EFECTO DEL CULTIVO SOBRE El PUNTO DE CARGA NETA CERO (PCNC) EN TRES SUELOS ALTAMENTE INTEMPERIZADOS CON APLICACIONES DE CALCIO Y FOSFORO

INTRODUCCION

El comportamiento del suelo está muy influenciado por las propiedades físico-químicas de los componentes coloidales orgánicos e inorgánicos. La cantidad y tipo de estos componentes varía con las condiciones climáticas. En Venezuela, como en otras regiones tropicales, predominan suelos altamente intemperizados , caracterizados por ser ácidos y pobres en nutrimentos. La mayoría de las investigaciones de suelos en países de regiones tropicales tienen como objetivo encontrar la forma de mejorar la productividad de éstos, por corrección de la acidez y promoviendo condiciones favorables para la retención de nutrimentos y la absorción por los cultivos.

Las investigaciones relacionadas con fenómenos de superficie son de gran importancia para la interpretación del comportamiento de los suelos. El estudio del efecto de encalado sobre la liberación de protones (H+) e incremento de carga superficial, y la reversión de esta carga superficial por adsorción de ión fosfato, pueden conducir a un mayor entendimiento del comportamiento de suelos tropicales muy intemperizados, con implicaciones relacionadas con su manejo eficiente.

El objetivo de este estudio fue conocer los efectos de cultivo sobre la capacidad de intercambio de cationes (CIC) obtenida con tratamientos de Ca y P, en suelos altamente intemperizados.

REVISION DE LITERATURA

Punto de Carga Neta Cero (PCNC). La concentración de iones determinantes de potencial y la carga neta superficial son obviamente dependientes del pH, en superficies de potencial constante. Existe un pH, en el cual la densidad de cargas positivas y negativas son iguales y la superficie no tiene carga neta (TINSLEY, 26; KENG y UEHARA, 18; HENDERSHOT, 17 ).

Las propiedades acídicas y básicas de un sólido, las cuales influencian la localización del PCNC, son funciones de variables tales como el tamaño de catión y valencia, el estado de hidratación del sólido y el arreglo geométrico de iones. PARKS (20) señaló que el amplio rango de puntos isoeléctricos en óxidos y hidróxidos se explica por diferencias en el estado de hidratación, pureza y radio del catión. ADAMS ( 1 ) señala que la hidratación, dehidroxilación e incremento en cristalinidad resultan en un incremento en el PCNC. Sin embargo, la presencia de impurezas aniónicas dependientes del pH disminuyen el PCNC. También, estructuras o compuestos que intercambian iones y que tienen una carga estructural intrínseca, pueden desviar el PCNC fuera del valor calculado, en una cantidad variable. Una densidad de carga positiva puede mover el PCNC en la dirección básica, mientras que la carga negativa movería el PCNC en la dirección ácida (PARKS, 21).

La presencia de óxidos de Fe y Al tiende a incrementar el PCNC del suelo hacia valores de pH más altos. Dichos óxidos han sido señalados como responsables de una gran porción de la carga positiva desarrollada por aquellos suelos que presentan altos contenidos de estos óxidos ( SUMNER y DAVITZ, 9 ).

La presencia de minerales arcilla, con cargas estructurales negativas o permanentes, tienden a desviar el PCNC hacia valores de pH más bajos (VAN RAIJ y PEECH, 27).

Efectos de Adsorción Específica sobre el PCNC. Cuando la adsorción específica de cationes o aniones ocurre al PCNC, el pH se mueve hacia valores más altos y más bajos respectivamente (BREEUWSMA, 7).

La adsorción específica de iones diferentes de especies determinantes de potencial, como H+ y OH- está relacionada a las diferencias en el PCNC entre suelos y dentro de perfiles (ADAMS, 1).

La adsorción específica de aniones produce una superficie negativa que bajo otras condiciones permanecería cargada positivamente. Aniones, tales como PO 3-4 los cuales son deshidratados y específicamente adsorbidos por óxidos férricos, se considera que forman una nueva capa determinante de potencial, por reacciones de intercambio de este anión con OH- o H2O estructural en la primera capa de coordinación (ATKINSON, et al., 4).

