Morfología del suelo

Morfología del suelo es la rama de la ciencia del suelo dedicada a la descripción técnica del suelo, particularmente sus propiedades físicas, incluyendo textura, color, estructura y consistencia. Las evaluaciones morfológicas del suelo generalmente se realizan en el campo en un perfil de suelo que contiene múltiples horizontes.

Junto con la formación y clasificación del suelo, la morfología del suelo se considera parte de la edafología, una de las disciplinas centrales de la ciencia del suelo.

Desde el origen de la agricultura, los humanos hemos entendido que los suelos contienen diferentes propiedades que afectan su capacidad para producir cultivos. Sin embargo, la ciencia del suelo no se convirtió en su propia disciplina científica hasta el siglo XIX, e incluso entonces los primeros científicos del suelo se agrupaban en términos generales como "agroquímicos" o "agrogeólogos" debido a los fuertes y duraderos vínculos del suelo con la agricultura. Estos agrogeólogos examinaron suelos en entornos naturales y fueron los primeros en estudiar científicamente la morfología del suelo.

Un equipo de científicos rusos del suelo liderados por V.V. Dokuchaev observó perfiles de suelo con horizontes similares en áreas con clima y vegetación similares, a pesar de estar separadas por cientos de kilómetros. El trabajo de Dokuchaev, junto con contribuciones posteriores de K.D. Glinka, C.F. Marbut y Hans Jenny establecieron los suelos como cuerpos naturales independientes con propiedades únicas causadas por sus combinaciones igualmente únicas de clima, actividad biológica, relieve, material parental y tiempo. Anteriormente, las propiedades del suelo se habían inferido únicamente de las condiciones geológicas o ambientales, pero con esta nueva comprensión, ahora se utilizaron las propiedades morfológicas del suelo para evaluar la influencia integrada de estos factores.

La morfología del suelo se convirtió en la base para comprender las observaciones, los experimentos, el comportamiento y los usos prácticos de diferentes suelos. Para estandarizar las descripciones morfológicas, Charles Kellogg y el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos-Servicio de Conservación de Suelos para los Estados Unidos publicaron por primera vez en la década de 1930 directrices y manuales oficiales para describir el suelo y G.R. Clarke para el Reino Unido. Desde entonces, muchos otros países y organizaciones nacionales de estudios de suelos han desarrollado sus propias directrices.

Las observaciones de la morfología del suelo generalmente se realizan en el campo en perfiles de suelo expuestos mediante la excavación de un pozo o la extracción de un núcleo con un tubo de empuje (portátil o hidráulico) o una barrena. Un perfil de suelo es una cara de un pedón, o una unidad tridimensional imaginaria de suelo que mostraría toda la gama de propiedades características de un suelo en particular. Los pedones ocupan generalmente entre 1 y 10 m² de superficie terrestre y son la unidad fundamental del estudio de suelos en campo.

Muchos científicos del suelo en los Estados Unidos documentan descripciones morfológicas del suelo utilizando la hoja de campo estándar de descripción de Pedon publicada por el USDA-NRCS. Además de la ubicación, el paisaje, la vegetación, la topografía y otra información del sitio, las descripciones de la morfología del suelo generalmente incluyen las siguientes propiedades:

Los perfiles del suelo contienen múltiples capas, conocidas como horizontes, que generalmente son paralelas a la superficie del suelo. Estos horizontes se distinguen de las capas adyacentes por sus cambios en las propiedades morfológicas a medida que el suelo se forma naturalmente. Los mismos horizontes de suelo pueden recibir nombres y etiquetas de manera diferente en varios sistemas de clasificación de suelos en todo el mundo, aunque la mayoría de los sistemas contienen lo siguiente:

