Química agrícola: estado iónico de los nutrientes

En esta entrada vamos a profundizar más en la química de los suelos. Es importante conocer como se comportan los nutrientes en el suelo y saber también que los podemos encontrar, en forma de cationes y aniones.

Ionización de las sales: aniones y cationes

Los fertilizantes son sales minerales más o menos solubles, cuya parte soluble, en contacto con el agua, se encuentra disociada en dos iones. En el suelo no hay, pues, sales, sino iones: aniones y cationes.

• Los aniones poseen una o varias cargas de electricidad negativa.

• Los cationes tienen una o varias cargas de electricidad positiva.

Por ejemplo, el nitrato de cal se disocia en dos aniones de nitrato y un catión de calcio, etc.

En la solución del suelo se encuentran, pues, simultáneamente, aniones y cationes que provienen de las sales disueltas.

Los principales cationes y aniones son:

Es importante saber que los cationes (excepción hecha del hidrógeno) corresponden a la parte básica de las sales mientras que los aniones corresponden a la parte ácida de estas sales. Por lo tanto, los fertilizantes tienen por objeto aportar al suelo los dos cationes (amonio y potasio) y los dos aniones (fosfato y nitrato) que más frecuentemente le hacen falta a la planta.

La absorción de los elementos nutritivos por la planta se atribuye a un fenómeno de migración de iones entre dos soportes: el complejo absorbente y las raíces, a través de un medio formado por las soluciones salinas del suelo, que sirve de vehículo, es decir, es un desplazamiento de elementos químicos cargados de electricidad estática con una carga.

Los cationes siempre o casi siempre siempre podrán ser encontrados en el complejo arcillo húmico y estos no se lixiviarán a no ser que se apliquen ciertos productos que pueden provocar su lavado, un ejemplo de esto es el sodio, un catión que provoca problemas en el suelo (suelos salinos, sódicos o salino-sódicos), pero que puede ser fácilmente eliminado mediante lixiviación, empleando enmiendas como el sulfato de calcio o el sulfato de hierro.

Poder absorbente o adsorbente del complejo arcilloso-húmico

Cuando hablamos de poder adsorbente o absorbente hacemos referencia a la propiedad que tiene el complejo arcillo-húmico de retener enérgicamente, en su superficie, ciertos iones de la solución del suelo.

A continuación, explicaremos cada uno de los conceptos por separado.

En primer lugar, la absorción indica más bien el conjunto de los fenómenos que constituyen el poder fijador del suelo, mientras que la adsorción corresponde más exactamente a la propiedad que posee el complejo del suelo de fijar -es decir, retener- en su superficie los iones de la solución.

En realidad, solamente los cationes, de carga positiva, son atraídos por el complejo arcilloso-húmico, que tiene carga eléctrica negativa.

Las partículas coloidales del suelo se comportan lo mismo como receptores que como emisores de cationes. La utilización de los isótopos radiactivos ha permitido darse cuenta de que los cationes -fijados o en solución- se desplazan continuamente en el espacio ocupado por el agua del suelo. La mayor parte de estos cationes queda concentrada en una delgada capa de agua electrizada en la superficie de los gránulos.

Entre los cationes fijados, el hidrógeno es el más enérgicamente retenido; vienen después: el calcio, el magnesio, el amonio, el potasio y, finalmente, el sodio, mal retenido (por suerte esto permite ser lavado fácilmente).

En la mayoría de los suelos, el calcio constituye la mayor parte de los cationes fijados, con un poco de magnesio, potasio, sodio y amonio.

Ningún anión se fija, excepto el anión de fosfato, que aprovecha un puente formado por los cationes de calcio.

Las consecuencias de esta propiedad son de gran importancia para la utilización de los fertilizantes. Por ello:

• Los abonos potásicos suministran al suelo el catión de potasio, que, fijado por el complejo, no es arrastrado por el agua y se difunde con dificultad. Será necesario poner estos fertilizantes en la proximidad de las raíces.

• Lo mismo sucede con los fertilizantes fosfatados que aportan el anión de fosfato, fijado por el complejo.