Capacidad de Intercambio de Cationes ( CIC)

Efecto del pH. Las variaciones en la CIC producidas por cambios en el pH del suelo, ha sido lógicamente llamada CIC dependiente del pH. Las fracciones del suelo que contribuyen a ésta, se han reportado como la materia orgánica y arcillas, las cuales contienen componentes no cristalizados o filosilicatos expansibles con hidroxy-Al entre las láminas (FIsKE~L y ZE~AzNY. 11). Los cationes son retenidos en estos sistemas debido a las cargas negativas resultantes de la ionización de grupos OH-, unidos a Si y Al de tetraedros rotas y posiciones octaédricas, y de grupos funcionales de la materia orgánica (WIKLANDER, 29).

FISKELL y ZELAZNY ( 11 ) estudiaron los efectos del pH sobre la CIC de suelos seleccionados. El incremento en la CIC con el pH del suelo fue atribuido predominantemente al incremento en cargas dependientes del pH, características de la materia orgánica. FISKELL et al. (12), en el suelo león, arena fina de Florida, encontraron un incremento casi lineal de su CIC al aumentar el pH. HELLING et al. (15) encontraron que el incremento promedio de la CIC, de la fracción orgánica de la parte superficial de 60 suelos de Wisconsin, estaba correlacionada con la materia orgánica del suelo.

Efectos de Adsorción de Fósforo. Es conocido que la CIC de los suelos se incrementa al tratarlos con fosfato (SAWHNEY, 25). Este incremento ha sido atribuído al reemplazo de los iones OH por los iones fosfatos en la superficie de los minerales de arcilla y sesquióxidos. Recientemente se ha demostrado que la adsorción de aniones sobre sesquióxidos, con superficie de potencial constante, desvía el PCNC a un pH más bajo (BREEUWSMA, 7), requiriendo así más cationes para balancear la carga negativa adicional, producida por adsorción específica de aniones. Similarmente, la adsorción de fosfato causó gran incremento en la CIC de suelos tropicales rices en sesquióxidos (MEKARU y UEHARA, 19 ).

La adsorción específica de aniones sobre sesquióxidos, involucra no sólo el reemplazo de iones hidróxidos, sine también de moléculas de agua en coordinación octaédrica sobre las superficies de los óxidos (SAWHNEY, 25). Así, el pH del suelo se reduce más cuando una porción de los hidróxidos de la superficie son hidrogenados para formar moléculas de agua, y el reemplazo de las moléculas de agua por un anión incrementa la CIC.

SAWHNEY (25) encontró que al incrementar la adsorción de fosfato también lo hacía la CIC. El atribuyó esto al reemplazo de moléculas de agua coordinadas octoédricamente sobre la superficie de los sesquióxidos a pH 5, mientras que a valores de pH más altos, este incremento fue originado por el reemplazo de iones hidróxidos.

Respuestas del cultivo a encalado y aplicación de P

BLUE (6) señaló que una de las consideraciones más importantes en la nutrición de cultivos, en Ultisoles y Oxisoles muy intemperizados, es la deficiencia de P. También señaló que estos suelos tienen relativamente alto capacidad de retención de P, por lo tanto, el uso eficiente de este elemento es importante.

Los efectos del fósforo y encalado sobre los cultivos ha recibido amplia atención. Recientemente han sido usadas las isotermas de adsorción de fosfatos como un criterio en aplicaciones de fósforo a suelos tropicales, con alto capacidad de adsorción de fosfato. FOX y KAMPRATH (13) encontraron que los efectos de grandes aplicaciones de fosfato a suelos con alto capacidad de adsorción de fosfato, se evidenció en las isotermas de adsorción de fosfato 10 años más tarde. Estos mismos autores también usaron las curves de adsorción como una base para fertilizar suelos en experimentos de potes. REEVE y SUMNER (23) concluyeron que el amplio espectro de habilidades del suelo para fijar P, indican que las recomendaciones de fertilizantes, basadas sobre determinaciones directas de la cantidad de P requerida para elevar el status de un suelo a nivel deseable, tienden a ser más precisas que aquellas basadas en un estimado de la cantidad de P disponible en el suelo, por sí misma.