• Prefijo numérico: indica una discontinuidad litológica o cambio en el material padre
• Carta de capital: representa el horizonte maestro, como O, A, E, B, C, R, y otros. Se pueden utilizar múltiples letras mayúsculas para describir los horizontes de transición, que son capas con propiedades de múltiples horizontes maestros (como AB o horizontes A/B).
• Carta minúscula: sufijo horizonte o distinción subordinada, que añade detalles de la formación del suelo. Se pueden utilizar múltiples sufijos en combinación, y algunos horizontes maestros (incluyendo O, B y L) deben describirse con un sufijo.
• Sufijo numérico: indica subdivisiones dentro de un horizonte mayor. Si hay capas lo suficientemente distintas para ser horizontes separados, pero lo suficientemente similares para recibir el mismo maestro y sufijo letras, se añaden números secuenciales al final de la designación para distinguir los horizontes (como A, Bt1, Bt2, Bt3, C).

Además del nombre del horizonte, se describen la distinción y la topografía del límite inferior de cada horizonte. La distinción de límites está determinada por la precisión con la que se puede identificar el límite entre horizontes y puede ser muy abrupto, abrupto, claro, gradual o difuso. La topografía del límite se refiere a la variación horizontal del borde, que muchas veces no es paralela a la superficie del suelo e incluso puede ser discontinua. Las categorías de topografía incluyen lisa, ondulada, irregular y quebrada.

El color del suelo se describe cuantitativamente utilizando el sistema de color Munsell, desarrollado a principios del siglo XX por Albert Munsell. Munsell era pintor y el sistema cubre toda la gama de colores, aunque los libros de colores de suelos de Munsell especialmente adaptados y utilizados habitualmente en la descripción de campos sólo incluyen los colores más relevantes para el suelo.

El sistema de color Munsell incluye los siguientes tres componentes:

• Hue: indica el color espectral dominante (es decir, arco iris), que en el suelo es generalmente amarillo y/o rojo. Cada página del libro de color de suelo Munsell muestra un tono diferente. Ejemplos incluyen 10YR, 5YR y 2.5Y.
• Valor: indica ligereza o oscuridad. El valor aumenta desde la parte inferior de cada página hasta la parte superior, con números inferiores que representan el color más oscuro. El color con un valor de 0 sería negro.
• Croma: indica intensidad o brillo. El croma aumenta de izquierda a derecha en cada página, con números más altos que representan un color más vivo o saturado. El color con un croma de 0 sería gris neutro.

Los colores del suelo pueden ser bastante diversos y resultan del contenido de materia orgánica, la mineralogía y la presencia y estados de oxidación de los óxidos de hierro y manganeso. Los suelos ricos en materia orgánica tienden a ser de color marrón oscuro o incluso negro debido a la acumulación de materia orgánica en las partículas minerales. Los suelos bien drenados y muy erosionados pueden tener un color rojo brillante o marrón debido al hierro oxidado, mientras que el hierro reducido puede impartir colores grises o azules e indicar un drenaje deficiente. Cuando el suelo está saturado durante períodos prolongados, la disponibilidad de oxígeno es limitada y el hierro puede convertirse en un aceptor biológico de electrones. El hierro reducido es más soluble que el hierro oxidado y se lixivia fácilmente de los recubrimientos de partículas, lo que expone minerales de silicato desnudos de color claro y produce agotamiento del hierro. Cuando la reducción y/o el agotamiento del hierro hacen que el color de la matriz dominante sea el gris, se dice que el suelo está gleyado.

El color del suelo también depende de la humedad, específicamente del valor del color. Es importante tener en cuenta el estado de humedad como "húmedo" al agregar agua no cambia el color del suelo, o como "seco" cuando el suelo está seco al aire. El estado de humedad estándar para describir el suelo en el campo varía regionalmente; Las áreas húmedas generalmente usan el estado húmedo mientras que las áridas usan el estado seco. En descripciones detalladas, se deben registrar tanto los colores húmedos como los secos.

La textura del suelo es el análisis y clasificación de la distribución del tamaño de las partículas en el suelo. Las cantidades relativas de partículas de arena, limo y arcilla determinan la textura del suelo, lo que afecta la apariencia, el tacto y las propiedades químicas del suelo.

