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9.1. Degradación química

SalinizaciónPIM en Ecología y Edafología (Módulo de Edafología)

Grado en Biología, Facultad de Biología (Universidad de Sevilla)

Antonio Jordán, Lorena M. ZavalaDpto. de Cristalografía, Mineralogía y Química Agrícola

Sales presentes en el suelo y su toxicidad para las plantas

Tipo de sal Sal Presencia en suelos salinos

Solubilidad(g L-1)

Toxicidad

Cloruros NaCl Común Alta Media

MgCl2 Común Alta Alta

CaCl2 Rara Alta Baja

KCl Baja Alta Muy baja

Sulfatos Na2SO4 Común Variable Baja

MgSO4 Común Media Alta

K2SO4 Baja Alta Muy baja

Carbonatos Na2CO3 Suelos sódicos Variable Extrema

Bicarbonatos CO3HNa Suelos sódicos Media Muy alta

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80

SOLU

BIL

IDA

D,

g L-1

TEMPERATURA, oC

CaCl2

Na2SO4

Na2CO3

K2SO4

NaHCO3

Suelos salinos

Bajo determinadas condiciones, en el suelo pueden acumularse sales solubles, lo que Interfiere en el crecimiento de las plantas y

Afecta al desarrollo de la estructura.

Aunque siempre existe una determinada concentración de sales en el suelo, cuando se produce alguno de estos efectos se habla de suelos salinos.

Porcentaje de sodio intercambiable

El porcentaje de sodio intercambiable (PSI) se calcula de la siguiente forma:

PSI =Na+

CIC× 100

Donde [Na+] es la concentración de sodio intercambiable (cmol (+) kg-1) y CIC es la capacidad de intercambio catiónico (cmol (+) kg-1).

La concentración de sodio intercambiable es difícil de medir en suelos con sales solubles, así que el PSI se determina a partir de la relación de adsorción de sodio (RAS), mas fácil de realizar y más precisa:

RAS =[Na+]

[Ca2+] + [Mg2+]2

Salinidad y sodicidad

Porta et al. (2003):

Los suelos salinos (solonchaks) son aquellos en los que se produce una acumulación de sales más solubles que el yeso (CaSO4), suficiente para interferir en el crecimiento de la mayoría de cultivos y otras plantas.

Los suelos sódicos (solonetzs) contienen suficiente sodio intercambiable para que afecte adversamente la producción de los cultivos y la estructura en la mayoría de suelos.

Los suelos salino-sódicoscumplen ambas propiedades.

Suelos salinos:

Ca2+

Suelos salino-

sódicos: Ca2+ y Na+

Suelos sódicos:

Na+

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Extr

em.

sód

ico

Fuer

tem

ente

só

dic

oM

od

. só

dic

o

Salino – alcalino o salino – sódico

Lige

rmae

nte

sód

ico

30

20

*15

7

2 4 8 16

PSI (%)

CEPS (dS m-1)

Modera-damente

salinoNo

rmal

Extr. salino

Fuertemente salinoLig. sali-no

Salinidad y sodicidad

Salinos Sódicos Salino-sódicos

Catión dominante Ca2+ Na+ Ca2+ y Na+

PSI (%) ≤ 7 > 7 > 7

CEPS ≤ 2 > 2 > 2

pH ≤ 8.5 8.5 – 10.0 ≤ 8.5

Estructura No degradada Degradada No degradada

Otros rasgos Perfil poco diferenciado.

Perfil biendiferenciado.Intensa alteración mineral.

La lluvia o el riego pueden lavar el calcio y magnesio solubles, produciéndo un enriquecimiento diferencial en sodio.

Suelos sódicos (Egipto), Sameh K. Abd-Elmabod / Imaggeo

Estado de las sales en el suelo

Las sales pueden encontrarse en el suelo de varias formas: precipitadas:

En solución. Retenidas en el complejo de

cambio (adsorbidas).

El equilibrio entre estos tres compartimentos es muy variable.

Dependiendo de factores externos, se produce preferentemente precipitación o disolución.

Durante el período seco, la cristalización aumenta, la cantidad de sales en solución disminuyen (aunque la solución se concentra) y aumenta la adsorción.