Por otro lado, se ha encontrado que el encalado reduce la máxima adsorción de fósforo en Ultisoles, por reducción del aluminio intercambiable (WOODRUFF y KAMPRATH, citado por BLUE, 6 ). Sin embargo, AMARASIRI y OLSEN (3) encontraron que un suelo encalado tuvo una mayor capacidad de adsorción máxima de P que un suelo no encalado.

EVANS y KAMPRATH (10) reportan que el encalado incrementó el crecimiento de maíz sobre suelos minerales, cuando la saturación de Al fue mayor del 70%, y en la soya, cuando fue mayor del 30%. Según REEVE y SUMNER (24) el rendimiento de Trudan (Sorghum sudanensis), se incrementó con aplicaciones de cal y fósforo. Ellos concluyeron que fue debido a la reducción de toxicidad del aluminio y al mejoramiento de l a disponibilidad del fósforo .

MATERIALES Y METODOS

Para este estudio se seleccionaron tres suelos, incluyendo un Typic Paleustult (Guanipa 1), un Arenic Psamentic Haplustox (Guanipa 5 ), del Estado Anzoátegui, y un Haplargid (El Potrero), del Estado Lara.

Las muestras fueron colectadas en sitios no cultivados, tomándose los primeros 30 cm de suelo. Fueron secadas al aire y pasadas por tamiz de 4 mm para el experimento de invernadero.

Propiedades físicas, químicas y mineralógicas. En el Cuadro 1 se muestran algunas características de los suelos incluidos en el estudio. La distribución del tamaño de partículas se hizo por el método de la pipeta, y carbón orgánico por el método de combustión húmeda K2Cr4O7 - H2SO4 de WAEKEEY y BEACK (28), modificado.

Se utilizó la difracción de rayos X para identificar los componentes cristalinos de los coloides inorgánicos, analizándose en un difractómetro de rayos X (Phillips 1120-96) con radiación de cobalto y trabajando de 2 a 50° - 2 q

El aluminio intercambiable se extrajo con solución 1N de KCI y se determinó en el extracto por absorción atómica. La CIC de los suelos fue determinada por saturación con 1N-NH40Ac lavando con C2H5OH, intercambiando el NH4 retenido con NaCl 1N y determinándolo por Microkjedahl (BREMNER, 8 ). El extracto de saturación con NH4OAc fue analizado para Na, K, Ca y Mg. La CIC también fue determinada usando el modelo de STERN para doble capa y valores de PCNC.

El análisis del PCNC se basó en la premisa de que en este punto la fuerza iónica no tiene efecto sobre el potencial. El procedimiento básico usado fue el señalado por ADAMS (1), excepto que sólo dos concentraciones de NaCl (1,0 y 0,001 N) fueron añadidas. Después de equilibradas, el pH de la solución fue determinado y se comparó con el pH de la misma solución antes de añadir el suelo. De esta diferencia en pH, los miliequivalentes de H+ o OH- adsorbidos por el suelo, fueron determinados y graficados contra pH para cada concentración de la sal. La intersección de los gráficos fue tomada como el PCNC del suelo.

Tratamiento de Cal y Fósforo. El CaCO3 se aplicó en base al contenido de aluminio intercambiable de los suelos, en dosis equivalentes para neutralizar 0-1/2-1 y 2 veces el aluminio. Los requerimientos de fósforo se calcularon a partir de los dates de isotermas de adsorción. Los niveles aplicados a las muestras fueron 0,1/4,1/2 y 1 unidad de la máxima adsorción, calculada según las isotermas de Langmuir (ALEGRIA y ADAMS, 2). En el Cuadro 2 se señalan las dosis de CaCO3 y P que corresponden a los diferentes tratamientos.

