PH del suelo

Variación global en suelo pH. Rojo = suelo ácido. Amarillo = suelo neutro. Azul = suelo alcalino. Negro = sin datos.

El pH del suelo es una medida de la acidez o basicidad (alcalinidad) de un suelo. El pH del suelo es una característica clave que se puede utilizar para realizar análisis informativos tanto cualitativos como cuantitativos con respecto a las características del suelo. El pH se define como el logaritmo negativo (base 10) de la actividad de los iones hidronio (H⁺
o, más precisamente, H
₃O⁺
_aq) en una solución. En suelos, se mide en una suspensión de suelo mezclada con agua (o una solución salina, como 0.01 M CaCl
₂), y normalmente se encuentra entre 3 y 10, siendo 7 neutral. Los suelos ácidos tienen un pH inferior a 7 y los suelos alcalinos tienen un pH superior a 7. Los suelos ultraácidos (pH < 3,5) y los suelos muy fuertemente alcalinos (pH > 9) son raros.

El pH del suelo se considera una variable maestra en los suelos, ya que afecta muchos procesos químicos. Afecta específicamente la disponibilidad de nutrientes de las plantas al controlar las formas químicas de los diferentes nutrientes e influir en las reacciones químicas que experimentan. El rango de pH óptimo para la mayoría de las plantas está entre 5,5 y 7,5; sin embargo, muchas plantas se han adaptado para prosperar con valores de pH fuera de este rango.

Clasificación de los rangos de pH del suelo

El Servicio de Conservación de Recursos Naturales del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos clasifica los rangos de pH del suelo de la siguiente manera:

0 a 6=ácido, 7=neutral y 8 o más de alcalinidad

Determinación del pH

Los métodos para determinar el pH incluyen:

• Observación del perfil del suelo: ciertas características del perfil pueden ser indicadores de condiciones ácidas, salinas o sodicas. Ejemplos son:
  • Mala incorporación de la capa de superficie orgánica con la capa mineral subyacente – esto puede indicar suelos fuertemente ácidos;
  • La secuencia clásica del horizonte podzol, ya que los podzols son fuertemente ácidos: en estos suelos, un horizonte pálido eluvial (E) se encuentra bajo la capa de superficie orgánica y sobresale un horizonte B oscuro;
  • La presencia de una capa caliche indica la presencia de carbonatos de calcio, que están presentes en condiciones alcalinas;
  • La estructura de columna puede ser un indicador de condición sodica.
• Observación de la flora predominante. Las plantas calcifuge (las que prefieren un suelo ácido) incluyen Erica, Rhododendron y casi todas las otras especies de Ericaceae, muchas abedul (Betula), guante de zorro (Digitalis, gorse ()Ulex spp.), and Scots Pine (Pinus sylvestris). Las plantas de calcicole (lime love) incluyen los árboles de ceniza (Fraxinus spp.), nudillo (Lonicera), Buddleja, leña de perro (Cornus spp.), lila (Syringa) y Clematis especie.
• Uso de un kit de prueba de pH barato, donde en una pequeña muestra de suelo se mezcla con la solución indicadora que cambia el color según la acidez.
• Uso de papel litmus. Una pequeña muestra de suelo se mezcla con agua destilada, en la que se inserta una tira de papel litúrgico. Si el suelo es ácido el papel se vuelve rojo, si es básico, azul.
• Algunos otros pigmentos de frutas y verduras también cambian de color en respuesta al cambio de pH. El jugo de arándano se vuelve más rojizo si se añade ácido, y se vuelve índigo si se titra con base suficiente para producir un pH alto. El repollo rojo está igualmente afectado.
• Uso de un medidor electrónico de pH comercialmente disponible, en el que se inserta un electrodo de vidrio o de estado sólido en suelo humedecido o una mezcla (suspensión) de suelo y agua; el pH generalmente se lee en una pantalla digital.
• En la década de 2010, se desarrollaron métodos espectrofotométricos para medir el pH del suelo que implicaba la adición de un tinte indicador al extracto del suelo. Estos comparan bien con las mediciones de electrodo de vidrio, pero ofrecen ventajas sustanciales como la falta de deriva, unión líquida y efectos de suspensión.

