Suelo

El suelo es una mezcla de materia orgánica, minerales, gases, líquidos y organismos que juntos sustentan la vida. El cuerpo de suelo de la Tierra, llamado pedosfera, tiene cuatro funciones importantes:

• como medio para el crecimiento de las plantas
• como medio de almacenamiento, suministro y purificación de agua
• como modificador de la atmósfera terrestre
• como hábitat de organismos

Todas estas funciones, a su vez, modifican el suelo y sus propiedades.

El suelo también se conoce comúnmente como tierra o tierra ; algunas definiciones científicas distinguen la suciedad del suelo restringiendo el término anterior específicamente al suelo desplazado.

La pedosfera interactúa con la litosfera, la hidrosfera, la atmósfera y la biosfera. El término pedolito, usado comúnmente para referirse al suelo, se traduce como piedra molida en el sentido de piedra fundamental, del griego antiguo πέδον 'suelo, tierra'. El suelo consiste en una fase sólida de minerales y materia orgánica (la matriz del suelo), así como una fase porosa que contiene gases (la atmósfera del suelo) y agua (la solución del suelo). En consecuencia, los científicos del suelo pueden concebir los suelos como un sistema de tres estados de sólidos, líquidos y gases.

El suelo es producto de varios factores: la influencia del clima, el relieve (elevación, orientación y pendiente del terreno), los organismos y los materiales originales del suelo (minerales originales) que interactúan con el tiempo. Se desarrolla continuamente a través de numerosos procesos físicos, químicos y biológicos, que incluyen la meteorización con la erosión asociada. Dada su complejidad y fuerte conexión interna, los ecólogos del suelo consideran el suelo como un ecosistema.

La mayoría de los suelos tienen una densidad aparente seca (densidad del suelo teniendo en cuenta los vacíos cuando está seco) entre 1,1 y 1,6 g/cm, mientras que la densidad de partículas del suelo es mucho mayor, en el rango de 2,6 a 2,7 g/cm. Poco del suelo del planeta Tierra es más antiguo que el Pleistoceno y ninguno es más antiguo que el Cenozoico, aunque se conservan suelos fosilizados desde el Arcaico.

La ciencia del suelo tiene dos ramas básicas de estudio: la edafología y la pedología. La edafología estudia la influencia de los suelos en los seres vivos. La pedología se centra en la formación, descripción (morfología) y clasificación de los suelos en su entorno natural. En términos de ingeniería, el suelo se incluye en el concepto más amplio de regolito, que también incluye otro material suelto que se encuentra sobre el lecho rocoso, como se puede encontrar en la Luna y en otros objetos celestes.

Procesos

El suelo funciona como un componente principal del ecosistema de la Tierra. Los ecosistemas del mundo se ven afectados de manera de gran alcance por los procesos que se llevan a cabo en el suelo, con efectos que van desde el agotamiento de la capa de ozono y el calentamiento global hasta la destrucción de la selva tropical y la contaminación del agua. Con respecto al ciclo del carbono de la Tierra, el suelo actúa como un importante reservorio de carbono y es potencialmente uno de los más reactivos a las perturbaciones humanas y al cambio climático. A medida que el planeta se calienta, se ha pronosticado que los suelos agregarán dióxido de carbono a la atmósfera debido al aumento de la actividad biológica a temperaturas más altas, una retroalimentación positiva (amplificación). Sin embargo, esta predicción ha sido cuestionada al considerar los conocimientos más recientes sobre la renovación del carbono del suelo.

El suelo actúa como un medio de ingeniería, un hábitat para los organismos del suelo, un sistema de reciclaje de nutrientes y desechos orgánicos, un regulador de la calidad del agua, un modificador de la composición atmosférica y un medio para el crecimiento de las plantas, lo que lo convierte en un proveedor de servicios ecosistémicos de importancia crítica.. Dado que el suelo tiene una gran variedad de nichos y hábitats disponibles, contiene una parte importante de la diversidad genética de la Tierra. Un gramo de suelo puede contener miles de millones de organismos, pertenecientes a miles de especies, en su mayoría microbianas y en gran parte aún sin explorar. El suelo tiene una densidad procariótica media de aproximadamente 10 organismos por gramo, mientras que el océano no tiene más de 10 organismos procarióticos por mililitro (gramo) de agua de mar.El carbono orgánico retenido en el suelo finalmente regresa a la atmósfera a través del proceso de respiración llevado a cabo por organismos heterótrofos, pero una parte sustancial se retiene en el suelo en forma de materia orgánica del suelo; la labranza generalmente aumenta la tasa de respiración del suelo, lo que conduce al agotamiento de la materia orgánica del suelo. Dado que las raíces de las plantas necesitan oxígeno, la aireación es una característica importante del suelo. Esta ventilación se puede lograr a través de redes de poros de suelo interconectados, que también absorben y retienen el agua de lluvia, haciéndola fácilmente disponible para que las plantas la absorban. Dado que las plantas requieren un suministro de agua casi continuo, pero la mayoría de las regiones reciben lluvias esporádicas, la capacidad de retención de agua de los suelos es vital para la supervivencia de las plantas.

Los suelos pueden eliminar eficazmente las impurezas, matar los agentes de enfermedades y degradar los contaminantes; esta última propiedad se denomina atenuación natural. Por lo general, los suelos mantienen una absorción neta de oxígeno y metano y experimentan una liberación neta de dióxido de carbono y óxido nitroso. Los suelos ofrecen a las plantas soporte físico, aire, agua, moderación de la temperatura, nutrientes y protección contra las toxinas. Los suelos proporcionan nutrientes fácilmente disponibles para las plantas y los animales al convertir la materia orgánica muerta en diversas formas de nutrientes.

Composición

Un suelo típico tiene aproximadamente un 50 % de sólidos (45 % de minerales y 5 % de materia orgánica) y un 50 % de vacíos (o poros), de los cuales la mitad está ocupada por agua y la otra mitad por gas. El porcentaje de contenido mineral y orgánico del suelo puede tratarse como una constante (a corto plazo), mientras que el porcentaje de contenido de agua y gas del suelo se considera altamente variable, por lo que un aumento en uno se equilibra simultáneamente con una reducción en el otro. El espacio poroso permite la infiltración y el movimiento de aire y agua, los cuales son críticos para la vida que existe en el suelo. La compactación, un problema común con los suelos, reduce este espacio, evitando que el aire y el agua alcancen las raíces de las plantas y los organismos del suelo.

Dado el tiempo suficiente, un suelo indiferenciado desarrollará un perfil de suelo que consiste en dos o más capas, denominadas horizontes de suelo. Estos difieren en una o más propiedades como su textura, estructura, densidad, porosidad, consistencia, temperatura, color y reactividad.Los horizontes difieren mucho en espesor y generalmente carecen de límites nítidos; su desarrollo depende del tipo de material original, los procesos que modifican esos materiales originales y los factores formadores del suelo que influyen en esos procesos. Las influencias biológicas sobre las propiedades del suelo son más fuertes cerca de la superficie, mientras que las influencias geoquímicas sobre las propiedades del suelo aumentan con la profundidad. Los perfiles de suelo maduro típicamente incluyen tres horizontes maestros básicos: A, B y C. El solum normalmente incluye los horizontes A y B. El componente vivo del suelo está mayormente confinado al solum y generalmente es más prominente en el horizonte A. Se ha sugerido que el pedón, una columna de suelo que se extiende verticalmente desde la superficie hasta el material original subyacente y lo suficientemente grande como para mostrar las características de todos sus horizontes, podría subdividirse en el humipedón (la parte viva, donde habitan la mayoría de los organismos del suelo, correspondiente a la forma de humus ), el copedón (en posición intermedia, donde se produce la mayor meteorización de los minerales) y el litopedón (en contacto con el subsuelo).

La textura del suelo está determinada por las proporciones relativas de las partículas individuales de arena, limo y arcilla que componen el suelo. La interacción de las partículas minerales individuales con materia orgánica, agua, gases a través de procesos bióticos y abióticos hace que esas partículas floculen (se peguen entre sí) para formar agregados o agregados. Cuando se pueden identificar estos agregados, se puede decir que se ha desarrollado un suelo y se puede describir con más detalle en términos de color, porosidad, consistencia, reacción (acidez), etc.

El agua es un agente crítico en el desarrollo del suelo debido a su participación en la disolución, precipitación, erosión, transporte y deposición de los materiales que lo componen. La mezcla de agua y materiales disueltos o suspendidos que ocupan el espacio poroso del suelo se denomina solución del suelo. Dado que el agua del suelo nunca es agua pura, sino que contiene cientos de sustancias orgánicas y minerales disueltas, puede llamarse con mayor precisión solución del suelo. El agua es fundamental para la disolución, precipitación y lixiviación de minerales del perfil del suelo. Finalmente, el agua afecta el tipo de vegetación que crece en un suelo, lo que a su vez afecta el desarrollo del suelo, una retroalimentación compleja que se ejemplifica en la dinámica de los patrones de vegetación en bandas en las regiones semiáridas.

Los suelos suministran nutrientes a las plantas, la mayoría de los cuales se mantienen en su lugar mediante partículas de arcilla y materia orgánica (coloides). Los nutrientes pueden ser adsorbidos en superficies de minerales arcillosos, ligados dentro de minerales arcillosos (absorbidos) o ligados dentro de compuestos orgánicos como parte de la organismos vivos o materia orgánica muerta del suelo. Estos nutrientes unidos interactúan con el agua del suelo para amortiguar la composición de la solución del suelo (atenuar los cambios en la solución del suelo) a medida que los suelos se humedecen o se secan, las plantas absorben los nutrientes, las sales se lixivian o se agregan ácidos o álcalis.

La disponibilidad de nutrientes para las plantas se ve afectada por el pH del suelo, que es una medida de la actividad de los iones de hidrógeno en la solución del suelo. El pH del suelo es una función de muchos factores formadores del suelo, y generalmente es más bajo (más ácido) donde la meteorización está más avanzada.