Experimento de Invernadero. Las muestras de suelo fueron encaladas con las dosis de CaCO3 señaladas antes. Se incubaron húmedas por 15 días, añadiendo agua destilada para mantenerlas al equivalente de humedad. Después del período de incubación y previamente secas y tamizadas, se les aplicó 4 niveles de fósforo según se indicó anteriormente .

Los suelos fueron de nuevo ajustados con agua al equivalente de humedad e incubados por 3 días. Al cabo de este período, y una vez secas las muestras, se muestreó para determinar el pH.

Cantidades de los suelos Guanipa 1, Guanipa 5 y El Potrero se colocaron en potes metálicos, de 1 kg de capacidad, en condiciones de invernadero. Todos los potes recibieron fertilización uniforme con N, K, Mg. Se sembró sorgo granero (Sorghum bicolor), híbrido Cheguaramas 3, utilizando 18 semillas/pote para dejar 12 plantas/pote al momento de entresaque.

El diseño experimental fue completamente al azar con un arreglo factorial de 2 factores (Ca y P), utilizando cuatro dosis de cada uno con tres repeticiones. Las plantas se cosecharon a los 18 días después de sembradas. Después de la cosecha los suelos fueron secados al aire y pasados por tamiz de 2 mm y se analizaron para el PCNC y el pH. El material de plantas fue secado a 60° y pesado para determinar rendimiento en materia seca.

Análisis Estadísticos. Análisis de variancia fueron realizados para los datos de experimentos de invernadero, usando el procedimiento de computador GLM (BARR, et al.) en el diseño experimental. También, programas especiales fueron hechos para calcular la carga en la superficie con modelos de STERN y GOUY-CHAPMAN.

RESULTADOS Y DISCUSION

Como se puede apreciar en el Cuadro 1, los suelos seleccionados variaron en contenido de arcilla, materia orgánica, capacidad de intercambio catiónico, bases intercambiables y fuentes de acidez. También, mostraron variaciones en contenido de óxidos de Fe y Al libres, mineralogía de arcillas y PCNC.

CUADRO 1. Características físicas y químicas de los suelos.

CUADRO 2. Dosis de Cal y Fósforo aplicadas con los tratamientos en los tres suelos estudiados.

Se puede ver que las bases intercambiables de estos suelos fueron generalmente bajas. La CIC fue variable y más alto que la CIC efectiva El suelo Guanipa 1, mostró igual CIC que la CICE. Los valores de la CIC fueron debidos a la contribución de materia orgánica y contenido de arcilla en estos suelos. Las cantidades de óxidos de Fe y Al presentes, en adición a la presencia de especies coloidales cristalinas con bajas cargas dependientes del pH, influyen considerablemente sobre las mediciones de la CIC a pH 7,0.

Valores de óxidos de Fe libres variaron de 2,75 a 4,29% y los de Al de 0,93 a 2,90%. Estos valores reflejan el estado de intemperización del suelo.

El contenido de arcilla varió de 4,40 a 50,ó%. En cuanto a la mineralogía de las arcillas, la abundancia de caolinita y cuarzo es indicativo de que el material parental está en su último estado de intemperización. Los suelos oxisoles que representan el extreme de intemperización pedogenética, tienen trazas de alumino-silicatos intergrados. Contienen varios óxidos de Fe y Al (gibsita, hematite, goetita); en algunos casos, Al entre láminas de clorita. El suelo Guanipa 5, representa este orden en este estudio. La intemperización ha sido tan severa que sólo minerales resistentes (cuarzo y corundum), y silicatos laminares altamente resistentes, permanecen.

La fracción arcilla del Ultisol (Guanipa 1) fue dominada por caolinita y filosilicatos intergrados. Este suelo mostró alguna cantidad de Al entre láminas de clorita.

Punto de Carga Neta Cero. Los valores del PCNC para estos suelos variaron de 2,85 a 3,25 (Cuadro 1). El suelo Guanipa 5 mostró el valor más bajo. Estos valores más bajos fueron debidos a la presencia de materia orgánica en los horizontes superficiales; en estos suelos arenosos la influencia de la materia orgánica sobre el PCNC es muy marcada. ADAMS (1) mostró que el estrecho rango del PCNC en suelos de regiones tropicales y templadas, fue debido al aluminio interlaminar y a la materia Orgánica.

