bajo compactacin la absorcin mineral queda inhibida por la ausencia deoxgeno; a medida que la atmsfera del suelo disminuye el oxgeno, es menorla respiracin de las races y la absorcin mineral. Generalmente las races dismi-nuyen su absorcin hasta valores inferiores al 10% de espacio areo en el suelo,aunque esto depende mucho de la especie en cuestin (para el arroz el valorcrtico se sita en 3%).

Tabla 7. Indicadores para calificar las condiciones fsicas en el diagnstico integradode la fertilidad del suelo (Castro, 2004).

*CC: capacidad de campo; AA: agua aprovechable; PS: punto de saturacin; PM: punto demarchitez; DPM: dimetro ponderado medio; COEL: coeficiente de extensibilidad lineal;n= A-0.2R/L+3H (A= humedad de campo, R= % limo+% arena, L= % arcilla, H= % materia orgnica).

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En general, el manejo de la fertilidad fsica debe propender por el aporteadecuado de aire (oxgeno) y agua para el normal crecimiento de los cultivos,es un factor primordial en el manejo integral de la fertilidad del suelo y en la

expresin de la dinmica qumica y biolgica que conlleva a la disponibilidadde nutrientes.

2.1.3. Procesos qumicos y manejo de nutrientes

Reaccin del suelo (pH). Esta propiedad qumica afecta muchos pro-cesos fsicos, biolgicos y de disponibilidad de nutrientes como se observaen la Figura 7. A determinados valores de pH, algunos elementos puedenformar compuestos insolubles: la precipitacin de hierro, manganeso y co-

bre en medios alcalinos; la precipitacin del fsforo en suelos cidos ricosen hierro y aluminio, o en suelos bsicos con el calcio. En suelos clidos y

bsicos particularmente calcreos, tambin pueden producirse prdidas porvolatilizacin de nitrgeno en forma amoniacal: NH

4

+ + OH-NH3+ H

2O.

Figura 7. Relacin entre la reaccin del suelo y procesos que influyenen la disponibilidad de nutrientes (Gmez, Castro, 2009).

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Figura 8. Capacidad productiva de un suelo vista por la relacin del pH, las basesintercambiables y la CICE (Adaptado y complementado de Torrez y Chinchilla, 2006).

Adems, la actividad de los microorganismos puede quedar inhibida endeterminadas condiciones de pH; por ejemplo, la nitrificacin se mitigasignificativamente en medios extremadamente cidos (pH < 4,5) o alcalinos

(pH > 8), con lo que se limita la asimilacin del nitrgeno y el proceso demineralizacin de otros elementos como fsforo y azufre (Figura 7).

Implicaciones del complejo de cambio. Conociendo esta propiedad sepuede predecir la fertilidad potencial y la fertilidad actual del suelo. Los suelosde carga permanente (arcillas 2:1) tienen una mayor fertilidad potencial portener mayor capacidad de intercambio catinico (CIC). Los suelos de cargavariable (minerales amorfos en suelos seniles) son generalmente de baja CIC y,en consecuencia, de baja fertilidad. Un claro ejemplo de esta condicin, sepuede detectar al comparar en Colombia los suelos de la Meseta de Ibagu(CIC del orden de 15-20 cmol. Kg-1) y los de la altillanura (CIC

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En cuanto a la concentracin y saturacin catinica, un complejo de cam-bio con adecuado balance de bases respecto a la CIC debera tener 55-65% decalcio, 15-20% de magnesio y 3-5% de potasio. De otra parte, cuando la satura-

cin de algunos elementos muestra tendencia alta como el caso de aluminio(>25%), sodio (>10 %), magnesio (> 30%), puede ocurrir una alta probabilidadde encontrar bloqueos y desbalances inicos. Adems, la saturacin catinica,segn el caso, puede llevar a la tipificacin de suelos licos, sdicos o magnsicos.