La mayoría de los nutrientes de las plantas, con la excepción del nitrógeno, se originan a partir de los minerales que forman el material original del suelo. Parte del nitrógeno se origina de la lluvia como ácido nítrico diluido y amoníaco, pero la mayor parte del nitrógeno está disponible en los suelos como resultado de la fijación de nitrógeno por bacterias. Una vez en el sistema suelo-planta, la mayoría de los nutrientes se reciclan a través de organismos vivos, residuos vegetales y microbianos (materia orgánica del suelo), formas ligadas a minerales y la solución del suelo. Tanto los organismos vivos del suelo (microbios, animales y raíces de plantas) como la materia orgánica del suelo son de importancia crítica para este reciclaje y, por lo tanto, para la formación y fertilidad del suelo.Las enzimas microbianas del suelo pueden liberar nutrientes de los minerales o la materia orgánica para que los utilicen las plantas y otros microorganismos, secuestrarlos (incorporarlos) en las células vivas o provocar su pérdida del suelo por volatilización (pérdida a la atmósfera en forma de gases) o lixiviación.

Formación

La formación del suelo es el efecto combinado de los procesos físicos, químicos, biológicos y antropogénicos que actúan sobre el material original del suelo. Se dice que el suelo se forma cuando la materia orgánica se acumula y los coloides se lavan hacia abajo, dejando depósitos de arcilla, humus, óxido de hierro, carbonato y yeso, produciendo una capa distinta llamada horizonte B. Esta es una definición un tanto arbitraria ya que las mezclas de arena, limo, arcilla y humus apoyarán la actividad biológica y agrícola antes de ese momento.Estos constituyentes se mueven de un nivel a otro por el agua y la actividad animal. Como resultado, se forman capas (horizontes) en el perfil del suelo. La alteración y el movimiento de materiales dentro de un suelo provoca la formación de horizontes de suelo distintivos. Sin embargo, las definiciones más recientes de suelo abarcan suelos sin materia orgánica, como los regolitos que se formaron en Marte y condiciones análogas en los desiertos del planeta Tierra.

Un ejemplo del desarrollo de un suelo comenzaría con la meteorización del lecho rocoso del flujo de lava, que produciría el material original de base puramente mineral a partir del cual se forma la textura del suelo. El desarrollo del suelo procedería más rápidamente a partir de rocas desnudas de flujos recientes en un clima cálido, bajo fuertes y frecuentes lluvias. En tales condiciones, las plantas (en una primera etapa líquenes fijadores de nitrógeno y cianobacterias y luego plantas superiores epilíticas) se establecen muy rápidamente sobre la lava basáltica, aunque hay muy poca materia orgánica. Los minerales basálticos comúnmente se desgastan relativamente rápido, según la serie de disolución de Goldich.Las plantas se apoyan en la roca porosa, ya que está llena de agua con nutrientes que transporta los minerales disueltos de las rocas. Las grietas y los bolsillos, la topografía local de las rocas, contendrían materiales finos y albergarían raíces de plantas. Las raíces de las plantas en desarrollo están asociadas con hongos micorrízicos que erosionan los minerales y ayudan a romper la lava porosa, y de esta manera se acumulan materia orgánica y un suelo mineral más fino con el tiempo. Tales etapas iniciales de desarrollo del suelo se han descrito en volcanes, inselbergs y morrenas glaciares.

La forma en que procede la formación del suelo está influenciada por al menos cinco factores clásicos que se entrelazan en la evolución de un suelo. Ellos son: material parental, clima, topografía (relieve), organismos y tiempo. Cuando se reordenan por clima, relieve, organismos, material parental y tiempo, forman el acrónimo CROPT.

Propiedades físicas

Las propiedades físicas de los suelos, en orden decreciente de importancia para los servicios ecosistémicos como la producción de cultivos, son textura, estructura, densidad aparente, porosidad, consistencia, temperatura, color y resistividad. La textura del suelo está determinada por la proporción relativa de los tres tipos de partículas minerales del suelo, llamadas separaciones del suelo: arena, limo y arcilla. En la siguiente escala más grande, las estructuras del suelo llamadas agregados o más comúnmente agregados del suelo se crean a partir de la separación del suelo cuando los óxidos de hierro, carbonatos, arcilla, sílice y humus recubren las partículas y hacen que se adhieran a estructuras secundarias más grandes y relativamente estables. La densidad aparente del suelo, cuando se determina en condiciones de humedad estandarizadas, es una estimación de la compactación del suelo.La porosidad del suelo consiste en la parte vacía del volumen del suelo y está ocupada por gases o agua. La consistencia del suelo es la capacidad de los materiales del suelo para mantenerse unidos. La temperatura y el color del suelo son autodefinidos. La resistividad se refiere a la resistencia a la conducción de corrientes eléctricas y afecta la tasa de corrosión de las estructuras metálicas y de hormigón que están enterradas en el suelo. Estas propiedades varían a través de la profundidad del perfil del suelo, es decir, a través de los horizontes del suelo. La mayoría de estas propiedades determinan la aireación del suelo y la capacidad del agua para infiltrarse y mantenerse dentro del suelo.

La humedad del suelo

La humedad del suelo se refiere al contenido de agua del suelo. Se puede expresar en términos de volumen o peso. La medición de la humedad del suelo puede basarse en sondas in situ (p. ej., sondas de capacitancia, sondas de neutrones) o métodos de detección remota.

Gas del suelo

La atmósfera del suelo, o gas del suelo, es muy diferente de la atmósfera de arriba. El consumo de oxígeno por parte de los microbios y las raíces de las plantas, y su liberación de dióxido de carbono, disminuyen el oxígeno y aumentan la concentración de dióxido de carbono. La concentración de CO ₂ atmosférico es del 0,04 %, pero en el espacio poroso del suelo puede oscilar entre 10 y 100 veces ese nivel, lo que podría contribuir a la inhibición de la respiración de las raíces. Los suelos calcáreos regulan la concentración de CO ₂ mediante la amortiguación de carbonatos, a diferencia de los suelos ácidos en los que todo el CO ₂ respirado se acumula en el sistema de poros del suelo. En niveles extremos, el CO ₂ es tóxico. Esto sugiere un posible control de retroalimentación negativa del CO _{2 del suelo.}concentración a través de sus efectos inhibitorios sobre la respiración microbiana y de raíces (también llamada 'respiración del suelo'). Además, los vacíos del suelo se saturan con vapor de agua, al menos hasta el punto de máxima higroscopicidad, más allá del cual se produce un déficit de presión de vapor en el espacio poroso del suelo. Es necesaria una porosidad adecuada, no solo para permitir la penetración del agua, sino también para permitir que los gases se difundan hacia adentro y hacia afuera. El movimiento de gases es por difusión desde concentraciones altas a bajas, el coeficiente de difusión disminuye con la compactación del suelo. El oxígeno de la atmósfera superior se difunde en el suelo donde se consume y los niveles de dióxido de carbono superiores a los de la atmósfera superior se difunden con otros gases (incluidos los gases de efecto invernadero), así como con el agua.La textura y la estructura del suelo afectan fuertemente la porosidad del suelo y la difusión de gases. Es el espacio total de los poros (porosidad) del suelo, no el tamaño de los poros, y el grado de interconexión de los poros (o, por el contrario, el sellado de los poros), junto con el contenido de agua, la turbulencia del aire y la temperatura, lo que determina la velocidad de difusión de los gases en y fuera del suelo. La estructura del suelo laminar y la compactación del suelo (baja porosidad) impiden el flujo de gas, y una deficiencia de oxígeno puede alentar a las bacterias anaeróbicas a reducir (quitar el oxígeno) del nitrato NO ₃ a los gases N ₂, N ₂ O y NO, que luego se pierden a la atmósfera, agotando así el suelo de nitrógeno, un proceso perjudicial llamado desnitrificación. El suelo aireado también es un sumidero neto de metano (CH ₄) pero un productor neto de metano (un fuerte gas de efecto invernadero que absorbe calor) cuando los suelos pierden oxígeno y están sujetos a temperaturas elevadas.

La atmósfera del suelo es también el asiento de las emisiones de volátiles distintos de los óxidos de carbono y nitrógeno de varios organismos del suelo, por ejemplo, raíces, bacterias, hongos, animales. Estos volátiles se utilizan como señales químicas, lo que hace que la atmósfera del suelo sea el asiento de las redes de interacción que desempeñan un papel decisivo en la estabilidad, la dinámica y la evolución de los ecosistemas del suelo. Los compuestos orgánicos volátiles biogénicos del suelo se intercambian con la atmósfera aérea, en la que son solo 1 o 2 órdenes de magnitud más bajos que los de la vegetación aérea.

Los seres humanos pueden hacerse una idea de la atmósfera del suelo a través del conocido olor 'después de la lluvia', cuando la infiltración del agua de lluvia elimina toda la atmósfera del suelo después de un período de sequía, o cuando se excava el suelo, una propiedad a granel atribuida en un sentido reduccionista. manera a compuestos bioquímicos particulares como petricor o geosmina.

Fase sólida (matriz del suelo)

Las partículas del suelo se pueden clasificar por su composición química (mineralogía), así como por su tamaño. La distribución del tamaño de las partículas de un suelo, su textura, determina muchas de las propiedades de ese suelo, en particular la conductividad hidráulica y el potencial hídrico, pero la mineralogía de esas partículas puede modificar fuertemente esas propiedades. La mineralogía de las partículas más finas del suelo, la arcilla, es especialmente importante.