Para realizar una estimación manual en el campo, los científicos del suelo toman un puñado de tierra tamizada y la humedecen con agua hasta que se mantiene unida. Luego, la tierra se enrolla hasta formar una bola de aproximadamente 1 a 2 pulgadas de diámetro y se aprieta entre el pulgar y el costado del dedo índice. Las cintas deben hacerse lo más largas posible hasta que se rompan naturalmente por su propio peso. Las cintas más largas indican un mayor porcentaje de arcilla. La suavidad o arenisca relativa indica el porcentaje de arena y, con práctica, esta técnica puede proporcionar determinaciones precisas de la clase textural.

Un científico del suelo experimentado puede determinar la textura del suelo en el campo con una precisión decente, como se describe anteriormente. Sin embargo, no todos los suelos se prestan a determinaciones precisas de la textura del suelo en el campo debido a la presencia de otras partículas que interfieren con la medición de la concentración de arena, limo y arcilla. La textura mineral puede verse oscurecida por un alto contenido de materia orgánica en el suelo, óxidos de hierro, aluminosilicatos amorfos o de orden corto y carbonatos.

Para poder determinar con precisión la cantidad de arcilla, arena y limo en un suelo, se debe llevar a un laboratorio para su análisis. Se realiza una estrategia conocida como análisis de tamaño de partículas (PSA), comenzando con el pretratamiento del suelo con el fin de eliminar todas las demás partículas como la materia orgánica que puedan interferir con la clasificación. El pretratamiento debe dejar el suelo estrictamente en partículas de arena, limo y arcilla. El pretratamiento puede consistir en procesos como el tamizado del suelo para eliminar partículas más grandes, permitiendo así que el suelo se disperse adecuadamente. Luego se pueden utilizar pruebas de hidrómetro para calcular las cantidades de arena, limo y arcilla presentes. Consiste en mezclar el suelo pretratado con agua y luego dejar reposar la mezcla, tomando nota de la lectura del hidrómetro. Las partículas de arena son las más grandes y, por lo tanto, se asentarán más rápido, seguidas de las partículas de limo y, por último, las partículas de arcilla. Luego las secciones se secan y se pesan. Las tres secciones deben sumar el 100% para que la prueba se considere exitosa. El análisis de difracción láser también se puede utilizar como alternativa a los métodos de tamizado y hidrómetro.

A partir de aquí, el suelo se puede clasificar utilizando un triángulo de textura del suelo, que etiqueta el tipo de suelo en función de los porcentajes de cada partícula en la muestra.

Las partículas del suelo se agregan naturalmente en unidades o formas más grandes denominadas "peds". Los bloques que tienen planos de debilidad entre ellos generalmente se identifican sondeando los perfiles de suelo expuestos con un cuchillo para hacer palanca y separar suavemente los volúmenes de suelo.

Las descripciones morfológicas de la estructura del suelo contienen evaluaciones de forma, tamaño y grado. Las formas estructurales incluyen granular, laminar, en bloques, prismática, columnar y otras, incluidas las formas "sin estructura" formas masivas y monograno. El tamaño se clasifica en una de seis categorías que van desde "muy fino" hasta "extremadamente grueso", con diferentes límites de tamaño para las distintas formas y medidas tomadas en la dimensión más pequeña del ped. El grado indica la distinción de los peds, o cuán fácilmente se distinguen entre sí, y se describe con las clases "débil", "moderado" y "fuerte" .

La estructura a menudo se evalúa mejor mientras el suelo está relativamente seco, ya que los pedúnculos pueden hincharse con la humedad, presionarse entre sí y reducir la definición entre cada pedúnculo.