Se requieren medidas precisas y repetibles del pH del suelo para la investigación y el seguimiento científicos. Esto generalmente implica análisis de laboratorio utilizando un protocolo estándar; un ejemplo de tal protocolo es el del Manual de Métodos de Laboratorio y Campo de Estudio de Suelos del USDA. En este documento, el protocolo de tres páginas para la medición del pH del suelo incluye las siguientes secciones: Aplicación; Resumen del Método; interferencias; Seguridad; Equipo; reactivos; y Procedimiento.

Resumen del método

El pH se mide en el agua del suelo (1:1) y sal del suelo (1:2 CaCl2{displaystyle {ce {fnK}}) soluciones. Para comodidad, el pH se mide inicialmente en agua y luego se mide en CaCl2{displaystyle {ce {fnK}}. Con la adición de un volumen igual de 0.02 M CaCl2{displaystyle {ce {fnK}} a la suspensión del suelo que se preparó para el pH de agua, la relación final de la disolución del suelo es 1:2 0.01 M CaCl2{displaystyle {ce {fnK}}.
Una muestra de suelo de 20 g se mezcla con 20 mL de agua de osmosis inversa (1:1 w:v) con agitación ocasional. La muestra se permite parar 1 h con revuelo ocasional. La muestra se revuelve durante 30 s, y el pH de agua 1:1 se mide. El 0,02 M CaCl2{displaystyle {ce {fnK}} (20 mL) se añade a la suspensión del suelo, la muestra se revuelve, y la 1:2 0.01 M CaCl2{displaystyle {ce {fnK}} pH se mide (4C1a2a2).

— Resumen del método USDA NRCS para la determinación del pH del suelo

Factores que afectan el pH del suelo

El pH de un suelo natural depende de la composición mineral del material original del suelo y de las reacciones de meteorización que sufre ese material original. En ambientes cálidos y húmedos, la acidificación del suelo ocurre con el tiempo a medida que los productos de la meteorización son lixiviados por el agua que se mueve lateralmente o hacia abajo a través del suelo. En climas secos, sin embargo, la meteorización y la lixiviación del suelo son menos intensas y el pH del suelo suele ser neutro o alcalino.

Fuentes de acidez

Muchos procesos contribuyen a la acidificación del suelo. Éstas incluyen:

• Lluvia: La precipitación media tiene un pH de 5.6 y se presenta como ligeramente más ácido debido al dióxido de carbono atmosférico (en inglés)CO2) es cuando se combina con el agua forma ácido carbónico (H
  ₂CO
  ₃) que es ácido. Cuando este agua fluye a través del suelo resulta en la lixiviación de las caciones básicas del suelo como bicarbonatos; esto aumenta el porcentaje de Al³⁺
  y H⁺
  relativo a otras caciones.
• Respiración y descomposición de materia orgánica por microorganismos libera CO
  ₂ que aumenta el ácido carbónico (H
  ₂CO
  ₃) concentración y posterior lixiviación.
• Crecimiento vegetal: Las plantas absorben nutrientes en forma de iones (por ejemplo, NO⁻
  ₃, NH⁺
  ₄, Ca²⁺
  , H
  ₂PO⁻
  ₄), y a menudo toman más caciones que aniones. Sin embargo, las plantas deben mantener una carga neutral en sus raíces. Para compensar la carga adicional positiva, se liberarán H⁺
  iones de la raíz. Algunas plantas también exudan ácidos orgánicos en el suelo para acidificar la zona alrededor de sus raíces para ayudar a solubilizar nutrientes metálicos que son insolubles en pH neutro, como el hierro (Fe).
• Uso de fertilizantes: Amonio (Amonium)NH⁺
  ₄) fertilizantes reaccionan en el suelo por el proceso de nitrificación para formar nitrato (NO⁻
  ₃), y en el proceso de liberación H⁺
  iones.
• Lluvia ácida: La quema de combustibles fósiles libera óxidos de azufre y nitrógeno en la atmósfera. Estos reaccionan con agua en la atmósfera para formar ácido sulfúrico y nítrico en lluvia.
• Climatización oxidativa: oxidación de algunos minerales primarios, especialmente sulfuros y aquellos que contienen Fe²⁺
  , generar acidez. Este proceso es a menudo acelerado por la actividad humana:
  • Mi botín: Las condiciones extremadamente ácidos pueden formar en suelos cercanos a algunos minos despojos debido a la oxidación de la pirita.
  • Los suelos sulfatos ácidos formados naturalmente en entornos costeros y estuarinos acuosos pueden llegar a ser altamente ácidos cuando se drenan o excavan.