Química

La química de un suelo determina su capacidad para suministrar los nutrientes disponibles para las plantas y afecta sus propiedades físicas y la salud de su población viva. Además, la química de un suelo también determina su corrosividad, estabilidad y capacidad para absorber contaminantes y filtrar agua. Es la química superficial de los coloides minerales y orgánicos lo que determina las propiedades químicas del suelo. Un coloide es una partícula pequeña e insoluble que varía en tamaño de 1 nanómetro a 1 micrómetro, por lo que es lo suficientemente pequeño como para permanecer suspendido por el movimiento browniano en un medio fluido sin sedimentarse.La mayoría de los suelos contienen partículas coloidales orgánicas llamadas humus, así como partículas coloidales inorgánicas de arcillas. El área de superficie específica muy alta de los coloides y sus cargas eléctricas netas le dan al suelo su capacidad para retener y liberar iones. Los sitios cargados negativamente en los coloides atraen y liberan cationes en lo que se conoce como intercambio catiónico. La capacidad de intercambio catiónico (CIC) es la cantidad de cationes intercambiables por unidad de peso de suelo seco y se expresa en términos de miliequivalentes de iones cargados positivamente por 100 gramos de suelo (o centimoles de carga positiva por kilogramo de suelo; cmol _c /kg ). De manera similar, los sitios con carga positiva en los coloides pueden atraer y liberar aniones en el suelo, lo que genera la capacidad de intercambio de aniones del suelo (AEC).

Intercambio catiónico y aniónico

El intercambio catiónico, que tiene lugar entre los coloides y el agua del suelo, amortigua (modera) el pH del suelo, altera la estructura del suelo y purifica el agua filtrada mediante la adsorción de cationes de todo tipo, tanto útiles como dañinos.

Las cargas negativas o positivas de las partículas coloidales les permiten retener cationes o aniones, respectivamente, en sus superficies. Los cargos provienen de cuatro fuentes.

1. La sustitución isomorfa ocurre en la arcilla durante su formación, cuando los cationes de valencia más baja sustituyen a los cationes de valencia más alta en la estructura cristalina. Las sustituciones en las capas más externas son más efectivas que en las capas más internas, ya que la intensidad de la carga eléctrica disminuye con el cuadrado de la distancia. El resultado neto son átomos de oxígeno con carga negativa neta y la capacidad de atraer cationes.
2. Los átomos de oxígeno del borde de la arcilla no están en equilibrio iónico ya que las estructuras tetraédrica y octaédrica están incompletas.
3. Los hidroxilos pueden sustituir a los oxígenos de las capas de sílice, un proceso llamado hidroxilación. Cuando los hidrógenos de los hidroxilos de arcilla se ionizan en solución, dejan el oxígeno con carga negativa (arcillas aniónicas).
4. Los hidrógenos de los grupos hidroxilo del humus también pueden ionizarse en solución, dejando, de manera similar a la arcilla, un oxígeno con carga negativa.

Los cationes retenidos en los coloides cargados negativamente se resisten a ser arrastrados hacia abajo por el agua y están fuera del alcance de las raíces de las plantas, lo que preserva la fertilidad de los suelos en áreas de precipitaciones moderadas y bajas temperaturas.

Existe una jerarquía en el proceso de intercambio catiónico en los coloides, ya que los cationes difieren en la fuerza de adsorción por parte del coloide y, por lo tanto, en su capacidad para reemplazarse entre sí (intercambio iónico). Si está presente en cantidades iguales en la solución de agua del suelo:

Al reemplaza H reemplaza Ca reemplaza Mg reemplaza K igual que NH
₄reemplaza Na

Si se agrega un catión en grandes cantidades, puede reemplazar a los demás por la pura fuerza de sus números. A esto se le llama ley de acción de masas. Esto es en gran parte lo que ocurre con la adición de fertilizantes catiónicos (potasa, cal).

A medida que la solución del suelo se vuelve más ácida (pH bajo, lo que significa una abundancia de H ), los otros cationes más débilmente unidos a los coloides son empujados a la solución a medida que los iones de hidrógeno ocupan los sitios de intercambio (protonación). Un pH bajo puede hacer que el hidrógeno de los grupos hidroxilo se disuelva, dejando sitios cargados en el coloide disponibles para ser ocupados por otros cationes. Esta ionización de grupos hidroxi en la superficie de los coloides del suelo crea lo que se describe como cargas superficiales dependientes del pH. A diferencia de las cargas permanentes desarrolladas por sustitución isomorfa, las cargas dependientes del pH son variables y aumentan al aumentar el pH. Los cationes liberados pueden estar disponibles para las plantas, pero también son propensos a ser lixiviados del suelo, lo que posiblemente haga que el suelo sea menos fértil. Las plantas pueden excretar Hen el suelo a través de la síntesis de ácidos orgánicos y, por ese medio, cambiar el pH del suelo cerca de la raíz y expulsar los cationes de los coloides, haciéndolos así disponibles para la planta.

Capacidad de intercambio catiónico (CEC)

La capacidad de intercambio de cationes se debe considerar como la capacidad del suelo para eliminar cationes de la solución de agua del suelo y secuestrar los que se intercambiarán más tarde cuando las raíces de las plantas liberen iones de hidrógeno a la solución. CIC es la cantidad de catión de hidrógeno intercambiable (H ) que se combinará con 100 gramos de peso seco de suelo y cuya medida es un miliequivalente por 100 gramos de suelo (1 meq/100 g). Los iones de hidrógeno tienen una sola carga y una milésima parte de un gramo de iones de hidrógeno por cada 100 gramos de suelo seco da una medida de un miliequivalente de iones de hidrógeno. El calcio, con un peso atómico 40 veces mayor que el del hidrógeno y con una valencia de dos, se convierte en (40 ÷ 2) × 1 miliequivalente = 20 miliequivalentes de iones de hidrógeno por 100 gramos de suelo seco o 20 meq/100 g.La medida moderna de CIC se expresa como centimoles de carga positiva por kilogramo (cmol/kg) de suelo secado al horno.

La mayor parte de la CIC del suelo se produce en coloides de arcilla y humus, y la falta de estos en climas cálidos y húmedos (p. ej., selvas tropicales), debido a la lixiviación y la descomposición, respectivamente, explica la aparente esterilidad de los suelos tropicales. Las raíces de las plantas vivas también tienen algo de CIC, vinculado a su área de superficie específica.

Suelo	Expresar	CCA meq/100 g
arena fina de charlotte	Florida	1.0
Franco arenoso fino de Ruston	Texas	1.9
Marga de Glouchester	New Jersey	11.9
Franco limoso Grundy	Illinois	26.3
Franco arcilloso de Gleason	California	31.6
Franco arcilloso de Susquehanna	Alabama	34.3
Arena fina y sucia de Davie	Florida	100.8
Playa	N / A	1–5
Francos arenosos finos	N / A	5–10
Margas y margas limosas	N / A	5–15
Margas arcillosas	N / A	15–30
Arcillas	N / A	más de 30
Sesquióxidos	N / A	0-3
Caolinita	N / A	3–15
ilita	N / A	25–40
Montmorillonita	N / A	60–100
Vermiculita (similar a la ilita)	N / A	80–150
Humus	N / A	100–300

Capacidad de intercambio aniónico (AEC)

La capacidad de intercambio aniónico debe considerarse como la capacidad del suelo para eliminar aniones (p. ej., nitrato, fosfato) de la solución de agua del suelo y secuestrarlos para un intercambio posterior a medida que las raíces de las plantas liberan aniones de carbonato a la solución de agua del suelo. Aquellos coloides que tienen una CIC baja tienden a tener algo de AEC. Las arcillas amorfas y sesquióxidos tienen la AEC más alta, seguidas por los óxidos de hierro. Los niveles de AEC son mucho más bajos que los de CIC, debido a la tasa generalmente más alta de superficies con carga positiva (frente a negativa) en los coloides del suelo, con la excepción de los suelos con carga variable. Los fosfatos tienden a mantenerse en los sitios de intercambio de aniones.

Las arcillas de hidróxido de hierro y aluminio pueden intercambiar sus aniones de hidróxido (OH ) por otros aniones. El orden que refleja la fuerza de adhesión del anión es el siguiente:H
₂correos
₄reemplaza SO
₄reemplaza NO
₃reemplaza Cl

La cantidad de aniones intercambiables es de una magnitud de décimas a algunos miliequivalentes por 100 g de suelo seco. A medida que aumenta el pH, hay relativamente más hidroxilos, que desplazarán los aniones de los coloides y los forzarán a disolverse y salir del almacenamiento; por lo tanto, la AEC disminuye al aumentar el pH (alcalinidad).

Reactividad (pH)

La reactividad del suelo se expresa en términos de pH y es una medida de la acidez o alcalinidad del suelo. Más precisamente, es una medida de la concentración de hidronio en una solución acuosa y varía en valores de 0 a 14 (ácido a básico), pero en términos prácticos para los suelos, el pH varía de 3,5 a 9,5, ya que los valores de pH más allá de esos extremos son tóxicos para la vida. formularios

A 25 °C, una solución acuosa que tiene un pH de 3,5 tiene 10 moles de H ₃ O (iones hidronio) por litro de solución (y también 10 moles por litro de OH ). Un pH de 7, definido como neutro, tiene 10 moles de iones hidronio por litro de solución y también 10 moles de OH por litro; como las dos concentraciones son iguales, se dice que se neutralizan entre sí. Un pH de 9,5 tiene 10 moles de iones hidronio por litro de solución (y también 10 moles por litro de OH ). Un pH de 3,5 tiene un millón de veces más iones de hidronio por litro que una solución con un pH de 9,5 ( 9,5 − 3,5 = 6 o 10 ) y es más ácida.

El efecto del pH en un suelo es eliminar o hacer disponibles ciertos iones. Los suelos con alta acidez tienden a tener cantidades tóxicas de aluminio y manganeso. Como resultado de una compensación entre toxicidad y requerimiento, la mayoría de los nutrientes están mejor disponibles para las plantas a pH moderado, aunque la mayoría de los minerales son más solubles en suelos ácidos. Los organismos del suelo se ven obstaculizados por la alta acidez, y la mayoría de los cultivos agrícolas se desarrollan mejor con suelos minerales de pH 6.5 y suelos orgánicos de pH 5.5. Dado que a un pH bajo, los metales tóxicos (p. ej., cadmio, zinc, plomo) están cargados positivamente como cationes y los contaminantes orgánicos están en forma no iónica, por lo que ambos están más disponibles para los organismos.se ha sugerido que las plantas, los animales y los microbios que comúnmente viven en suelos ácidos están preadaptados a todo tipo de contaminación, ya sea de origen natural o humano.