• Los abonos nitrogenados suministran el nitrógeno, ya sea bajo la forma de catión amonio, que es fijado por el complejo, o bajo la forma del anión de nitrato, que no es retenido por el complejo y puede emigrar libremente por el suelo antes de ser absorbido por la planta o perdido por lixiviación o volatilización.

Cambio de bases entre el complejo y la solución del suelo: capacidad de cambio del suelo

Los cationes utilizables por la planta se encuentran bien en solución en el agua de los poros del suelo, o bien fijados en la superficie del complejo. Pero estos últimos pueden ser cambiados por otros cationes de la solución del suelo. Se dice que los cationes o las bases son cambiables. Así, por ejemplo, si se suministra al suelo cierta cantidad de cloruro de potasio, éste se disocia en aniones de cloruro y cationes de potasio. Los cationes de potasio, van entonces a ocupar sobre el complejo el lugar de los cationes de calcio fijados anteriormente, los cuales pasan de nuevo a la solución.

Como regla general, la fijación de un catión por el complejo viene siempre acompañada por el paso de un catión del complejo a la solución que le rodea, generalmente el calcio: éste es el mecanismo de la acción descalcificadora de los abonos.

Si la cantidad de cationes cambiables presentes en el medio (sobre el complejo y en solución) no alcanzan un nivel suficientemente elevado, los cambios no se desarrollan plenamente. Esto explica que en ciertas tierras muy empobrecidas sea necesaria una aportación previa de grandes cantidades de fertilizantes y enmiendas para permitir a los fertilizantes de mantenimiento más modestos, que se aplicarán posteriormente, consiguiendo de esta forma que actúen de una forma más eficaz.

Cuando se cumple esta última condición, se establece para un mismo catión una especie de equilibrio entre el complejo, por una parte, y la solución del suelo, por otra, que tiende a igualar el contenido en este catión de los dos medios en presencia.

El complejo arcilloso-húmico es la gran reserva de elementos nutritivos para la planta. Este complejo debe ser capaz de fijar el máximo de cationes cambiables ya que actúa como despensa de nuestro nutrientes.

Capacidad de intercambio catiónico

La capacidad de intercambio catiónico (CIC), se puede definir como la capacidad que presenta un suelo para retener y liberar iones positivos, gracias a su contenido en arcillas y materia orgánica.

Debido a que las arcillas presentan elevada carga negativa, aquellos suelos que tengan grandes cantidades de arcillas, tendrán una CIC mayor pero a medida que tiene más materia orgánica ve incrementado su valor por decenas de veces.

Es muy importante tener en cuenta que los milequivalentes no nos indican directamente de una forma clara la cantidad de unidades fertilizantes en el el suelo, sino el volumen ocupado respecto al total por un elemento químico. Para conocer la cantidad en unidades fertilizantes de un nutriente es necesario trabajar con unidades de medida diferentes como las ppm, una unidad de concentración que es equiparable a mg/kg y que nos permite conocer las unidades fertilizantes disponibles en el suelo.

En la imagen inferior podemos ver los tubos falcon empleados para los procesos de análisis que nos permiten identificar la capacidad de intercambio catiónico, en este caso concreto, se trabaja con la extracción de los cationes empleando acetato de amonio y posteriormente, saturación con acetato de sodio.

Suma de Bases: conociendo si los equilibrios son correctos

La suma de bases cambiables (S), es la cantidad de cationes metálicos cambiables fijados sobre el complejo en un momento dado. El valor T-S representa, por tanto, la cantidad de iones de hidrógeno fijados y nos permite identificar la capacidad que tiene el suelo de asimilar más nutrientes.

Se dice que el complejo está saturado cuando todos los iones de hidrógeno libres han sido sustituidos por cationes básicos (calcio, amonio, potasio, etc).

Recuerda que la concentración de cationes y aniones se puede conocer con un simple análisis de suelos, desde Fertibox te invitamos a realizar tus análisis de suelos con nosotros, si eres profesional del sector agrícola contacta con nosotros para obtener precios especiales.

Esperamos que os haya gustado esta entrada, sabemos que resulta muy técnica y por ello iremos ampliando en sucesivas entradas cada uno de los conceptos que se han ido mencionando. Si no te quieres perder ninguna de nuestras entradas y eres un fan de la agricultura no dudes en inscribirte en nuestra newsletter.