Objetivos

Aplicar las técnicas aprendidas en laboratorios de cursos anteriores, para utilizarlas en el laboratorio de la asignatura

Establecer la metodología correspondiente a la toma, transporte y conservación de polvo ambiental inerte y molesto.

Determinar la humedad de la muestra se suelo asignada, usando la estufa de aire forzado.

Determinar la textura de la muestra de suelo, en donde se busca encontrar la fracción correspondiente al limo, arena y arcilla. Tanto con el gráfico de Bouyoucos como por la determinación por tacto.

Determinar el porcentaje de muestras por el diámetro de las partículas, usando el sistema de tamizado.

Determinar el porcentaje de materia orgánica, que se encuentra presente en la muestra se suelo, tanto por la vía seca como por la vía húmeda.

Determinar las ppm de cobre y calcio presentes en la muestra de suelo.

Introducción

Laboratorio de ingeniería ambiental II

El presente informe ha sido elaborado con la finalidad de desarrollar los aspectos más relevantes del tema relacionado con los suelos, los cuales abarcan la cubierta superficial de la mayoría de la extensión continental de la Tierra. Éstos suelos son el resultado de de la descomposición de las rocas, por los cambios de la temperatura y por la acción de los seres vivos, el agua y el viento.

La formación general de los suelos, es un proceso que varía según los distintos elementos que se encuentran presentes en él y la intensidad con los que actúan los factores que intervienen en dicho suelo. Es así, que podemos nombrar algunos elementos y factores como los más importantes con respecto a los suelos: La roca madre, el clima, el relieve y la materia orgánica que contiene el suelo a tratar.

La parte orgánica del suelo está formada por restos vegetales y restos animales, junto a cantidades variables de materia orgánica amorfa llamada humus

El conocimiento básico que se debe tener de la textura de los suelos es muy relevante para

los ingenieros que construyen sobre y bajo la superficie de la Tierra, estructuras como carreteras, edificios entre otras. Así también, en la industria de la agricultura se interesan detalladamente por todas las propiedades de los suelos, ya sea por el conocimiento de los componentes minerales y orgánicos que contienen dichos suelos, de la aireación y capacidad de retención del agua, así como de muchos otros.

En el informe de laboratorio que se presenta a continuación, nos avocaremos al estudio de algunos de los elementos químicos presentes en los suelos, es con ello que nos familiarizaremos con la metodología correspondiente a la determinación de humedad, en donde los compuestos orgánicos son eliminados usando una estufa, la determinación de la textura de los suelos, usando tanto la determinación por tacto como usando el método de bouyoucos, para lograr determinar la arena, limo y arcilla presente en nuestra muestra de suelo, y la clasificación de los suelos para finalmente trabajar con la determinación de la materia orgánica.

Marco teórico

El desarrollo de los suelos en Chile está asociado a factores geológicos, geomorfológicos, climáticos y a la actividad volcánica que está presente en todos los eventos modeladores del paisaje natural.

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Debido a las condiciones montañosas de Chile, con fuertes pendientes entre los relieves de la Cordillera de Los Andes y el nivel del Océano Pacífico, la tendencia general en los suelos es presentar poco desarrollo en sus perfiles y por lo tanto son suelos jóvenes en su evolución.

El material generador de los suelos es variado, correspondiendo a meteorización de rocas antiguas dando origen a suelos in situ; depósitos de cenizas volcánicas en forma de Loess; depósitos glaciales, fluvioglaciales y aluviales que dan origen a suelos más jóvenes y de menor desarrollo.

Los suelos también se pueden clasificar por sus características químicas, por su poder de absorción de coloides y por su grado de acidez (pH), que permite la existencia de una vegetación más o menos necesitada de ciertos compuestos.

Los suelos no evolucionados son suelos brutos, muy próximos a la roca madre y apenas tienen aporte de materia orgánica. Son resultado de fenómenos erosivos o de la acumulación reciente de aportes aluviales. De este tipo son los suelos polares y los desiertos, tanto de roca como de arena, así como las playas.