En áreas de mucha lluvia, los suelos tienden a acidificarse ya que los cationes básicos son expulsados ​​de los coloides del suelo por la acción masiva de los iones de hidronio de la acidez de la lluvia habitual o inusual contra los adheridos a los coloides. Las altas tasas de lluvia pueden eliminar los nutrientes, dejando el suelo habitado solo por aquellos organismos que son particularmente eficientes para absorber nutrientes en condiciones muy ácidas, como en las selvas tropicales. Una vez que los coloides están saturados con H ₃ O, la adición de más iones de hidronio o cationes de hidroxilo de aluminio hace que el pH sea aún más bajo (más ácido) ya que el suelo se ha quedado sin capacidad amortiguadora. En áreas de lluvias extremas y altas temperaturas, la arcilla y el humus pueden ser lavados, reduciendo aún más la capacidad amortiguadora del suelo.En áreas de poca lluvia, el calcio sin lixiviar lleva el pH a 8.5 y con la adición de sodio intercambiable, los suelos pueden alcanzar un pH de 10. Más allá de un pH de 9, se reduce el crecimiento de las plantas. Un pH alto da como resultado una baja movilidad de micronutrientes, pero los quelatos solubles en agua de esos nutrientes pueden corregir el déficit. El sodio se puede reducir mediante la adición de yeso (sulfato de calcio), ya que el calcio se adhiere a la arcilla con más fuerza que el sodio, lo que hace que el sodio sea empujado hacia la solución de agua del suelo, donde puede ser eliminado por una gran cantidad de agua.

Porcentaje de saturación base

Hay cationes formadores de ácidos (p. ej., hidronio, aluminio, hierro) y cationes formadores de bases (p. ej., calcio, magnesio, sodio). La fracción de los sitios de intercambio de coloides del suelo (CEC) cargados negativamente que están ocupados por cationes formadores de bases se denomina saturación de bases. Si un suelo tiene una CIC de 20 meq y 5 meq son cationes de aluminio e hidronio (formadores de ácido), se supone que el resto de las posiciones en los coloides ( 20 − 5 = 15 meq ) están ocupadas por cationes formadores de base, de modo que el la saturación de bases es 15 ÷ 20 × 100% = 75% (el complemento 25% se supone que son cationes formadores de ácido). La saturación de bases es casi directamente proporcional al pH (aumenta al aumentar el pH).Sirve para calcular la cantidad de cal necesaria para neutralizar un suelo ácido (necesidad de cal). La cantidad de cal necesaria para neutralizar un suelo debe tener en cuenta la cantidad de iones que forman ácido en los coloides (acidez intercambiable), no solo los que se encuentran en la solución de agua del suelo (acidez libre). La adición de suficiente cal para neutralizar la solución de agua del suelo será insuficiente para cambiar el pH, ya que los cationes formadores de ácido almacenados en los coloides del suelo tenderán a restaurar la condición de pH original a medida que son expulsados ​​de esos coloides por el calcio del agregado. Lima.

Almacenamiento en búfer

La resistencia del suelo al cambio de pH, como resultado de la adición de material ácido o básico, es una medida de la capacidad amortiguadora de un suelo y (para un tipo de suelo en particular) aumenta a medida que aumenta la CIC. Por lo tanto, la arena pura casi no tiene capacidad de amortiguación, mientras que los suelos con alto contenido de coloides (ya sean minerales u orgánicos) tienen una alta capacidad de amortiguación. La amortiguación se produce por intercambio catiónico y neutralización. Sin embargo, los coloides no son los únicos reguladores del pH del suelo. También debe subrayarse el papel de los carbonatos. De manera más general, de acuerdo con los niveles de pH, varios sistemas tampón tienen prioridad unos sobre otros, desde el rango del tampón de carbonato de calcio hasta el rango del tampón de hierro.

La adición de una pequeña cantidad de amoníaco acuoso altamente básico a un suelo hará que el amonio desplace los iones de hidronio de los coloides, y el producto final es agua y amonio fijado coloidalmente, pero con un pequeño cambio permanente general en el pH del suelo.

La adición de una pequeña cantidad de cal, Ca(OH) ₂, desplazará los iones de hidronio de los coloides del suelo, provocando la fijación del calcio a los coloides y la evolución de CO ₂ y agua, con un pequeño cambio permanente en el pH del suelo.

Los anteriores son ejemplos de la amortiguación del pH del suelo. El principio general es que un aumento en un catión particular en la solución de agua del suelo hará que ese catión se fije a los coloides (amortiguado) y una disminución en la solución de ese catión hará que se retire del coloide y se mueva a la solución ( amortiguado). El grado de amortiguamiento a menudo está relacionado con la CIC del suelo; cuanto mayor es la CIC, mayor es la capacidad amortiguadora del suelo.

Nutrientes

Elemento	Símbolo	Ión o molécula
Carbón	C	CO 2 (principalmente a través de las hojas)
Hidrógeno	H	H, H 2 O (agua)
Oxígeno	O	O, OH, CO 3, ASÍ QUE 4, CO2
Fósforo	PAG	H 2correos 4, HPO 4(fosfatos)
Potasio	k	k
Nitrógeno	norte	NUEVA HAMPSHIRE 4, NO 3(nitrato de amonio)
Azufre	S	ASI QUE 4
Calcio	California	California
Hierro	Fe	Fe, Fe (ferroso, férrico)
Magnesio	magnesio	magnesio
Boro	B	H 3 BO 3, H 2BO 3, B(OH) 4
Manganeso	Minnesota	Minnesota
Cobre	cobre	cobre
Zinc	zinc	zinc
Molibdeno	Mes	Mugir 4(molibdato)
Cloro	cl	Cl (cloruro)

Diecisiete elementos o nutrientes son esenciales para el crecimiento y la reproducción de las plantas. Son carbono (C), hidrógeno (H), oxígeno (O), nitrógeno (N), fósforo (P), potasio (K), azufre (S), calcio (Ca), magnesio (Mg), hierro (Fe ), boro (B), manganeso (Mn), cobre (Cu), zinc (Zn), molibdeno (Mo), níquel (Ni) y cloro (Cl).Los nutrientes necesarios para que las plantas completen su ciclo de vida se consideran nutrientes esenciales. Los nutrientes que mejoran el crecimiento de las plantas pero que no son necesarios para completar el ciclo de vida de la planta se consideran no esenciales. Los elementos variables (por ejemplo, aluminio (Al), cobalto (Co) y níquel (Ni)), que juegan un papel importante en el metabolismo de algunas plantas, completan los nutrientes esenciales y no esenciales. A excepción del carbono, el hidrógeno y el oxígeno, que son aportados por el dióxido de carbono y el agua, y el nitrógeno, aportado por la fijación de nitrógeno, los nutrientes derivan originalmente del componente mineral del suelo. La Ley del Mínimo expresa que cuando la forma disponible de un nutriente no está en la proporción suficiente en la solución del suelo, la planta no puede absorber otros nutrientes en una proporción óptima.Por lo tanto, una proporción particular de nutrientes de la solución del suelo es obligatoria para optimizar el crecimiento de las plantas, un valor que puede diferir de las proporciones de nutrientes calculadas a partir de la composición de las plantas.

La absorción de nutrientes por parte de la planta solo puede proceder cuando están presentes en una forma disponible para la planta. En la mayoría de las situaciones, los nutrientes se absorben en forma iónica del agua del suelo (o junto con ella). Aunque los minerales son el origen de la mayoría de los nutrientes, y la mayor parte de la mayoría de los elementos nutritivos en el suelo se mantienen en forma cristalina dentro de los minerales primarios y secundarios, se meteorizan con demasiada lentitud para soportar el rápido crecimiento de las plantas. Por ejemplo, la aplicación al suelo de minerales finamente molidos, feldespato y apatita, rara vez proporciona las cantidades necesarias de potasio y fósforo a una velocidad suficiente para el buen crecimiento de las plantas, ya que la mayoría de los nutrientes permanecen unidos a los cristales de esos minerales.

Los nutrientes adsorbidos en las superficies de los coloides de arcilla y la materia orgánica del suelo proporcionan una reserva más accesible de muchos nutrientes para las plantas (por ejemplo, K, Ca, Mg, P, Zn). A medida que las plantas absorben los nutrientes del agua del suelo, la reserva soluble se repone desde la reserva superficial. La descomposición de la materia orgánica del suelo por parte de los microorganismos es otro mecanismo mediante el cual se repone la reserva soluble de nutrientes; esto es importante para el suministro de N, S, P y B del suelo disponibles para las plantas.

Gramo por gramo, la capacidad del humus para retener nutrientes y agua es mucho mayor que la de los minerales arcillosos, y la mayor parte de la capacidad de intercambio catiónico del suelo surge de los grupos carboxílicos cargados en la materia orgánica. Sin embargo, a pesar de la gran capacidad del humus para retener agua una vez empapado, su alta hidrofobicidad disminuye su humectabilidad. Con todo, pequeñas cantidades de humus pueden aumentar notablemente la capacidad del suelo para promover el crecimiento de las plantas.

Materia orgánica del suelo

La materia orgánica del suelo está formada por compuestos orgánicos e incluye material vegetal, animal y microbiano, tanto vivo como muerto. Un suelo típico tiene una composición de biomasa de 70% de microorganismos, 22% de macrofauna y 8% de raíces. El componente vivo de un acre de suelo puede incluir 900 lb de lombrices, 2400 lb de hongos, 1500 lb de bacterias, 133 lb de protozoos y 890 lb de artrópodos y algas.