Fuentes de alcalinidad

La alcalinidad total del suelo aumenta con:

• Clima de minerales de silicato, aluminosilato y carbonato que contienen Na⁺
  , Ca²⁺
  , Mg²⁺
  y K⁺
  ;
• Adición de minerales de silicato, aluminosilato y carbonato a suelos; esto puede ocurrir por deposición de material erosionado en otras partes por el viento o el agua, o mezclando el suelo con material menos climatizado (como la adición de piedra caliza a suelos ácidos);
• Adición del agua que contiene bicarbonatos disueltos (como ocurre cuando se regila con aguas de alto contenido de bicarbonato).

La acumulación de alcalinidad en un suelo (como carbonatos y bicarbonatos de Na, K, Ca y Mg) ocurre cuando no hay suficiente agua que fluya a través de los suelos para lixiviar las sales solubles. Esto puede deberse a condiciones áridas o drenaje interno deficiente del suelo; en estas situaciones, la mayor parte del agua que ingresa al suelo se transpira (absorbida por las plantas) o se evapora, en lugar de fluir a través del suelo.

El pH del suelo generalmente aumenta cuando aumenta la alcalinidad total, pero el equilibrio de los cationes agregados también tiene un efecto marcado en el pH del suelo. Por ejemplo, aumentar la cantidad de sodio en un suelo alcalino tiende a inducir la disolución del carbonato de calcio, lo que aumenta el pH. Los suelos calcáreos pueden variar en pH de 7,0 a 9,5, dependiendo del grado en que Ca²⁺
o Na ⁺
dominan los cationes solubles.

Efecto del pH del suelo en el crecimiento de las plantas

Suelos ácidos

Altos niveles de aluminio ocurren cerca de los sitios mineros; pequeñas cantidades de aluminio se liberan al medio ambiente en las centrales eléctricas de carbón o en los incineradores. El aluminio del aire es arrastrado por la lluvia o normalmente se deposita, pero pequeñas partículas de aluminio permanecen en el aire durante mucho tiempo.

La precipitación ácida es el principal factor natural para movilizar el aluminio de fuentes naturales y la razón principal de los efectos ambientales del aluminio; sin embargo, el principal factor de presencia de aluminio en agua salada y dulce son los procesos industriales que también liberan aluminio al aire. Las plantas que crecen en suelos ácidos pueden experimentar una variedad de estreses que incluyen toxicidad por aluminio (Al), hidrógeno (H) y/o manganeso (Mn), así como deficiencias de nutrientes de calcio (Ca) y magnesio (Mg).

La toxicidad del aluminio es el problema más extendido en suelos ácidos. El aluminio está presente en todos los suelos en diversos grados, pero el Al³⁺ disuelto es tóxico para las plantas; Al³⁺ es más soluble a pH bajo; por encima de pH 5,0, hay poco Al en forma soluble en la mayoría de los suelos. El aluminio no es un nutriente para las plantas y, como tal, las plantas no lo absorben activamente, sino que ingresa a las raíces de las plantas de forma pasiva a través de la ósmosis. El aluminio puede existir en muchas formas diferentes y es un agente responsable de limitar el crecimiento en varias partes del mundo. Se han realizado estudios de tolerancia al aluminio en diferentes especies de plantas para ver umbrales viables y concentraciones expuestas junto con la función tras la exposición. El aluminio inhibe el crecimiento de las raíces; las raíces laterales y las puntas de las raíces se engrosan y las raíces carecen de ramificación fina; las puntas de las raíces pueden volverse marrones. En la raíz, el efecto inicial del Al³⁺ es la inhibición de la expansión de las células de la rizodermis, provocando su ruptura; a partir de entonces, se sabe que interfiere con muchos procesos fisiológicos, incluida la absorción y el transporte de calcio y otros nutrientes esenciales, la división celular, la formación de paredes celulares y la actividad enzimática.

El estrés de protones (iones H⁺) también puede limitar el crecimiento de las plantas. La bomba de protones, H⁺-ATPasa, del plasmalema de las células de la raíz trabaja para mantener el pH casi neutro de su citoplasma. Una alta actividad de protones (pH dentro del rango de 3,0 a 4,0 para la mayoría de las especies de plantas) en el medio de crecimiento externo supera la capacidad de la célula para mantener el pH citoplasmático y el crecimiento se detiene.