Durante el período húmedo ocurre lo contrario. Superficie coloidal

Sal adsor-bida

Sal en solu-ción

Sal cristali-

zada

Período seco

Período húmedo

Origen de las sales del suelo

Las sales solubles presentes en el suelo son el resultado de la combinación de unos pocos elementos químicos, fundamentalmente O, Ca, Mg, Na, K, Cl, S, C, N.

Las sales proceden fundamentalmente de: Emanaciones volcánicas Meteorización de rocas ígneas

Posteriormente, las sales se acumulan en rocas sedimentarias, suelos y aguas.

Las sales pueden llegar al suelo por diversas causas:

Causas naturales

AridezDrenaje

defi-ciente

Compo-sición de la roca

Material erosio-nado

Sales disueltas

Agua freática

Agua de esco-

rrentía

Agua marina

Causas antrópicas

Conta-minación

Agricultura

Fertili-zantes

Regadío

Origen de las sales del suelo: resumen

Ciclos continentales

MeteorizaciónAcumulación secundaria

(redistribución)

Ciclos marinos

Inundación periódica

Capa freática salada

Espray marino

Ciclos deltáicosCiclos

artesianosCiclos

antropogénicos

Actividad agrícola

Actividad industrial

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Origen de las sales solubles

Ciclos continentales

La formación de suelos salinos en el interior de los continentes se debe a la movilización, redistribución y acumulación de sales.

El ciclo continental de las sales está condicionado por: el clima (aridez),

el régimen de humedad del suelo,

la geomorfología y

el tipo de drenaje.

Origen de las sales solubles

Ciclo continental de acumulación primaria

Las sales proceden de la meteorización de las rocas, de alguna de lassiguientes maneras:

Los productos de la meteorización son solubles y se hallan en la mismaproporción que en el mineral, como en la carbonatación.

MgCO3 +H2O → Mg2+ + 2 HCO3−

Los productos de la meteorización son compuestos solubles y mineralesinsolubles de neoformación, como en la hidrólisis de la albita.

2 NaAlSi3O8 + 3 H2O → Al2Si2O5(OH)4+2 Na+ + 2 OH−

En la meteorización hay cambios en el estado de óxido-reducción, pudiendoafectar al pH del medio, como en la oxidación de los sulfuros.

FeS2+15

4O2 +

7

2H2OFeS2 → Fe(OH)3+4 H

+ + 2 SO4−

Dada la gran movilidad de las sales solubles, es poco frecuente que lasalinización ocurra por acumulación primaria de este tipo.

Si la disponibilidad de agua es baja, la mineralización sería muy lenta. Si la disponibilidad de agua es alta, los elementos solubles se redistribuyen en el

paisaje.

Intrusiones de sal (mina de sal en Morsleben, Alemania), David Tanner / ImaggeoMineros jugando un partido de fútbol al final de la jornada de trabajo en el interior de una mina de sal a 288 metros de

profundidad (Ucrania), Dimitry Tonkacheev / Imaggeo

Origen de las sales solubles

Ciclo continental de acumulación secundaria

En este proceso tienen importancia las rocas sedimentariasformadas en medios como los océanos o las aguascontinentales salobres, a veces asociadas a procesosevaporíticos. Como resultado, el material que aflora puede contener cantidades

muy elevadas de sales.

Posteriormente, las sales son redistribuidas por efecto de laescorrentía superficial o el drenaje en profundidad.

La acumulación se produce normalmente en áreasdeprimidas con drenaje deficiente.

Depósitos de sal en la costa del Mar Muerto (Jordania), Djamil Al-Habouni / Imaggeo

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Lago salado de Qom (Irán), Saeed Jabbari Boukani / Imaggeo Acumulación de sal en la cuenca del Lago Cuitzeo (México), Antonio Jordán / Imaggeo

Suelos salino-sódicos (Egipto), Sameh K. Abd-Elmabod / Imaggeo Salar de Uyuni (10500 km2), cerca del volcán Tunupa (Bolivia), Katja Walter / Imaggeo

Origen de las sales solubles

Ciclos marinos Los suelos de las llanuras asociadas a las costas,

bahías y marismas pueden presentar acumulacionesde sales de origen marino, como el ClNa, comoresultado de la inundación periódica, la existencia de capas freáticas, el transporte por el viento (espray marino), etc.