Los elementos relacionados con las propiedades de cambio son los cationesy la presencia de unos u otros depende del grado de acidez del suelo, del ori-gen de las cargas (arcillas + materia orgnica) y de propiedades del elementocomo energa de retencin, radio inico y valencia.

Los cationes son adsorbidos con diferente intensidad en el coloide, por ellose establece la siguiente energa de retencin (Mengel, Kirkby, 2000):

Al+3>Fe+3> Ca+3>K+>NH4

+ para suelos desaturados

Ca+2> Mg+2> K+>Na+> NH4

+para suelos saturados

Cuanto mayor sea la valencia del catin, mayor ser su poder de adsorcin,por eso los cationes divalentes son ms fuertemente adsorbidos que losmonovalentes:

Al+3 > Ca+2 >Mg+2 >NH4

+ > K+ > Na+

Cuando los cationes presentan la misma valencia, se fijan ms intensamenteaquellos con menor radio de hidratacin (Mengel, Kirkby, 2000); por eso elpotasio, que aumenta dos veces su radio al estar hidratado, se adsorbe ms fuer-temente que el sodio, que ve aumentado su radio inico cuatro veces al estarhidratado; en este caso hay que tener en cuenta mayormente la saturacin inica.

K+ > NH4

+ >Na+ (monovalentes); Ca+2>Mg+2 (divalentes)

Para iones metlicos las propiedades de retencin en el suelo dependen enalto grado de la materia orgnica y de la formacin de complejosorganometlicos. Cuando domina el Al+3o Fe+3en suelos con alto contenido demateria orgnica, se limita la disponibilidad de otros micronutrientes comoCu, Mn y Zn segn la siguiente secuencia:

Al+3>Fe+3,+2>Cu+2>Mn+2>Zn+2

Condiciones Redox. El suministro limitado de oxgeno provoca la dismi-nucin del potencial redox del suelo, lo que confiere a este ltimo un carcterreductor. En suelos bien aireados, donde el potencial redox es alto, el oxgenoes un aceptador final de electrones. En suelos con dficit de oxgeno son otros

compuestos los que actan como aceptadores electrnicos, entre los que sepueden citar el nitrato, manganeso, hierro, sulfato y, en ocasiones, el dixidode carbono.

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En condiciones anaerbicas promovidas por el mal drenaje o la inunda-cin, el potencial redox cae hasta un punto en el que los iones NO

3

-, Mn4+,Fe3+ y SO

4

-2, dependiendo del pH, son reducidos por los microorganismosdel suelo.

El nitrato (NO3

-) se reduce en primer lugar a nitrito (NO2

-) y posterior-mente a xido nitroso (N

2O) o anitrgeno molecular (N

2), que son voltiles y

escapan a la atmsfera, contribuyendo a la prdidade fertilidad del suelo atravs del proceso denominado desnitrificacin. Las mayores tasas dedesnitrificacin se presentan bajo condiciones de pH cercano a la neutralidado ligeramente alcalino. Generalmente la tasa de desnitrificacin es baja si el pHes menor a 6,0 (Castro, 1998).

El manganeso, por su parte, es reducido segn la reaccin:

MnO2+ 4 H++ 2e- > Mn2++ 2 H

2O

Como consecuencia de esta reaccin el Mn pasa a una forma soluble ypuede alcanzar concentraciones que resultan txicas para las plantas conlimitantes severos en la absorcin del Fe. A medida que las condiciones se vanhaciendo ms reductoras, los microorganismos reducen al Fe3+, al SO

4

2-y, encondiciones extremas, al CO

2, segn las siguientes reacciones:

Fe(OH)3

+ 3 H++ e- > Fe2++ 3 H2

O

SO4

2-+ 10 H++ 8 e- > H2S + 4 H

2O

CO2+ 8 H++ 8 e- > CH

4+ 2 H

2O

Al igual que el manganeso, el hierro divalente es ms soluble que eltrivalente, por lo que puede producirse un efecto txico de este elemento. Porotra parte, el cido sulfhdrico (H

2S) es un inhibidor de la respiracin celular, y

otros compuestos orgnicos que pueden formarse, como el cido actico o elcido butrico, tambin son txicos cuando se acumulan en las proximidades

de la raz. Igualmente el CO2en medios reducidos pasa a metano (CH4) (Cal-dern, 2008).