Los suelos poco evolucionados dependen en gran medida de la naturaleza de la roca madre. Existen tres tipos básicos: ránker, rendzina y los suelos de estepa. Los suelos ránker son más o menos ácidos, como los suelos de tundra y los alpinos. Los suelos rendzina se forman sobre una roca madre carbonatada, como la caliza, suelen ser fruto de la erosión y son suelos básicos. Los suelos de estepa se desarrollan en climas continentales y mediterráneo subárido. El aporte de materia orgánica es muy alto. Según sea la aridez del clima pueden ser desde castaños hasta rojos.

En los suelos evolucionados encontramos todo tipo de humus, y cierta independencia de la roca madre. Hay una gran variedad y entre ellos se incluyen los suelos de bosques templados, los de regiones con gran abundancia de precipitaciones, los de climas templados y el suelo rojo mediterráneo. En general, si el clima es propicio y el lugar accesible, la mayoría de estos suelos están hoy ocupados por explotaciones agrícolas.

El Contenido de Humedad de los Suelos: Esta propiedad física del suelo es de gran utilidad en la construcción civil y se obtiene de una manera sencilla, pues el comportamiento y la resistencia de los suelos en la construcción están regidos, por la cantidad de agua que contienen. El contenido de humedad de un suelo es la relación del cociente del peso de las partículas sólidas y el peso del agua que guarda, esto se expresa en términos de porcentaje.

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El Tamizado : Es un mecanismo de filtración de aire, en el que las partículas de un diámetro superior a la distancia libre entre dos fibras no pueden pasar. La partícula es retenida y no puede ir más lejos en la media filtrante. El tamizado es un mecanismo que detiene las partículas gruesas.

Con este proceso podemos separar dos sólidos de distinto tamaño de grano con tamiz o criba que deje pasar solo los de menor tamaño. El proceso se le llama tamizado. Este instrumento se denomina tamiz y es el instrumento que se utiliza para la separación de tamizado o cribado

Digestión (o el envejecer del precipitado): Sucede cuando se deja un precipitado fresco, formado generalmente en una más alta temperatura en la solución de la cual se precipita. Da lugar a partículas más limpias y más grandes.

Determinación de textura por el método de Bouyoucos

Bouyoucos desarrolló un método para determinar el contenido de arcilla, limo y arena de un suelo, sin separarlos. La muestra se dispersa en una máquina batidora haciendo uso de un agente dispersante, la suspensión se vierte en un cilindro largo y dentro se coloca un hidrómetro de diseño especial. Éste, por el principio de Arquímedes, tenderá a sumergirse en mayor proporción cuando menor sea la densidad media de la suspensión.

En la escala del mismo puede leerse la profundidad a la cual está sumergido y determinar así la densidad de la suspensión. Restando la densidad del medio (agua) puede determinarse la cantidad de partículas. Luego, a partir de la profundidad y tiempo de sedimentación, se calcula la velocidad y con ello el diámetro de las partículas. A fin de facilitar los cálculos se han confeccionado monogramas.El método fue calibrado por Bouyoucos en 1962, quien determinó que luego de transcurrido un intervalo de 40 segundos la arena (diámetro mayor a 0,005 mm) se deposita y no interfiere en la determinación de la cantidad de limo + arcilla en suspensión. Por diferencia se obtiene la cantidad de arena. Cuando se deja transcurrir el tiempo (2 horas) suficiente

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para que el limo (mayor de 0,002 mm) se asiente se puede determinar el porcentaje de arcilla leyendo directamente sobre la escala del hidrómetro y con dicho dato se calcula la cantidad de limo. La arcilla muy fina se determina después de un período de 24 horas de sedimentación empleando un hidrómetro de gran sensibilidad.

También resulta de utilidad la sensación al tacto que dejan las distintas fracciones texturales, además de apreciar sus condiciones de plasticidad y adhesividad en húmedo. El limo se muestra suave en seco, con una sensación táctil de talco o harina. En húmedo tiene moderada plasticidad pero muy escasa adhesividad. La arcilla posee alta plasticidad y adhesividad. Finalmente la arena presenta un aspecto rugoso característico, y no es plástica ni adhesiva.