Un pequeño porcentaje de la materia orgánica del suelo, con poco tiempo de residencia, consiste en biomasa microbiana y metabolitos de bacterias, mohos y actinomicetos que trabajan para descomponer la materia orgánica muerta. Si no fuera por la acción de estos microorganismos, toda la parte de dióxido de carbono de la atmósfera sería secuestrada como materia orgánica en el suelo. Sin embargo, al mismo tiempo, los microbios del suelo contribuyen al secuestro de carbono en la capa superior del suelo mediante la formación de humus estable. Con el objetivo de secuestrar más carbono en el suelo para aliviar el efecto invernadero, sería más eficiente a largo plazo estimular la humificación que disminuir la descomposición de la hojarasca.

La parte principal de la materia orgánica del suelo es un conjunto complejo de pequeñas moléculas orgánicas, denominadas colectivamente humus o sustancias húmicas. El uso de estos términos, que no se basan en una clasificación química clara, se ha considerado obsoleto. Otros estudios mostraron que la noción clásica de molécula no es conveniente para el humus, que escapó a la mayoría de los intentos realizados durante dos siglos para resolverlo en componentes unitarios, pero que aún es químicamente distinto de los polisacáridos, las ligninas y las proteínas.

La mayoría de los seres vivos en los suelos, incluidas las plantas, los animales, las bacterias y los hongos, dependen de la materia orgánica para obtener nutrientes y/o energía. Los suelos tienen compuestos orgánicos en diversos grados de descomposición cuya velocidad depende de la temperatura, la humedad del suelo y la aireación. Las bacterias y los hongos se alimentan de la materia orgánica bruta, de la que se alimentan los protozoos, que a su vez son alimentados por nematodos, anélidos y artrópodos, capaces ellos mismos de consumir y transformar la materia orgánica bruta o humificada. A esto se le ha llamado la red alimentaria del suelo, a través de la cual se procesa toda la materia orgánica como en un sistema digestivo.La materia orgánica mantiene abiertos los suelos, lo que permite la infiltración de aire y agua, y puede contener hasta el doble de su peso en agua. Muchos suelos, incluidos los suelos desérticos y de grava rocosa, tienen poca o ninguna materia orgánica. Los suelos que son todos materia orgánica, como la turba (histosoles), son infértiles. En su etapa más temprana de descomposición, el material orgánico original a menudo se denomina materia orgánica en bruto. La etapa final de descomposición se llama humus.

En los pastizales, gran parte de la materia orgánica añadida al suelo proviene de los sistemas de raíces profundas y fibrosas de las gramíneas. Por el contrario, las hojas de los árboles que caen al suelo del bosque son la principal fuente de materia orgánica del suelo en el bosque. Otra diferencia es la frecuente ocurrencia en los pastizales de incendios que destruyen grandes cantidades de material sobre el suelo pero estimulan aportes aún mayores de las raíces. Además, la acidez mucho mayor bajo cualquier bosque inhibe la acción de ciertos organismos del suelo que, de otro modo, mezclarían gran parte de la basura superficial con el suelo mineral. Como resultado, los suelos bajo pastizales generalmente desarrollan un horizonte A más grueso con una distribución más profunda de materia orgánica que en suelos comparables bajo bosques, que característicamente almacenan la mayor parte de su materia orgánica en el suelo del bosque (horizonte O) y un horizonte A delgado.

Humus

Humus se refiere a la materia orgánica que ha sido descompuesta por la microflora y la fauna del suelo hasta el punto en que es resistente a una mayor descomposición. El humus generalmente constituye solo el cinco por ciento del suelo o menos por volumen, pero es una fuente esencial de nutrientes y agrega importantes cualidades de textura cruciales para la salud del suelo y el crecimiento de las plantas. El humus también alimenta artrópodos, termitas y lombrices que mejoran aún más el suelo. El producto final, el humus, se suspende en forma coloidal en la solución del suelo y forma un ácido débil que puede atacar los minerales de silicato quelando sus átomos de hierro y aluminio. El humus tiene una alta capacidad de intercambio de cationes y aniones que, en peso seco, es muchas veces mayor que la de los coloides de arcilla. También actúa como amortiguador, como la arcilla, contra los cambios de pH y la humedad del suelo.

Los ácidos húmicos y los ácidos fúlvicos, que comienzan como materia orgánica cruda, son constituyentes importantes del humus. Después de la muerte de plantas, animales y microbios, los microbios comienzan a alimentarse de los residuos a través de su producción de enzimas extracelulares del suelo, lo que finalmente da como resultado la formación de humus. A medida que los residuos se descomponen, solo las moléculas compuestas de hidrocarburos alifáticos y aromáticos, ensambladas y estabilizadas por enlaces de oxígeno e hidrógeno, permanecen en forma de ensamblajes moleculares complejos llamados colectivamente humus. El humus nunca es puro en el suelo, porque reacciona con metales y arcillas para formar complejos que contribuyen aún más a su estabilidad y estructura del suelo.Si bien la estructura del humus tiene en sí misma pocos nutrientes (con la excepción de los metales constitutivos como el calcio, el hierro y el aluminio), es capaz de atraer y unir, mediante enlaces débiles, los nutrientes de cationes y aniones que luego pueden liberarse en la solución del suelo. en respuesta a la absorción selectiva de raíces y cambios en el pH del suelo, un proceso de suma importancia para el mantenimiento de la fertilidad en suelos tropicales.

La lignina es resistente a la descomposición y se acumula en el suelo. También reacciona con las proteínas, lo que aumenta aún más su resistencia a la descomposición, incluida la descomposición enzimática por microbios. Las grasas y ceras de materia vegetal tienen aún más resistencia a la descomposición y persisten en los suelos durante miles de años, de ahí su uso como trazadores de vegetación pasada en capas de suelo enterrado. Los suelos arcillosos a menudo tienen contenidos orgánicos más altos que persisten más tiempo que los suelos sin arcilla, ya que las moléculas orgánicas se adhieren y son estabilizadas por la arcilla. Las proteínas normalmente se descomponen fácilmente, a excepción de las escleroproteínas, pero cuando se unen a partículas de arcilla se vuelven más resistentes a la descomposición.En cuanto a otras proteínas, las partículas de arcilla absorben las enzimas exudadas por los microbios, disminuyendo la actividad enzimática y protegiendo a las enzimas extracelulares de la degradación. La adición de materia orgánica a los suelos arcillosos puede hacer que esa materia orgánica y cualquier nutriente añadido sean inaccesibles para las plantas y los microbios durante muchos años, mientras que un estudio mostró una mayor fertilidad del suelo tras la adición de compost maduro a un suelo arcilloso. El alto contenido de taninos en el suelo puede causar que el nitrógeno sea secuestrado como complejos resistentes de taninos y proteínas.

La formación de humus es un proceso que depende de la cantidad de material vegetal que se agrega cada año y del tipo de suelo base. Ambos se ven afectados por el clima y el tipo de organismos presentes. Los suelos con humus pueden variar en contenido de nitrógeno, pero típicamente tienen de 3 a 6 por ciento de nitrógeno. La materia orgánica cruda, como reserva de nitrógeno y fósforo, es un componente vital que afecta la fertilidad del suelo. El humus también absorbe agua y se expande y contrae entre los estados seco y húmedo en mayor medida que la arcilla, lo que aumenta la porosidad del suelo. El humus es menos estable que los componentes minerales del suelo, ya que se reduce por la descomposición microbiana y, con el tiempo, su concentración disminuye sin la adición de nueva materia orgánica. Sin embargo, el humus en sus formas más estables puede persistir durante siglos, si no milenios.El carbón vegetal es una fuente de humus altamente estable, llamado carbono negro, que se ha utilizado tradicionalmente para mejorar la fertilidad de los suelos tropicales pobres en nutrientes. Esta práctica antiquísima, comprobada en la génesis de las tierras oscuras amazónicas, ha sido renovada y popularizada bajo el nombre de biocarbón. Se ha sugerido que el biocarbón podría utilizarse para secuestrar más carbono en la lucha contra el efecto invernadero.

Influencia climatológica

La producción, acumulación y degradación de la materia orgánica dependen en gran medida del clima. Por ejemplo, cuando ocurre un evento de descongelación, el flujo de gases del suelo con los gases atmosféricos se ve significativamente influenciado. La temperatura, la humedad del suelo y la topografía son los principales factores que afectan la acumulación de materia orgánica en los suelos. La materia orgánica tiende a acumularse en condiciones húmedas o frías donde la actividad de descomposición se ve impedida por la baja temperatura o el exceso de humedad, lo que da como resultado condiciones anaeróbicas.Por el contrario, la lluvia excesiva y las altas temperaturas de los climas tropicales permiten una rápida descomposición de la materia orgánica y la lixiviación de los nutrientes de las plantas. Los ecosistemas forestales en estos suelos dependen del reciclaje eficiente de nutrientes y materia vegetal por parte de la planta viva y la biomasa microbiana para mantener su productividad, un proceso que se ve perturbado por las actividades humanas. Una pendiente excesiva, en particular en presencia de cultivo por el bien de la agricultura, puede fomentar la erosión de la capa superior del suelo que contiene la mayor parte de la materia orgánica en bruto que, de otro modo, eventualmente se convertiría en humus.

Residuos vegetales

La celulosa y la hemicelulosa se descomponen rápidamente por hongos y bacterias, con una vida media de 12 a 18 días en un clima templado. Los hongos de la podredumbre parda pueden descomponer la celulosa y la hemicelulosa, dejando atrás la lignina y los compuestos fenólicos. El almidón, que es un sistema de almacenamiento de energía para las plantas, se descompone rápidamente por bacterias y hongos. La lignina consiste en polímeros compuestos de 500 a 600 unidades con una estructura amorfa altamente ramificada, unida a celulosa, hemicelulosa y pectina en las paredes celulares de las plantas. La lignina sufre una descomposición muy lenta, principalmente por hongos de pudrición blanca y actinomicetos; su vida media en condiciones templadas es de unos seis meses.