Interacciones inicas. Todos los elementos minerales obran entre sy actan sobre los otros, provocando sinergismo y antagonismos por efectode la competencia inica o la interaccin en procesos de precipitacin.Ejemplo: los altos niveles de fsforo en el suelo o en la hoja competirncon el magnesio, hierro, zinc y cobre en la asimilacin (Torrez, Chinchi-lla, 2009).

El antagonismo se presenta cuando el aumento en la concentracin deun elemento reduce la absorcin de otro. Ejemplos: NO

3

--Cl-, Fe-Mn, Na-Ca,NH

4

+-Ca, K-Mg, Ca-Mg. Cuando los iones fijados al complejo coloidal guar-dan una adecuada proporcin, estos antagonismos no suelen presentarse.

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La Tabla 8, resume los principales antagonismos entre elementos nutriti-vos (en rojo) y otros de carcter ms leve (en amarillo). Si bien es cierto que enla bibliografa pueden encontrarse multitud de citas haciendo referencia a toda

clase de antagonismos en cultivos concretos y bajo determinadas condiciones,los referidos se consideran los ms relevantes.

El sinergismo se presentacuando el aumento en la concentracin de unelemento favorece la absorcin de otro (color verde Tabla 8). Ejemplos: N-Ca,P-Mo. Puede darse el caso de existir sinergismos negativos, donde la carenciade un determinado elemento propicia la deficiencia de otro (color azul Tabla 8),como el caso B-Ca, un dficit de boro dificulta la absorcin de calcio y viceversa,si bien es cierto que ante un exceso de uno de ellos se comportan como elemen-tos antagnicos, dificultndose la normal absorcin del otro.

Tabla 8. Sinergismos y antagonismos de nutrientes en el suelo y planta(Alarcn, 2008).

Salinidad. Todos los suelos contienen sales y algunas de estas se convier-ten en un problema cuando se concentran en la zona radical del cultivo. Engeneral el efecto de presin osmtica y deshidratacin de la planta en suelossalinos y/o salinos sdicos causa inhibicin de la actividad fotosinttica del

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cultivo, lo cual conlleva una disminucin en el metabolismo y asimilacin denutrientes en la rizosfera, principalmente de aquellos que dependen de la co-rriente transpiratoria o procesos pasivos de absorcin como el Ca y Mn (Cal-

dern, 2008).

El problema de la salinidad generalmente se asocia a la presencia de dife-rentes tipos de sales, cuyo grado de solubilidad de mayor a menor se expresacomo sigue: nitratos > cloruros > bicarbonatos > sulfatos > carbonatos. En ra-zn a su grado de solubilidad, el diagnstico de la salinidad debe contemplaren su interpretacin y manejo, adems del parmetro de conductividad elc-trica, la tipificacin de las sales predominantes en el extracto de saturacin.

Algunos de los casos donde se ve afectada la disponibilidad de nutrientes

por efecto de la salinidad estn relacionados con los excesos de cloruros y sulfatosque restringen la absorcin de nitrgeno. Por altas concentraciones de sodio y/o magnesio se pueden presentar deficiencias de potasio como consecuencia dela inhibicin competitiva de estos elementos. Altas concentraciones del insodio en la solucin del suelo pueden limitar grandemente la absorcin delcalcio y, en menor medida, la del potasio; para este ltimo caso, debido alcarcter altamente selectivo en su asimilacin.

El exceso de sales y su combinacin con sodio generalmente causan ladispersin de materia orgnica y arcilla, lo que afecta la estructura y la

conductividad hidrulica del suelo (Figura 9). Un caso especfico de este fe-

Figura 9. Expresin de sales superficiales de tipo sulfatos y cloruros metlicosen suelos sulfatados cidos salinos (Gissat, 2006).