La determinación de la materia orgánica

Se basa en la cuantificación del carbono por combustión seca, en la que se determina la cantidad de dióxido de carbono desprendido o por combustión húmeda que se basa en la reducción del dicromato de sodio o de potasio y luego se determina por titulación la cantidad de dicromato no reducida. En suelos derivados de calizas o que tienen alto contenido de carbonatos es necesaria su destrucción mediante un ácido inorgánico como el ácido clorhídrico.

El contenido porcentual total de materia orgánica en los primeros centímetros del suelo es alto y decrece a medida que aumenta su profundidad, lo que indica una disminución regular de carbono orgánico. Generalmente la materia orgánica del suelo contiene en promedio el 58 % de carbono.

En los procesos químicos la materia orgánica interviene en:

- El suministro de elementos químicos (mediante la mineralización) como el nitrógeno, fósforo, azufre, potasio, calcio y magnesio y micronutrientes disponibles para las plantas. - La estabilización de la acidez del suelo. - La capacidad de cambio catiónico de los suelos. La capacidad de intercambio de la materia orgánica es alta, varía entre 100 y 400 cmol(+)/kg. (centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo). - La capacidad de intercambio aniónico, donde se acumulan nitratos, fosfatos y sulfatos. - La regularización de los niveles de disponibilidad de nutrimentos principales y de elementos químicos menores.

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- Los fenómenos de adsorción que inactivan a los plaguicidas.

La materia orgánica también afecta propiedades físicas del suelo como:

- En la estructura del suelo, favorece la formación de agregados, disminuye la plasticidad y la agregación global del suelo. - En el uso del agua mejora la infiltración, reduce la evaporación, mejora el drenaje y la estructura lo que favorece la aireación, favorece el calentamiento y a través de los coloides orgánicos ayuda a retener el agua. - En el color del suelo favorece o dificulta la absorción de la energía solar.

Determinación de elementos químicos en los suelos

Los suelos más fértiles son aquellos que contienen los minerales básicos para las plantas y los animales, deben contener, potasio, hierro, fósforo, magnesio, cobre, zinc, calcio, estos suelos facilitan notablemente la prosperidad de la agricultura, claro está que no todos los suelos presentan la misma características existen suelos muy paupérrimo en cuanto a uno o varios minerales por esta razón se tiene que recorrer notablemente al fortalecimiento de los mismos mediante el uso de abonos y nutrientes, no de otra manera las plantas pueden alcanzar su grado de fortalecimiento y desarrollo

Materiales y reactivos

Determinación de humedad:

Materiales 2 cápsula de porcelana Balanza analítica Estufa de aire forzado Pinza para cápsula de porelana Espátula

Tamizado:

Materiales Tamices de malla: 10, 20, 40, 100, 230 y 450 Balanza Cápula Recipientes

Determinación de textura de suelo:

Materiales Balanza analítica

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Tamices

Vaso precipitado 1L Probeta 1L Agitador Hidrómetro (ASTM 152H) Termómetro Cronómetro

Reactivos Hexametafosfato de Na

Determinación de materia orgánica:Por via seca:Materiales

Balanza analitica Mufla Crisol Pinza para crisol Espátula

Por via húmeda:Materiales

Spectronic 20 Balanza analítica Matraz erlenmeyer 125ml Probeta de 100ml Pipeta graduada de 10ml Piseta

Reactivos Dicromato de potasio 1N (K2Cr2O7) Ácido sulfúrico (H2SO4) Sacarosa p.a. Agua destilada

Determinación de un macro y micro elemento

Materiales Espectrofotómetro de absorción atómica Cátodos de cobre y calcio Balanza analítica Matraz erlenmeyer 125ml Matraz aforo 50ml Pipeta graduada de 5ml Soporte universal Bagueta Argolla para embudo Doble nuez

Laboratorio de ingeniería ambiental IIEspectrofotómetro de absorción atómica. Modelo Perkin-Elmer modelo 3100. Universidad Tecnológica Metropolitana