En suelos con un alto contenido de minerales que contienen manganeso, la toxicidad del manganeso puede convertirse en un problema a un pH de 5,6 o inferior. El manganeso, como el aluminio, se vuelve cada vez más soluble a medida que desciende el pH, y los síntomas de toxicidad de Mn se pueden ver a niveles de pH inferiores a 5,6. El manganeso es un nutriente esencial para las plantas, por lo que las plantas transportan Mn a las hojas. Los síntomas clásicos de la toxicidad de Mn son el arrugamiento o el ahuecamiento de las hojas.

Disponibilidad de nutrientes en relación con el pH del suelo

Nutrient availability in relation to soil pH

El pH del suelo afecta la disponibilidad de algunos nutrientes para las plantas:

Como se discutió anteriormente, la toxicidad del aluminio tiene efectos directos en el crecimiento de las plantas; sin embargo, al limitar el crecimiento de las raíces, también reduce la disponibilidad de nutrientes para las plantas. Debido a que las raíces están dañadas, la absorción de nutrientes se reduce y las deficiencias de macronutrientes (nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio) se encuentran con frecuencia en suelos muy ácidos a ultraácidos (pH<5.0). Cuando los niveles de aluminio aumentan en el suelo, disminuyen los niveles de pH. Esto no permite que los árboles absorban agua, lo que significa que no pueden hacer la fotosíntesis, lo que los lleva a morir. Los árboles también pueden desarrollar un color amarillento en sus hojas y venas.

La disponibilidad de molibdeno aumenta a un pH más alto; esto se debe a que el ion molibdato es absorbido con más fuerza por las partículas de arcilla a un pH más bajo.

El zinc, el hierro, el cobre y el manganeso muestran una menor disponibilidad a pH más altos (aumento de la sorción a pH más altos).

El efecto del pH sobre la disponibilidad de fósforo varía considerablemente, dependiendo de las condiciones del suelo y del cultivo en cuestión. La opinión predominante en las décadas de 1940 y 1950 era que la disponibilidad de P se maximizaba cerca de la neutralidad (pH del suelo de 6,5 a 7,5) y disminuía a pH más alto y más bajo. Sin embargo, las interacciones del fósforo con el pH en el rango moderadamente a ligeramente ácido (pH 5,5–6,5) son mucho más complejas de lo que sugiere este punto de vista. Las pruebas de laboratorio, las pruebas de invernadero y las pruebas de campo han indicado que los aumentos en el pH dentro de este rango pueden aumentar, disminuir o no tener ningún efecto sobre la disponibilidad de P para las plantas.

Disponibilidad de agua en relación con el pH del suelo

Los suelos fuertemente alcalinos son sódicos y dispersivos, con infiltración lenta, baja conductividad hidráulica y poca capacidad de agua disponible. El crecimiento de las plantas está severamente restringido porque la aireación es pobre cuando el suelo está húmedo; en condiciones secas, el agua disponible para las plantas se agota rápidamente y los suelos se vuelven duros y terrosos (alta resistencia del suelo). Cuanto mayor sea el pH en el suelo, menor será el agua disponible para ser distribuida a las plantas y organismos que dependen de ella. Con un pH reducido, esto no permite que las plantas absorban agua como lo harían normalmente. Esto hace que no puedan hacer la fotosíntesis.

Muchos suelos fuertemente ácidos, por otro lado, tienen una fuerte agregación, buen drenaje interno y buenas características de retención de agua. Sin embargo, para muchas especies de plantas, la toxicidad del aluminio limita severamente el crecimiento de las raíces y el estrés por humedad puede ocurrir incluso cuando el suelo está relativamente húmedo.

Preferencias de pH de la planta

En términos generales, diferentes especies de plantas se adaptan a suelos de diferentes rangos de pH. Para muchas especies, el rango adecuado de pH del suelo es bastante conocido. Las bases de datos en línea de las características de las plantas, como USDA PLANTS y Plants for a Future, se pueden usar para buscar el rango adecuado de pH del suelo de una amplia gama de plantas. También se pueden consultar documentos como los valores indicadores de Ellenberg para plantas británicas.