Horizontes

Una capa horizontal del suelo, cuyas características físicas, composición y edad son distintas de las de arriba y abajo, se denomina horizonte del suelo. La denominación de un horizonte se basa en el tipo de material del que está compuesto. Esos materiales reflejan la duración de procesos específicos de formación del suelo. Se etiquetan usando una notación abreviada de letras y números que describen el horizonte en términos de su color, tamaño, textura, estructura, consistencia, cantidad de raíces, pH, vacíos, características de los límites y presencia de nódulos o concreciones. Ningún perfil de suelo tiene todos los horizontes principales. Algunos, llamados entisoles, pueden tener un solo horizonte o actualmente se considera que no tienen horizonte, en particular suelos incipientes de depósitos de desechos mineros no recuperados, morrenas,conos volcánicos, dunas de arena o terrazas aluviales. Los horizontes superiores del suelo pueden faltar en suelos truncados después de la ablación por el viento o el agua, con el enterramiento concomitante de los horizontes del suelo pendiente abajo, un proceso natural agravado por prácticas agrícolas como la labranza. El crecimiento de los árboles es otra fuente de perturbación, creando una heterogeneidad a microescala que aún es visible en los horizontes del suelo una vez que los árboles han muerto. Al pasar de un horizonte a otro, de arriba a abajo del perfil del suelo, uno retrocede en el tiempo, con eventos pasados ​​registrados en los horizontes del suelo como en las capas de sedimentos. El muestreo de polen, amebas testadas y restos de plantas en los horizontes del suelo puede ayudar a revelar cambios ambientales (p. ej., cambio climático, cambios en el uso de la tierra) que ocurrieron en el curso de la formación del suelo.Los horizontes del suelo se pueden fechar mediante varios métodos, como el radiocarbono, utilizando trozos de carbón vegetal siempre que tengan el tamaño suficiente para escapar de la pedoturbación por la actividad de las lombrices y otras perturbaciones mecánicas. Los horizontes de suelo fósil de paleosuelos se pueden encontrar dentro de las secuencias de rocas sedimentarias, lo que permite el estudio de ambientes pasados.

La exposición del material parental a condiciones favorables produce suelos minerales que son marginalmente aptos para el crecimiento de las plantas, como es el caso de los suelos erosionados. El crecimiento de la vegetación da como resultado la producción de residuos orgánicos que caen al suelo como hojarasca para las partes aéreas de las plantas (hojarasca) o se producen directamente bajo tierra para los órganos subterráneos de las plantas (hojarasca de raíces), y luego liberan materia orgánica disuelta. La capa orgánica superficial restante, llamada horizonte O, produce un suelo más activo debido al efecto de los organismos que viven en él. Los organismos colonizan y descomponen materiales orgánicos, poniendo a disposición nutrientes con los que pueden vivir otras plantas y animales.Después de un tiempo suficiente, el humus se mueve hacia abajo y se deposita en una capa superficial orgánica-mineral distintiva llamada horizonte A, en la que la materia orgánica se mezcla con la materia mineral a través de la actividad de los animales excavadores, un proceso llamado pedoturbación. Este proceso natural no se completa en presencia de condiciones perjudiciales para la vida del suelo, tales como acidez fuerte, clima frío o contaminación, que se derivan de la acumulación de materia orgánica no descompuesta dentro de un único horizonte orgánico que recubre el suelo mineral y en la yuxtaposición de materia orgánica humificada. materia orgánica y partículas minerales, sin mezcla íntima, en los horizontes minerales subyacentes.

Clasificación

El suelo se clasifica en categorías para comprender las relaciones entre diferentes suelos y determinar la idoneidad de un suelo en una región en particular. Uno de los primeros sistemas de clasificación fue desarrollado por el científico ruso Vasily Dokuchaev alrededor de 1880. Investigadores estadounidenses y europeos lo modificaron varias veces y se convirtió en el sistema comúnmente utilizado hasta la década de 1960. Se partía de la idea de que los suelos tienen una morfología particular en función de los materiales y factores que los forman. En la década de 1960, comenzó a surgir un sistema de clasificación diferente que se enfocaba en la morfología del suelo en lugar de los materiales parentales y los factores formadores del suelo. Desde entonces ha sufrido nuevas modificaciones. La Base Mundial de Referencia para los Recursos del Suelo (WRB)tiene como objetivo establecer una base de referencia internacional para la clasificación de suelos.

Usos

El suelo se usa en la agricultura, donde sirve como ancla y base de nutrientes primarios para las plantas. Los tipos de suelo y la humedad disponible determinan las especies de plantas que se pueden cultivar. La ciencia del suelo agrícola fue el dominio primitivo del conocimiento del suelo, mucho antes del advenimiento de la edafología en el siglo XIX. Sin embargo, como lo demuestra la aeroponía, la acuaponia y la hidroponía, el material del suelo no es absolutamente esencial para la agricultura, y los sistemas de cultivo sin suelo se han proclamado como el futuro de la agricultura para una humanidad en continuo crecimiento.

El material del suelo también es un componente crítico en las industrias de minería, construcción y desarrollo del paisaje. El suelo sirve como base para la mayoría de los proyectos de construcción. El movimiento de volúmenes masivos de suelo puede estar involucrado en la minería a cielo abierto, la construcción de caminos y la construcción de represas. La protección de la tierra es la práctica arquitectónica de utilizar el suelo como masa térmica externa contra las paredes de los edificios. Muchos materiales de construcción se basan en el suelo. La pérdida de suelo a causa de la urbanización está creciendo a un ritmo elevado en muchas áreas y puede ser fundamental para el mantenimiento de la agricultura de subsistencia.

Los recursos del suelo son críticos para el medio ambiente, así como para la producción de alimentos y fibras, produciendo el 98,8% de los alimentos consumidos por los seres humanos. El suelo proporciona minerales y agua a las plantas de acuerdo con varios procesos involucrados en la nutrición de las plantas. El suelo absorbe el agua de lluvia y la libera posteriormente, evitando así inundaciones y sequías, siendo la regulación de inundaciones uno de los principales servicios ecosistémicos que proporciona el suelo. El suelo limpia el agua a medida que se filtra a través de él.El suelo es el hábitat de muchos organismos: la mayor parte de la biodiversidad conocida y desconocida se encuentra en el suelo, en forma de lombrices, cochinillas, milpiés, ciempiés, caracoles, babosas, ácaros, colémbolos, enquitreidos, nematodos, protistas), bacterias, arqueas, hongos y algas; y la mayoría de los organismos que viven en la superficie tienen parte de ellos (plantas) o pasan parte de su ciclo de vida (insectos) bajo tierra. Las biodiversidades superficiales y subterráneas están estrechamente interconectadas, lo que hace que la protección del suelo sea de suma importancia para cualquier plan de restauración o conservación.

El componente biológico del suelo es un sumidero de carbono extremadamente importante ya que alrededor del 57% del contenido biótico es carbono. Incluso en los desiertos, las cianobacterias, los líquenes y los musgos forman costras biológicas del suelo que capturan y secuestran una cantidad significativa de carbono mediante la fotosíntesis. Los métodos agrícolas y de pastoreo deficientes han degradado los suelos y liberado gran parte de este carbono secuestrado a la atmósfera. Restaurar los suelos del mundo podría compensar el efecto del aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y frenar el calentamiento global, al tiempo que mejora el rendimiento de los cultivos y reduce las necesidades de agua.

La gestión de residuos a menudo tiene un componente de suelo. Los campos de drenaje séptico tratan el efluente del tanque séptico mediante procesos aeróbicos del suelo. La aplicación de aguas residuales a la tierra depende de la biología del suelo para tratar aeróbicamente la DBO. Alternativamente, los rellenos sanitarios utilizan el suelo como cobertura diaria, aislando los depósitos de desechos de la atmósfera y evitando olores desagradables. El compostaje ahora se usa ampliamente para tratar aeróbicamente los desechos domésticos sólidos y los efluentes secos de los tanques de sedimentación. Aunque el compost no es suelo, los procesos biológicos que tienen lugar durante el compostaje son similares a los que ocurren durante la descomposición y humificación de la materia orgánica del suelo.

Los suelos orgánicos, especialmente la turba, sirven como combustible importante y recurso hortícola. Los suelos de turba también se utilizan comúnmente para la agricultura en los países nórdicos, porque los sitios de turberas, cuando se drenan, proporcionan suelos fértiles para la producción de alimentos. Sin embargo, amplias áreas de producción de turba, como las turberas de esfagno de secano, también llamadas turberas de cobertura o turberas elevadas, ahora están protegidas debido a su interés patrimonial. Como ejemplo, Flow Country, que cubre 4.000 kilómetros cuadrados de extensión ondulada de ciénagas de cobertura en Escocia, ahora es candidato para ser incluido en la Lista del Patrimonio Mundial. Bajo el calentamiento global actual, se cree que los suelos de turba están involucrados en un proceso de autorrefuerzo (retroalimentación positiva) de aumento de la emisión de gases de efecto invernadero (metano y dióxido de carbono) y aumento de la temperatura,una afirmación que todavía está en debate cuando se reemplaza a escala de campo e incluye el crecimiento de plantas estimulado.

La geofagia es la práctica de comer sustancias similares al suelo. Tanto los animales como los humanos ocasionalmente consumen suelo con fines medicinales, recreativos o religiosos. Se ha demostrado que algunos monos consumen tierra junto con su alimento preferido (follaje de árboles y frutos) para aliviar la toxicidad de los taninos.

Los suelos filtran y purifican el agua y afectan su química. El agua de lluvia y el agua acumulada de estanques, lagos y ríos se filtran a través de los horizontes del suelo y los estratos rocosos superiores, convirtiéndose así en agua subterránea. Las plagas (virus) y los contaminantes, como los contaminantes orgánicos persistentes (pesticidas clorados, bifenilos policlorados), los aceites (hidrocarburos), los metales pesados ​​(plomo, zinc, cadmio) y el exceso de nutrientes (nitratos, sulfatos, fosfatos) son filtrados por el suelo. Los organismos del suelo los metabolizan o inmovilizan en su biomasa y necromasa, incorporándolos así al humus estable. La integridad física del suelo también es un requisito previo para evitar deslizamientos de tierra en paisajes accidentados.