Hidrómetro Scml 00792 – Temp. 78°F

Spectronic 20

Papel filtro Piseta

Reactivos Ácido Nítrico (HNO3) Ácido perclórico (HClO4) Agua destilada

Procedimiento Experimentalhumedad y tamizado

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Suelo

% humedad Tamizado

Determinar

Muestra 15g aprox

Muestra25g aprox

Estufa 65°C Estufa 105°C

Llevar a

Muestra 100g aprox

Estufa a 65°C

Tamices

Llevar a

Ordenar

Procedimiento experimental determinación de textura de suelos

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Masa final

% humedad

obtener

Tamizar

Composición %

Obtener

Textura de suelos

Por tacto Método bouyoucos

Muestra 50g

Vaso pp 1L

Probeta 1L

Reposar 4min

500ml H2O

20ml Hexanofosfato

agregar

Llevar a

Llevar a

enrasar

Dureza

Plasticidad

Aspereza

Analizar

Procedimiento experimental determinación de materia orgánica

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Materia orgánica

Por via seca Por via húmeda

Muestra3g aprox

Muestra1g aprox

Mufla 650°C

Residuo

% Mat. Org. % ceniza% perdidas por calcinación

Llevar a

obtener

calcular

M. Erlenmeyer

Por 10minutos

Curva de calibración

Muestra Probl.Tabular datos

10ml K2Cr2O7

20ml H2SO4

70ml H2O

Espectrofotometría

Llevar a

Agitar poragregar

Construir

Interpolar

L1 y T1°C

L2 y T2°C

% arena

% arcilla

% limo

Textura

Calcular

Determinar

determinar

Esperar 1h

Procedimiento experimental determinación de un macro y micro elemento

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Macro y Micro elemento

Muestra1g aprox

Matraz erlenmeyer

Filtrar

M. aforo50ml

E.A.A

15ml HNO3

5ml HClO4

agregar

Llevar a

enfriar

enrasar

Analizar por

Resultados

Muestra 19

Determinación de humedad

Tabla 1: masas iniciales y finales en gramos

Muestra suelo Cápsula M. inicial cápsula + muestra f.

Muestra final

65°C 76,1180 5,2666 81,3490 5,2310105°C 74,6761 5,1457 79,7836 5,1075Tamización 65°C --- 100,16 --- 99,54

Tabla 2:% humedad

Muestra suelo M. inicial M final Humedad % humedad 65°C 5,2666 5,2310 0,0356 0,6760%105°C 5,1457 5,1075 0.0382 0,7424%Tamización 65°C 100,16 99,53 0,6300 0.6290%

La humedad definitiva de la muestra 19 será la correspondiente a la muestra a 105°C

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%humedad= 0,7424%

Tamización

Muestra inicial: 99,54g (después de extracción de humedad)

Tabla 3: % de composición de la muestra

Total 98,32g : 98,78%

Determinación de texturasDeterminación por tacto:

Se desmorona fácilmente: indica un bajo % de arcilla Al mezclar con agua se forma una masa parecida a la plasticina que luego se

quebraja levemente. Lo cual tiene directa relación con la presencia de arcilla. Al agregar agua se produce sensación de aspereza: lo cual indica que el nombre

de la textura incluya la palabra arenosa.

Determinación de textura por el método de Bouyoucos:

Tabla 4: Lecturas v/s tiempo

4min 1 horaL (g/l) 11 5T° (°C) 20°C 23,5°C

Corrección de L1:

T1=20°C=68°F ; T1> 67°F se suma L1

Corrección de L2:

T2=23,5°C=74,3°F ; T2> 67°F se suma L2

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N° Malla Masa obtenida %10 0.02 0.02%20 12,82 12,88%40 25,20 25,32%

100 34,28 34,44%230 18,63 18,72%450 7,37 7,40%

Tabla 5: Lecturas v/s tiempo corregidas

4min 1 horaL (g/l) 11,2 6,36T° (°C) 10°C 23,5°C

% arena=100 – (L1corregidx2)% arena=100 – (11,2*2)% arena=77,6

% arcilla=L2 corregida x 2% arcilla= 6,46*2% arcilla=12,92

% Limo= 100 – (%arena + %arcilla)% Limo= 100 – (77,6 + 12,92)% Limo= 9,48%

Interpolando los % de arena, arcilla y limo es posible determinar la textura de la muestra de suelo.