Sin embargo, una planta puede ser intolerante a un pH particular en algunos suelos como resultado de un mecanismo particular, y ese mecanismo puede no aplicarse en otros suelos. Por ejemplo, un suelo con bajo contenido de molibdeno puede no ser adecuado para las plantas de soja a un pH de 5,5, pero los suelos con suficiente molibdeno permiten un crecimiento óptimo a ese pH. De manera similar, algunas calcífugas (plantas que no toleran suelos con pH alto) pueden tolerar suelos calcáreos si se les suministra suficiente fósforo. Otro factor de confusión es que diferentes variedades de la misma especie a menudo tienen diferentes rangos adecuados de pH del suelo. Los fitomejoradores pueden usar esto para obtener variedades que puedan tolerar condiciones que de otro modo se considerarían inadecuadas para esa especie; por ejemplo, proyectos para obtener variedades de cultivos de cereales tolerantes al aluminio y al manganeso para la producción de alimentos en suelos fuertemente ácidos.

La siguiente tabla proporciona rangos adecuados de pH del suelo para algunas plantas ampliamente cultivadas que se encuentran en la base de datos de PLANTAS del USDA. Algunas especies (como Pinus radiata y Opuntia ficus-indica) toleran solo un rango estrecho en el pH del suelo, mientras que otras (como Vetiveria zizanioides) Tolera un rango de pH muy amplio.

Cambio del pH del suelo

Aumento del pH del suelo ácido

La cal agrícola finamente molida a menudo se aplica a suelos ácidos para aumentar el pH del suelo (encalado). La cantidad de piedra caliza o tiza necesaria para cambiar el pH está determinada por el tamaño de malla de la cal (qué tan finamente se muele) y la capacidad amortiguadora del suelo. Un tamaño de malla alto (malla 60 = 0,25 mm; malla 100 = 0,149 mm) indica una cal finamente molida que reaccionará rápidamente con la acidez del suelo. La capacidad amortiguadora de un suelo depende del contenido de arcilla del suelo, el tipo de arcilla y la cantidad de materia orgánica presente, y puede estar relacionada con la capacidad de intercambio catiónico del suelo. Los suelos con alto contenido de arcilla tendrán una mayor capacidad amortiguadora que los suelos con poca arcilla, y los suelos con alto contenido de materia orgánica tendrán una mayor capacidad amortiguadora que aquellos con poca materia orgánica. Los suelos con mayor capacidad amortiguadora requieren una mayor cantidad de cal para lograr un cambio de pH equivalente. La amortiguación del pH del suelo a menudo está directamente relacionada con la cantidad de aluminio en la solución del suelo y la ocupación de sitios de intercambio como parte de la capacidad de intercambio catiónico. Este aluminio se puede medir en una prueba de suelo en la que se extrae del suelo con una solución salina y luego se cuantifica con un análisis de laboratorio. Luego, utilizando el pH inicial del suelo y el contenido de aluminio, se puede calcular la cantidad de cal necesaria para elevar el pH al nivel deseado.

Las enmiendas distintas de la cal agrícola que se pueden usar para aumentar el pH del suelo incluyen ceniza de madera, óxido de calcio industrial (cal quemada), óxido de magnesio, escoria básica (silicato de calcio) y conchas de ostras. Estos productos aumentan el pH de los suelos a través de varias reacciones ácido-base. El silicato de calcio neutraliza la acidez activa del suelo al reaccionar con los iones H⁺ para formar ácido monosilícico (H₄SiO₄), un soluto neutro.

Disminución del pH del suelo alcalino

El pH de un suelo alcalino se puede reducir agregando agentes acidificantes o materiales orgánicos ácidos. El azufre elemental (90–99 % S) se ha utilizado en tasas de aplicación de 300–500 kg/ha (270–450 lb/acre); se oxida lentamente en el suelo para formar ácido sulfúrico. Los fertilizantes acidificantes, como el sulfato de amonio, el nitrato de amonio y la urea, pueden ayudar a reducir el pH de un suelo porque el amonio se oxida para formar ácido nítrico. Los materiales orgánicos acidificantes incluyen turba o turba de esfagno.

Sin embargo, en suelos de pH alto con un alto contenido de carbonato de calcio (más del 2 %), puede ser muy costoso y/o ineficaz intentar reducir el pH con ácidos. En tales casos, a menudo es más eficiente agregar fósforo, hierro, manganeso, cobre y/o zinc, porque las deficiencias de estos nutrientes son las razones más comunes del crecimiento deficiente de las plantas en suelos calcáreos.