Degradación

La degradación de la tierra se refiere a un proceso natural o inducido por el hombre que deteriora la capacidad de la tierra para funcionar. La degradación del suelo implica acidificación, contaminación, desertificación, erosión o salinización.

Acidificación

La acidificación del suelo es beneficiosa en el caso de suelos alcalinos, pero degrada la tierra cuando disminuye la productividad de los cultivos, la actividad biológica del suelo y aumenta la vulnerabilidad del suelo a la contaminación y la erosión. Los suelos son inicialmente ácidos y permanecen así cuando sus materiales originales son bajos en cationes básicos (calcio, magnesio, potasio y sodio). En materiales parentales más ricos en minerales meteorizables, la acidificación ocurre cuando los cationes básicos son lixiviados del perfil del suelo por la lluvia o exportados por la cosecha de cultivos forestales o agrícolas. La acidificación del suelo se acelera por el uso de fertilizantes nitrogenados formadores de ácido y por los efectos de la precipitación ácida. La deforestación es otra causa de la acidificación del suelo, mediada por una mayor lixiviación de los nutrientes del suelo en ausencia de copas de los árboles.

Contaminación

La contaminación del suelo en niveles bajos a menudo está dentro de la capacidad del suelo para tratar y asimilar material de desecho. La biota del suelo puede tratar los residuos transformándolos, principalmente a través de la actividad enzimática microbiana. La materia orgánica del suelo y los minerales del suelo pueden adsorber el material de desecho y disminuir su toxicidad, aunque cuando están en forma coloidal pueden transportar los contaminantes adsorbidos a ambientes subterráneos.Muchos procesos de tratamiento de residuos se basan en esta capacidad natural de biorremediación. Exceder la capacidad de tratamiento puede dañar la biota del suelo y limitar la función del suelo. Los suelos abandonados ocurren cuando la contaminación industrial u otra actividad de desarrollo daña el suelo a tal grado que la tierra no puede usarse de manera segura o productiva. La remediación de suelos abandonados utiliza principios de geología, física, química y biología para degradar, atenuar, aislar o eliminar los contaminantes del suelo para restaurar las funciones y los valores del suelo. Las técnicas incluyen lixiviación, aspersión de aire, acondicionadores de suelo, fitorremediación, biorremediación y Atenuación Natural Monitoreada (MNA). Un ejemplo de contaminación difusa con contaminantes es la acumulación de cobre en viñedos y huertas a los que se aplican repetidamente fungicidas, incluso en agricultura ecológica.

Las microfibras de los textiles sintéticos son otro tipo de contaminación plástica del suelo, el 100 % de las muestras de suelo agrícola del suroeste de China contenían partículas de plástico, el 92 % de las cuales eran microfibras. Las fuentes de microfibras probablemente incluían cuerdas o cordeles, así como agua de riego en la que se había lavado la ropa.

La aplicación de biosólidos de lodos de depuradora y compost puede introducir microplásticos en los suelos. Esto se suma a la carga de microplásticos de otras fuentes (por ejemplo, la atmósfera). Aproximadamente la mitad de los lodos de depuradora en Europa y América del Norte se aplican a tierras agrícolas. En Europa se ha estimado que por cada millón de habitantes se añaden cada año entre 113 y 770 toneladas de microplásticos a los suelos agrícolas.

Desertificación

La desertificación es un proceso ambiental de degradación de los ecosistemas en regiones áridas y semiáridas, a menudo causado por actividades humanas mal adaptadas, como el pastoreo excesivo o la recolección excesiva de leña. Es un error común pensar que la sequía provoca la desertificación. Las sequías son comunes en las tierras áridas y semiáridas. Las tierras bien manejadas pueden recuperarse de la sequía cuando regresan las lluvias. Las herramientas de manejo del suelo incluyen mantener los niveles de nutrientes y materia orgánica del suelo, reducir la labranza y aumentar la cobertura. Estas prácticas ayudan a controlar la erosión y mantener la productividad durante los períodos en que hay disponibilidad de humedad. Sin embargo, el abuso continuo de la tierra durante las sequías aumenta la degradación de la tierra. El aumento de la población y la presión del ganado sobre las tierras marginales acelera la desertificación.Ahora se cuestiona si el calentamiento climático actual favorecerá o desfavorecerá la desertificación, con informes contradictorios sobre las tendencias de precipitaciones previstas asociadas con el aumento de la temperatura y fuertes discrepancias entre regiones, incluso en el mismo país.

Erosión

La erosión del suelo es causada por el agua, el viento, el hielo y el movimiento en respuesta a la gravedad. Más de un tipo de erosión puede ocurrir simultáneamente. La erosión se distingue de la meteorización, ya que la erosión también transporta el suelo erosionado lejos de su lugar de origen (el suelo en tránsito puede describirse como sedimento). La erosión es un proceso natural intrínseco, pero en muchos lugares aumenta considerablemente por la actividad humana, especialmente las prácticas inadecuadas de uso de la tierra.Estos incluyen actividades agrícolas que dejan el suelo desnudo durante épocas de fuertes lluvias o vientos fuertes, pastoreo excesivo, deforestación y actividades de construcción inadecuadas. Una gestión mejorada puede limitar la erosión. Las técnicas de conservación del suelo que se emplean incluyen cambios en el uso de la tierra (como el reemplazo de cultivos propensos a la erosión con pasto u otras plantas que aglutinan el suelo), cambios en el momento o tipo de operaciones agrícolas, construcción de terrazas, uso de materiales de cobertura que suprimen la erosión ( incluyendo cultivos de cobertura y otras plantas), limitando la perturbación durante la construcción y evitando la construcción durante períodos propensos a la erosión y en lugares propensos a la erosión, como pendientes pronunciadas.Históricamente, uno de los mejores ejemplos de erosión del suelo a gran escala debido a prácticas inadecuadas de uso de la tierra es la erosión eólica (la llamada cuenca de polvo) que arruinó las praderas estadounidenses y canadienses durante la década de 1930, cuando los agricultores inmigrantes, alentados por el gobierno federal de ambos países, se asentaron y convirtieron la pradera original de pasto corto en cultivos agrícolas y ganadería.

En China, en el curso medio del río Amarillo y en el curso superior del río Yangtze, se produce un problema grave y prolongado de erosión hídrica. Desde el río Amarillo, más de 1600 millones de toneladas de sedimentos fluyen cada año hacia el océano. El sedimento se origina principalmente de la erosión hídrica (erosión de barrancos) en la región de la meseta de Loess en el noroeste de China.

La tubería del suelo es una forma particular de erosión del suelo que ocurre debajo de la superficie del suelo. Provoca la falla de diques y presas, así como la formación de sumideros. El flujo turbulento remueve el suelo comenzando en la boca del flujo de filtración y la erosión del subsuelo avanza gradiente arriba. El término ebullición de arena se usa para describir la apariencia del extremo de descarga de una tubería de desagüe activa.

Salinización

La salinización del suelo es la acumulación de sales libres hasta tal punto que conduce a la degradación del valor agrícola de los suelos y la vegetación. Las consecuencias incluyen daños por corrosión, reducción del crecimiento de las plantas, erosión debido a la pérdida de la cubierta vegetal y la estructura del suelo, y problemas de calidad del agua debido a la sedimentación. La salinización se produce debido a una combinación de procesos naturales y provocados por el hombre. Las condiciones áridas favorecen la acumulación de sal. Esto es especialmente evidente cuando el material original del suelo es salino. El riego de tierras áridas es especialmente problemático.Toda el agua de riego tiene algún nivel de salinidad. El riego, especialmente cuando involucra fugas de canales y riego excesivo en el campo, a menudo eleva el nivel freático subyacente. La salinización rápida ocurre cuando la superficie de la tierra está dentro de la franja capilar de agua subterránea salina. El control de la salinidad del suelo implica el control del nivel freático y el lavado con niveles más altos de agua aplicada en combinación con drenaje de baldosas u otra forma de drenaje subterráneo.

Recuperación

Los suelos que contienen altos niveles de arcillas particulares con altas propiedades de hinchamiento, como las esmectitas, suelen ser muy fértiles. Por ejemplo, los arrozales ricos en esmectita de las llanuras centrales de Tailandia se encuentran entre los más productivos del mundo. Sin embargo, el uso excesivo de fertilizantes nitrogenados minerales y pesticidas en la producción intensiva de arroz de regadío ha puesto en peligro estos suelos, obligando a los agricultores a implementar prácticas integradas basadas en los Principios Operativos de Reducción de Costos (CROP).

Sin embargo, muchos agricultores en áreas tropicales luchan por retener la materia orgánica y la arcilla en los suelos que trabajan. En años recientes, por ejemplo, la productividad ha disminuido y la erosión del suelo ha aumentado en los suelos bajos en arcilla del norte de Tailandia, luego del abandono de la agricultura itinerante por un uso de la tierra más permanente.Los agricultores respondieron inicialmente agregando materia orgánica y arcilla del material de los montículos de termitas, pero esto era insostenible a largo plazo debido a la rarefacción de los montículos de termitas. Los científicos experimentaron agregando bentonita, una de las arcillas de la familia de las esmectitas, al suelo. En pruebas de campo, realizadas por científicos del Instituto Internacional de Gestión del Agua en cooperación con la Universidad Khon Kaen y agricultores locales, esto tuvo el efecto de ayudar a retener agua y nutrientes. Complementar la práctica habitual del agricultor con una sola aplicación de 200 kg de bentonita por rai (6,26 rai = 1 hectárea) dio como resultado un aumento medio del rendimiento del 73 %. Otros estudios mostraron que la aplicación de bentonita a suelos arenosos degradados redujo el riesgo de malas cosechas durante los años de sequía.