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Por lo tanto la muestra de suelo corresponde a Franco arenoso

Determinación de materia orgánicaPor vía seca: se calcino la muestra a 650°C

Tabla 6Masa crisol Crisol + muestra Muestra Crisol + Mstra

calcinadaMuestraΔ

19,5785g 22,6041g 3,0256g 21,8928g 0,7113g

Para conocer el porcentaje de perdida por calcinación, se ocupa la siguiente formula:

% de pérdida por calcinación.

Donde:

a = masa en (g) de suelo + crisol

b = masa en (g) del residuo + crisol.

c= Masa de crisol.

% perdida por calcinación

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% perdidas por calcinación=23,5%

Luego conociendo las perdidas por calcinación es posible determinar el % de cenizas y % de materia orgánica.

%cenizas=100-% perdidas por calcinación

%cenizas=76,5%

%Materia orgánica= %perdida por calcinación*0,8

%Materia orgánica=18,8%

Determinación por vía húmeda: Masa muestra: 1,0036gDilución: 50ml

Se realizo la siguiente curva de calibración:

Tabla 7: Primera curva de calibración

mg C12H22O11 %T1 A1 A1c

H20 100 0,0000 -0 95,6 0,0195 0,0000

11 75,2 0,1237 0,104219,5 64,1 0,1931 0,173632,4 49,7 0,3036 0,284143,1 44,5 0,3516 0,332150,3 38,6 0,4134 0,393960,6 32,9 0,4828 0,4633

Tabla 8: Segunda curva de calibración

mg C12H22O11 %T2 A2 A2c

H20 100 0,0000 -0 96,9 0,0136 0,0000

11 69,9 0,1555 0,141919,5 58,2 0,2390 0,221432,4 45,9 0,3381 0,324543,1 43,5 0,3615 0,347950,3 35,1 0,4546 0,441060,6 32,0 0,4948 0,4812

Aplicando regresión lineal a ambas curvas se obtiene

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Tabla9:m n r R2

1° curva 7,500*10-3 0,0177 0,9968 0,99372° curva 0,0082 0,0267 0,9749 0,9504

Como R2 de la curva 1 es más cercano a 1, esta será la curva a utilizar.

Ac=m*C + n

Ac=7,500*10-3C +0,0177

Lectura de muestra en el espectrofotómetro:T=%58,8

A=0,3010, la cual se corrige con el correspondiente factor de corrección a la curva (0,0195) obteniéndose:

Ac= 0,2111

Interpolando Ac en la ecuación anterior, se obtiene la concentración

de Sacarosa

Peso molecular de la sacarosaC=12x12,0111=144,1332g/molH=22x1,00797=22,17534g/molO=11x15,99 94=175,9934g/mol TOTAL = 342,3019

Luego es posible usar la siguiente relación:

X= 10,8580mg Carbono

Resultados en Tal como ofrecido (TCO):

Luego 10,8580 mg Carbono están en 1, 0036g de muestra, por lo tanto para 100g:

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X=1081,9051mg de carbono = 1,0819g

%Materia orgánica= 1,0819%

%Materia orgánica=1,0819% TCO

En partes por millón este resultado equivale a :

X= 10819ppm TCO

Resultados en Base materia seca (BMS):%humedad: 0,7424%

X=1,0900% Materia orgánica BMS

X=10900ppm BMS

Determinación de Cu y Ca por Espectrofotometría de absorción atómica

ParámetrosElemento Log,

Onda(nm)Slit (nm) Sensibilidad STD

Cu 324,8 0,5 5mg/l 4mg/l2mg/l1mg/l

Ca 422,7 0,7 13mg/l 12mg/l8mg/l4mg/l

El resultado de E.A.A es el siguiente

Muestra Cu Casuelo 0,8ppm -

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Como la muestra de Cu es 0,8ppm=0,8mg/L

X=0,04mg

X=0,04mg de Cu están en 1g de muestra total

Luego por cada 100g de muestra;

X=4mg

X=4mg de Cu están en 100g de muestra total

Discusiones

Experimentalmente fue posible determinar la humedad presente en la muestra, la cual fue de 0,7424%, este resultado es bajo en relación a los porcentajes normales en nuestras de suelos, este resultado podría explicarse suponiendo que con anterioridad la muestra a perdido mayor humedad, por encontrarse almacenada en un lugar cálido o por quedar expuesta a los rayos del sol mientras se trabajaba, otras posibles causas pueden corresponder a una mala homogenización de la muestra al momento de masar.