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nmeno puede identificarse en suelos sulfatados cidos salinos debido al flu-jo sellante de solutos (sales metlicas, limos, orgnicas y presencia de preci-pitados de Fe) que restringen la permeabilidad del suelo en condicin satu-

rada (Castro, et al., 2009).

2.1.4. Procesos biolgicos, materia orgnica y ciclaje de nutrientes. Loscompuestos de carbono (C) en el suelo estn representados por los residuosorgnicos que son los tejidos de plantas y animales sin destruir y sus produc-tos de descomposicin parcial, la biomasa del suelo que est representada poreltejido microbial vivo y el humus que son todos los compuestos de C que noforman parte de los compuestos arriba mencionados. El humus resiste la ac-cin microbiana y se acumula en el suelo.

La materia orgnica es el humus acumulado a travs del tiempo en elsuelo. El humus est conformado por las substancias hmicas que son com-puestos de peso molecular relativamente alto, de color pardo a negro, for-madas por reacciones secundarias de sntesis. Existen tres fracciones prin-cipales del humus que son: cido flvico, cido hmico y huminas (Castroet al., 2006).

La acumulacin de humus est directamente relacionada con la activi-dad de la poblacin de microorganismos vivos en el suelo, conocida tam-

bin como masa microbiana. En general, el contenido de C de losmicroorganismos vivientes comprende solamente alrededor del 1% al 8%del C total de la materia orgnica del suelo, pero la supervivencia yfuncionalidad (actividad) de muchos de estos microorganismos es vital paramantener la fertilidad del suelo. En cualquier suelo, la acumulacin de hu-mus tiende a equilibrarse con el tiempo y la cantidad final de humus de-pende de la cantidad y calidad del material orgnico aadido y su tasa dedescomposicin. Todo esto, a su vez, depende de las prcticas de manejodel suelo (Espinosa, 1995).

El componente biorgnico tiene repercusin directa en la fertilidad delsuelo, bsicamente por dos aspectos. El primero se relaciona con los residuosfrescos y en descomposicin que se acumulan en la superficie del suelo y loprotegen de la erosin y de la prdida excesiva de agua. El segundo, estasociado a los beneficios de la descomposicin de los residuos animales yvegetales que aportan nutrientes por procesos de mineralizacin, xido-re-duccin y solubilizacin y que finalmente terminan acumulndose comohumus en el suelo (Figura 10). Es ampliamente reconocida la importanciadel humus en el mantenimiento de la fertilidad del suelo (sostenibilidad).

Los aspectos ms relevantes tienen que ver con el incremento de la habilidaddel suelo para retener nutrientes, reduccin de la compactacin, incrementoen la capacidad de retencin de agua, mejoramiento de la capacidad tampn,

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restablecimiento de la estructura y aporte de energa para los microorganismosque trabajan en el ciclaje de nutrientes, entre otros.

Es innegable que en el manejo y sostenibilidad de la productividad del

suelo a travs del tiempo debe existir un equilibrio entre acumulacin demateria orgnica (humificacin) y el proceso de mineralizacin (paso de for-mas orgnicas a minerales disponibles) promovido mediante la actividad

bioqumica de ciclaje (Tabla 9). Lo anterior, de acuerdo con Janzen (2006), seconsigue con: (I) acumulacin de biomasa e incorporacin de residuos,optimizando la retencin ms eficiente de carbono, alternativa que se logracon un manejo integral de la fertilidad y uso eficiente de nutrientes y fertili-zantes y (II) optimizacin de la descomposicin de la materia orgnica, de talmanera que los cultivos se beneficien de este proceso, lo cual se consigue con

la rotacin de cultivos de menor produccin de biomasa que aprovechen losproductos de mineralizacin. Los nutrientes ms asociados a la materia org-

Figura 10. Explicacin grfica del significado del componente biorgnico del suelocomo indicador de fertilidad (Castro, 2004).

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