En 2008, tres años después de las pruebas iniciales, los científicos del IWMI realizaron una encuesta entre 250 agricultores en el noreste de Tailandia, la mitad de los cuales habían aplicado bentonita a sus campos. La mejora promedio para quienes usaron la adición de arcilla fue un 18 % más alta que para quienes no usaron arcilla. El uso de la arcilla permitió a algunos agricultores cambiar al cultivo de hortalizas, que necesitan un suelo más fértil. Esto ayudó a aumentar sus ingresos. Los investigadores estimaron que 200 agricultores en el noreste de Tailandia y 400 en Camboya habían adoptado el uso de arcillas, y que a otros 20 000 agricultores se les presentó la nueva técnica.

Si el suelo tiene demasiado contenido de arcilla o sales (p. ej., suelo sódico salino), la adición de yeso, arena de río lavada y materia orgánica (p. ej., desechos sólidos municipales) equilibrará la composición.

Agregar materia orgánica, como madera astillada ramial o compost, al suelo que tiene pocos nutrientes y demasiado alto en arena aumentará su calidad y mejorará la producción.

Debe hacerse una mención especial al uso del carbón vegetal, y más generalmente del biocarbón, para mejorar los suelos tropicales pobres en nutrientes, un proceso basado en la mayor fertilidad de las Tierras Oscuras Amazónicas precolombinas antropogénicas, también llamadas Terra Preta de Índio, debido a interesantes características físicas. y propiedades químicas del carbono negro del suelo como fuente de humus estable. Sin embargo, la aplicación incontrolada de productos de desecho carbonizados de todo tipo puede poner en peligro la vida del suelo y la salud humana.

Historia de los estudios e investigaciones.

La historia del estudio del suelo está íntimamente ligada a la urgente necesidad de los humanos de proveerse de alimento y forraje para sus animales. A lo largo de la historia, las civilizaciones han prosperado o decaído en función de la disponibilidad y productividad de sus suelos.

Estudios de fertilidad del suelo

Al historiador griego Jenofonte (450-355 a. C.) se le atribuye ser el primero en exponer los méritos de los cultivos de estiércol verde: "Pero luego, cualquier maleza que esté sobre el suelo, al convertirse en tierra, enriquece el suelo tanto como el estiércol. "

La agricultura de Columella, alrededor del año 60 d. C., abogó por el uso de la cal y que el trébol y la alfalfa (abono verde) deberían ser desechados, y fue utilizado por 15 generaciones (450 años) bajo el Imperio Romano hasta su colapso. Desde la caída de Roma hasta la Revolución Francesa, el conocimiento del suelo y la agricultura se transmitió de padres a hijos y, como resultado, los rendimientos de los cultivos fueron bajos. Durante la Edad Media europea, el manual de Yahya Ibn al-'Awwam, con su énfasis en la irrigación, guió a la gente del norte de África, España y Medio Oriente; una traducción de esta obra finalmente se llevó al suroeste de los Estados Unidos cuando estaba bajo la influencia española.Olivier de Serres, considerado el padre de la agronomía francesa, fue el primero en sugerir el abandono del barbecho y su sustitución por prados de siega dentro de las rotaciones de cultivos, y destacó la importancia del suelo (el terruño francés) en la gestión de los viñedos. Su famoso libro Le Théâtre d'Agriculture et mesnage des champs contribuyó al surgimiento de la agricultura moderna y sostenible y al colapso de viejas prácticas agrícolas como la enmienda del suelo para los cultivos mediante el levantamiento de la basura forestal y el assarting, que arruinó los suelos del oeste. Europa durante la Edad Media e incluso más tarde según las regiones.

Los experimentos sobre lo que hizo que las plantas crecieran primero llevaron a la idea de que las cenizas que quedaban cuando se quemaba la materia vegetal eran el elemento esencial, pero pasaron por alto el papel del nitrógeno, que no queda en el suelo después de la combustión, una creencia que prevaleció hasta el siglo XIX.. Aproximadamente en 1635, el químico flamenco Jan Baptist van Helmont pensó que había demostrado que el agua era el elemento esencial de su famoso experimento de cinco años con un sauce que crecía con solo la adición de agua de lluvia. Su conclusión provino del hecho de que el aumento en el peso de la planta aparentemente se había producido solo por la adición de agua, sin reducción en el peso del suelo. John Woodward ( f. 1728) experimentó con varios tipos de agua, desde limpia hasta fangosa, y encontró que el agua fangosa era la mejor, por lo que concluyó que la materia terrestre era el elemento esencial. Otros concluyeron que era el humus del suelo el que transmitía algo de esencia a la planta en crecimiento. Aún otros sostenían que el principio de crecimiento vital era algo que pasaba de las plantas o animales muertos a las nuevas plantas. A principios del siglo XVIII, Jethro Tull demostró que era beneficioso cultivar (revolver) el suelo, pero su opinión de que el remover hacía que las partes finas del suelo estuvieran disponibles para la absorción de las plantas era errónea.

A medida que se desarrolló la química, se aplicó a la investigación de la fertilidad del suelo. El químico francés Antoine Lavoisier demostró alrededor de 1778 que las plantas y los animales deben quemar oxígeno internamente para vivir y pudo deducir que la mayor parte del peso de 165 libras (75 kg) del sauce de van Helmont se deriva del aire. Fue el agrónomo francés Jean-Baptiste Boussingault quien mediante la experimentación obtuvo evidencias que demostraban que las principales fuentes de carbono, hidrógeno y oxígeno para las plantas eran el aire y el agua, mientras que el nitrógeno se tomaba del suelo. Justus von Liebig en su libro Química orgánica en sus aplicaciones a la agricultura y la fisiología(publicado en 1840), afirmó que los productos químicos en las plantas deben haber venido del suelo y el aire y que para mantener la fertilidad del suelo, los minerales usados ​​deben ser reemplazados. Sin embargo, Liebig creía que el nitrógeno procedía del aire. El enriquecimiento del suelo con guano por parte de los incas fue redescubierto en 1802 por Alexander von Humboldt. Esto condujo a su extracción y la del nitrato chileno y a su aplicación al suelo en Estados Unidos y Europa después de 1840.

El trabajo de Liebig supuso una revolución para la agricultura, por lo que otros investigadores comenzaron a experimentar a partir de él. En Inglaterra John Bennet Lawes y Joseph Henry Gilbert trabajaron en la Estación Experimental de Rothamsted, fundada por el primero, y (re)descubrieron que las plantas tomaban nitrógeno del suelo, y que las sales necesitaban estar en un estado disponible para ser absorbidas por las plantas. Sus investigaciones también produjeron el superfosfato, que consiste en el tratamiento ácido de la roca fosfórica. Esto condujo a la invención y uso de sales de potasio (K) y nitrógeno (N) como fertilizantes. El amoníaco generado por la producción de coque se recuperó y utilizó como fertilizante.Finalmente, se comprendió la base química de los nutrientes entregados al suelo en el estiércol y, a mediados del siglo XIX, se aplicaron fertilizantes químicos. Sin embargo, la interacción dinámica del suelo y sus formas de vida aún esperaba ser descubierta.

En 1856, J. Thomas Way descubrió que el amoníaco contenido en los fertilizantes se transformaba en nitratos, y veinte años más tarde Robert Warington demostró que esta transformación la realizaban los organismos vivos. En 1890 Sergei Winogradsky anunció que había encontrado la bacteria responsable de esta transformación.

Se sabía que ciertas leguminosas podían tomar nitrógeno del aire y fijarlo en el suelo, pero fue necesario el desarrollo de la bacteriología hacia fines del siglo XIX para comprender el papel que desempeñan las bacterias en la fijación de nitrógeno. La simbiosis de bacterias y raíces de leguminosas, y la fijación de nitrógeno por parte de las bacterias, fueron descubiertas simultáneamente por el agrónomo alemán Hermann Hellriegel y el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck.

La rotación de cultivos, la mecanización, los fertilizantes químicos y naturales llevaron a duplicar la producción de trigo en Europa occidental entre 1800 y 1900.

Estudios de formación de suelos.

Los científicos que estudiaron el suelo en relación con las prácticas agrícolas lo habían considerado principalmente como un sustrato estático. Sin embargo, el suelo es el resultado de la evolución a partir de materiales geológicos más antiguos, bajo la acción de procesos bióticos y abióticos. Después de que comenzaron los estudios de mejora del suelo, otros investigadores comenzaron a estudiar la génesis del suelo y, como resultado, también los tipos y clasificaciones del suelo.

En 1860, en Mississippi, Eugene W. Hilgard (1833–1916) estudió la relación entre el material rocoso, el clima, la vegetación y el tipo de suelo que se desarrollaba. Se dio cuenta de que los suelos eran dinámicos y consideró la clasificación de los tipos de suelo. Desafortunadamente, su trabajo no continuó. Casi al mismo tiempo, Friedrich Albert Fallou estaba describiendo los perfiles del suelo y relacionando las características del suelo con su formación como parte de su trabajo profesional evaluando tierras forestales y agrícolas para el principado de Sajonia. Su libro de 1857, Anfangsgründe der Bodenkunde (Primeros principios de la ciencia del suelo) estableció la ciencia del suelo moderna.Contemporáneo del trabajo de Fallou, e impulsado por la misma necesidad de evaluar con precisión la tierra para una tributación equitativa, Vasily Dokuchaev dirigió un equipo de científicos del suelo en Rusia que realizó un estudio exhaustivo de los suelos, observando que tipos básicos de rocas, clima y vegetación similares conducen a condiciones similares. capas y tipos de suelos, y estableció los conceptos para las clasificaciones de suelos. Debido a las barreras del idioma, el trabajo de este equipo no se comunicó a Europa occidental hasta 1914 a través de una publicación en alemán de Konstantin Glinka, miembro del equipo ruso.

Curtis F. Marbut, influenciado por el trabajo del equipo ruso, tradujo la publicación de Glinka al inglés y, cuando fue puesto a cargo del Estudio Cooperativo Nacional de Suelos de EE. UU., la aplicó a un sistema nacional de clasificación de suelos.