Un descenso de la capa freática salada puede frenar yrevertir de manera natural el proceso de salinización

Marisma de la Ria Formosa (Faro, Portugal), Antonio Jordán / Imaggeo

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Marisma de la Ria Formosa (Faro, Portugal), Antonio Jordán / Imaggeo Suelos salinos cerca de la desembocadura del río Odiel (Huelva), Antonio Jordán / Imaggeo

Marisma, Huelva

Suelos salinos en la marisma de Moguer (Huelva), Antonio Jordán / Imaggeo Acumulación de sales en superficie (Moguer), Antonio Jordán / Imaggeo

Suelo salino (Solonchak Vértico Gléyico) en la marisma de Doñana (Lucio del Cuquero), Antonio Jordán / Imaggeo Suelo salino (Solonchak Vértico) en la marisma de Doñana (Lucio del Rinconcillo), Antonio Jordán / Imaggeo

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Origen de las sales solubles

Ciclos deltáicos

Los deltas constituyen sistemas con suelos de unaelevada fertilidad. La disponibilidad de agua dulcees alta, debido al transporte que realiza el río, peropuede existir influencia del agua marina o decapas freáticas con alto grado de salinidad.

Delta del Danubio en el Mar Negro (Rumanía), Maria Krommyda / Imaggeo

Origen de las sales solubles

Ciclos artesianos

En ocasiones, la existencia de procesos de salinizaciónen suelos alejados del mar o bajo condiciones noáridas puede explicarse mediante la existencia deaguas freáticas profundas que ascienden por mediode fallas y fracturas de la roca.

En su movimiento ascendente, el agua puede disolvery acumular sales que llegan a la superficie.

Sistema prehispánico de extracción de sal (Araró, México), Antonio Jordán / Imaggeo

Origen de las sales solubles

Ciclos antropogénicos

Las principales causas de salinización antrópica son las siguientes:

Actividad agrícola Uso inapropiado de fertilizantes. Regadíos

Regadíos sobre rocas que poseen sales en su composición. Elevación de la capa freática. Riego con agua de elevada concentración en sales y/o pobre en calcio. Acumulación de sales en la zona radicular por riego continuado y sin

drenaje.

Actividades industriales y mineras Lluvia ácida. Afloramiento de materiales salinos o sódicos durante la actividad

minera.

Bosque

Suelo salino

Percolación lenta

Agua freática salina

Suelos salinos

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Cultivo

Suelo salino

Percolación rápida

Agua freática salina

Agua freática salinaSalinización

intensa

Suelos salinos

Aclarado de la vegetación y puesta en riegoLa evaporación y el riego concentran las sales en el agua subterránea y elevan el nivel freático

Sistema en equilibrioEl suelo funciona como sostén de la vegetación y está protegido de la erosión.

Suelo salinizadoLa vegetación natural y cultivada es eliminada a causa de la salinidad.La superficie del suelo está expuesta a la erosión.

Salinización por irrigación (Marruecos), Richard Allaway / Flickr Salinización por irrigación (cerca de Arroyo Salado, Marchena), Antonio Jordán / Imaggeo

Acumulación de sales por riego con goteo en una zona árida (Valencia), Antonio Jordán / Imaggeo

Las plantas absorben el 40% del agua en el primer cuarto de su profundidad

10% del agua

20% del agua

30 % del agua

Síntomas de salinidad en las plantas

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Síntomas de la salinidad en las plantas

Retardo en la nascencia.

Menor área foliar y crecimiento lento o incompleto.

Menor producción de materia seca.

Necrosis en las hojas.

Hojas de color verde más oscuro que en plantas normales.

Disminución del rendimiento del cultivo.

En condiciones extremas, muerte antes de completar el desarrollo.