La porosidad de la capa superior del suelo es una medida del espacio poroso del suelo que normalmente disminuye a medida que aumenta el tamaño del grano. Esto se debe a la formación de agregados en suelos superficiales de textura más fina cuando se someten a procesos biológicos del suelo. La agregación implica adhesión de partículas y mayor resistencia a la compactación. La porosidad de un suelo es función de la densidad aparente del suelo, que se basa en la composición del suelo. Los suelos arenosos suelen tener mayor densidad aparente y menor porosidad que los suelos limosos o arcillosos. Esto se debe a que las partículas de grano más fino tienen una mayor cantidad de espacio poroso que las partículas de grano más grueso. La siguiente tabla muestra las densidades aparentes que permiten y restringen el crecimiento de las raíces para las tres clasificaciones de textura principales. La porosidad de un suelo es un factor importante que determina la cantidad de agua que un suelo puede contener, cuánto aire puede contener y, posteriormente, qué tan bien pueden crecer las raíces de las plantas dentro del suelo.

La porosidad del suelo es compleja. Los modelos tradicionales consideran la porosidad como continua. Esto no tiene en cuenta las características anómalas y sólo produce resultados aproximados. Además, no puede ayudar a modelar la influencia de los factores ambientales que afectan la geometría de los poros. Se han propuesto varios modelos más complejos, incluidos los fractales, la teoría de las burbujas, la teoría del craqueo, el proceso booleano de granos, la esfera empaquetada y muchos otros modelos.

La micromorfología del suelo se refiere a la descripción, medición e interpretación de características del suelo que son demasiado pequeñas para ser observadas a simple vista. Si bien las descripciones micromorfológicas pueden comenzar en el campo con el uso de una lupa de 10x, se puede describir mucho más utilizando secciones delgadas hechas del suelo con la ayuda de un microscopio petrográfico de luz polarizada. El suelo se puede impregnar con una resina epoxi, pero más comúnmente con una resina de poliéster (crystic 17449), y se puede cortar y moler hasta un espesor de 0,03 milímetros y examinar haciendo pasar luz a través del fino plasma del suelo.

La micromorfología del suelo ha sido una técnica reconocida en la ciencia del suelo durante unos 50 años y la experiencia de los estudios pedogénicos y de paleosuelos permitió por primera vez su uso en la investigación de suelos arqueológicamente enterrados. Más recientemente, la ciencia se ha expandido para abarcar la caracterización de todos los suelos y sedimentos arqueológicos y ha logrado proporcionar información cultural y paleoambiental única de una amplia gama de sitios arqueológicos.

Los suelos se forman a partir de su respectivo material parental, que puede coincidir o no con la composición del lecho de roca sobre el que se encuentran. A través de procesos biológicos y químicos, así como de procesos naturales como la erosión eólica e hídrica, el material original se puede descomponer. Las propiedades químicas y físicas de este material original se reflejan en las cualidades del suelo resultante. El clima, la topografía y los organismos biológicos tienen un impacto en la formación de suelos en diversos lugares geográficos.

Un relieve empinado experimentará una mayor cantidad de escorrentía en comparación con un relieve plano. El aumento de la escorrentía puede inhibir la formación de suelo a medida que las capas superiores continúan desprendiéndose porque no están lo suficientemente desarrolladas para soportar el crecimiento de las raíces. El crecimiento de las raíces puede ayudar a prevenir la erosión ya que las raíces actúan para mantener el suelo en su lugar. Este fenómeno conduce a que los suelos de las laderas sean más delgados y menos desarrollados que los suelos de las llanuras o mesetas.

Los diferentes niveles de precipitación y viento tienen impactos en la formación de suelos. El aumento de las precipitaciones puede provocar un aumento de los niveles de escorrentía, como se describió anteriormente, pero cantidades regulares de precipitación pueden estimular el crecimiento de las raíces de las plantas, lo que detiene la escorrentía. El crecimiento de la vegetación en un área determinada también puede contribuir a aumentar la profundidad y la calidad de los nutrientes de la capa superior del suelo, ya que la descomposición de la materia orgánica fortalece los horizontes orgánicos del suelo.

Los diferentes niveles de actividad microbiana pueden tener diversos impactos en la formación del suelo. Muy a menudo, los procesos biológicos actúan para alterar la formación del suelo existente, lo que conduce a una translocación química. el movimiento de estos químicos puede hacer que los nutrientes estén disponibles, lo que puede aumentar el crecimiento de las raíces de las plantas.

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