Con respecto a la determinación de textura de suelo por el método de Bouyoucos, este se logra debido a que la velocidad de caída de las partículas es función de su radio, por lo cual las partículas mas grande (con mayor radio) tienen una mayor velocidad de caída, por lo tanto, se tienen para distintos tiempos, sedimentaciones de diámetros específicos de partículas, lo cual fue posible cuantificar a través de un hidrómetro. Luego tabulando las lecturas del hidrómetro versus temperatura, fue posible obtener los porcentajes de: arena, arcilla y limo, y finalmente interpolando en el gráfico de bouyoucos obtenemos la lectura del suelo, que en este caso corresponde a franco arenoso. Por otra parte, de manera indirecta es posible determinar la textura, comparando los porcentajes de los diámetros obtenidos por tamización con las tablas del sistema internacional. Sin embargo el método de

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bouyoucos es ampliamente más recomendable debido a su alta precisión y especificación.

En relación a la determinación de materia orgánica, esta se realizo por vía seca y vía húmeda, para la primera se obtuvo 18,8%, mientras que para la otra se obtuvo 1,0819%(TBO). Esta gran diferencia puede deberse a que existe un alto porcentaje de agua que se halla evaporado junto con la materia orgánica en la mufla, sin embargo, como se dijo anteriormente el porcentaje de humedad fue claramente bajo, por lo cual se descarta dicha hipótesis.

Finalmente se encontró la presencia de cobre en la muestra de suelo, que corresponde a 4mg de Cu por cada 100g de muestra, además de la presencia de calcio, la cual no fue medida empíricamente debido a la obviedad de la presencia de este macroelemento, cuyos niveles normales corresponden al 60-70% de la saturación de los cationes del suelo. Estos niveles de calcio son indispensables en la agricultura, ya que logran que los otros elementos, especialmente los cationes se pongan disponibles para la planta.

Conclusión

Se lograron aplicar las técnicas aprendidas en laboratorios de cursos anteriores, para utilizarlas en el laboratorio de la asignatura.

Se logró establecer y conocer, la metodología que corresponde a la toma, transporte y conservación de polvo ambiental y molesto.

Se determinó la humedad de la muestra se suelo, esto usando la estufa de aire forzado que se encuentra presente en el laboratorio de la asignatura.

Se logró determinar la textura de la muestra de suelo usando la determinación por tacto, además se determinó usando el gráfico de Bouyoucos que la muestra de suelo está constituida en mayor porcentaje, por arena, en desmedro de la arcilla y el limo.

Se aprendió a utilizar el sistema de tamizado, en donde la finalidad del sistema fue determinar el porcentaje de muestras por el diámetro de las partículas.

Se logró determinar el porcentaje de materia orgánica, que se encuentra presente en la muestra de suelo, tanto por vía húmeda como por vía seca.

Se lograron determinar las partes por millón de cobre , que se encuentran presentes en la muestra de suelo, con el uso de la espectrofotometría de absorción atómica.

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Bibliografía Prácticos de laboratorio de ingeniería ambiental 2 Libro Introducción a la Química Ambiental, de Manahan, Stanley E, editorial

Reverté. Libro Química Ambiental, de Colin Baird, editorial Reverté. http://www.hortalizas.com/pdh/?storyid=1179 http://edafologia.fcien.edu.uy/archivos/Nutrientes%20del%20suelo.pdf http://www.madrimasd.org/blogs/universo/2008/06/01/93482 http://www.profesorenlinea.cl/Ciencias/Suelos.htm http://www.tecnun.es/asignaturas/Ecologia/Hipertexto/05PrinEcos/

110Suelo.htm

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