0

10

20

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

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MIN

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O E

SPER

AD

O (

%)

CEPS

SojaCebada

Trigo

Espinaca

Lechuga

Naranjo

Y = 100 – b (CEPS – a)

Gradiente de vegetación como respuesta a cambios en la salinidad del suelo (P.N. De Doñana), Antonio Jordán / ImaggeoDistichlis spicata (L.) Greene es una gramínea con tolerancia extrema a la concentración de sales, aguantando hasta 150 dS m-1 (México),

Elizabeth Chávez García / Imaggeo

Efectos de la salinidad y la sodicidad

Efecto osmótico Actúa dificultando la

absorción de agua por las raíces.

La presión osmótica de la solución del suelo aumenta con la cantidad de iones en disolución.

Cuando esto ocurre, las plantas deben realizar un ajuste osmótico en sus células para poder seguir absorbiendo agua.

Efectos de la salinidad y la sodicidad

Efecto del ión específico

El estudio de los fenómenos de toxicidad específica de los iones se suele plantear desde el punto de vista de un cultivo determinado, y queda al margen del estudio de la fertilidad.

Efecto del sodio intercambiable (en suelos sódicos) Cuando el catión Na+ ocupa la mayor parte del complejo

de cambio, éste se dispersa, dificultándose la floculación y la estabilidad de agregados.

Tanto Na+ como Ca2+ pueden ocasionar procesos de antagonismo.

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Efecto de la salinidad sobre la fertilidad física

El principal efecto que tiene la acumulación de sales desde el punto de vista de la fertilidad física del suelo es la pérdida de estructura.

La presencia de Na+ en la solución del suelo actúa como un dispersante, de modo que evita la floculación de las arcillas y contribuye a la degradación de la estructura.

Esto afecta al volumen poroso, que disminuye. Como resultado, disminuye también la permeabilidad y el drenaje vertical del perfil de suelo.

Puede producirse sellado del suelo por la aparición de una costra salina.

Costra de sal en Texcoco (Ciudad de México), Elizabeth Chávez García / Imaggeo

Medida de la salinidad del suelo

La medida de la composición del suelo en sales solubles es complicada, de modo que se suele realizar un test previo de salinidad.

Esta es una medida cualitativa, que consiste en medir la conductividad eléctrica (CE) de una mezcla suelo/agua en proporción 1:5 (CE1:5) o en pasta saturada (CEPS).

La CE es proporcional a la concentración de sales en la solución, y se halla influida por la temperatura.

Por esta razón, la lectura del conductímetro se halla referida a 25 oC.

Sólo en el caso de que se observe un carácter salino del suelo es recomendable realizar el análisis cuantitativo de las sales solubles del suelo.

Medida de la salinidad del suelo

Puente de Wheatstone

La CE se mide mediante un conductímetro, cuyo fundamento es un puente de Wheatstone.

R1, R2 y R3 son resistencias de valores conocidos, además la resistencia R2 es ajustable para fijar el punto de equilibro.

Rx es ka resistencia de la muestra.

Para efectuar la medida se varía la resistencia R2 hasta alcanzar el punto de equilibrio, y se calcula R3:

𝑅2𝑅1

=𝑅𝑥𝑅3

⟹𝑅𝑥 =𝑅2 ∙ 𝑅3𝑅1 Puente de Wheatstone

Determinacion de la salinidad del suelo (CE1:5)

Interpretación de la salinidad y la sodicidad del suelo

CE1:5 (dS m-1) CEPS (dS m-1) Tipo de suelo Interpretación de la salinidad

< 0.35 0 – 2 No salino Ni el suelo ni las plantas presentan problemas por salinidad.

0.35 – 0.65 2 – 4 Ligeramente salino Las especies más sensibles se ven afectadas.

0.65 – 1.15 4 – 8 Salino Disminución del rendimiento en la mayoría de los cultivos.

> 1.15 8 – 16 Muy salino Solo tienen éxito (o rendimientos aceptables, en el caso de plantas cultivadas) las especies tolerantes.

> 16 Extremadamente salino Muy pocas especies sobreviven (muy pocos cultivos ofrecen rendimientos aceptables)

Orientativamente, la CEPS puede relacionarse con la CE1:5 mediante la siguiente ecuación:= 7.351 CE1:5 − 0.568

PSI (%) Interpretación de la sodicidad

< 15 Las especies sensibles pueden presentar problemas.

15 – 40 Solo sobreviven especies semitolerantes.

> 40 Solo sobreviven especies tolerantes.