Requerimientos de Cal. El suelo El Potrero tuvo la más alto capacidad buffer y requerimiento de cal (Figure 1). Este suelo logró un pH de 5,8 después de aplicar 10 t/ha de CaCO3. El suelo Guanipa 1 tuvo la más baja capacidad buffer, con 1 t/ha de CaCO3 alcanzó un pH de 6,6 y con 2 t/ha, pH 7,3. El suelo Guanipa 5 presentó una tendencia muy parecida al Guanipa 1 por lo que no se presenta en el gráfico. Estos requerimientos fueron como se esperaba, debido a que los suelos difirieron en contenidos de materia orgánica. arcilla y aluminio intercambiable

Incromento en Carga Negativa. El incremento de carga negativa en el suelo con encalado es conocida; ha sido atribuida a la ionización de grupos funcionales de la materia orgánica y grupos OH, unidos a Si y Al de tetraedros rotas y posiciones octaédricas (WIKLANDER, 29). Por otro lado, el incremento en carga negativa con adsorción de P ha sido atribuida al reemplazo de iones hidróxidos por fosfatos, en la superficie de minerales arcilla y sesquióxidos (SAWHNKY, 25). Los efectos de encalado y fósforo en la CIC, junta con el efecto de cultivo en esta "nueva" CIC es discutida en el siguiente parágrafo.

Efectos de Encalado y Fósforo. Los tratamientos fueron seleccionados para determiner los efectos de combinación de P y Ca en la reactividad del suelo, antes y después del cultivo. Se observaron los efectos de los tratamientos en la producción de materia seca de sorgo y, al mismo tiempo, el efecto del cultivo sobre el cambio en pH, PCNC y CIC de los suelos tratados con Ca y P.

Fig. 1. Efectos de aplicaciones de CaCO3 después del período de incubación en los suelos Guanipa-1 y El Potrero.

CUADRO 3. Efecto de tratamiento en propiedades electro - químicas medidas antes de cultivo para el suelo Guanipa 1.

Efectos sobre la Reactividad del Suelo. Los efectos de tratamiento de Ca y P sobre el pH, PCNC y CIC, antes del cultivo, fueron como se esperaba (ZUPAN Y ADAMS, 30) (Cuadros 3, 4 Y 5). Hubo un efecto altamente significante de Ca sobre el incremento de pH, debido a la neutralización del aluminio intercambiable, lo cual es más evidente en el suelo El Potrero debido a que en éste la cantidad de cal aplicada fue mayor. Por otro lade, la adsorción de P en estos suelos disminuyó el PCNC, debido a la neutralización de cargas positivas y a la reversión de cargas por la carga negativa de los aniones fosfatos. Tratamientos con calcio a altos niveles incrementó el PCNC. Esto se debió, probablemente, a la precipitación del fosfato de calcio y también al efecto de Ca sobre el complejo de intercambio. Cationes divalentes adsorbidos específicamente incrementan el PCNC en los coloides con superficie de potencial constante y así, decrece la CIC (BREEWSMA, 7; ADAMS, 1). En estos suelos el efecto combinado del decrecimiento del PCNC e incremento en el pH, conduce a un incremento en la CIC, como se calculó usando el método de VAN RAIJ Y PEECH (27).

El efecto de tratamientos con calcio y fósforo antes del cultivo no fue tan marcado como después del cultivo, quizás debido al más corto tiempo de contacto en el primer case y también a un mejoramiento de las condiciones del suelo causado por el cultivo, lo cual promovió una mejor reacción de estos elementos en el suelo. El efecto de la combinación de niveles de Ca y P, sobre el pH, el PCNC y la distribución de cargas en la superficie, para los suelos seleccionados después del cultivo. fueron calculados usando el procedimiento de VAN RAIJ Y PEECH (27) (Cuadros 6, 7 Y 8).

Las variables examinadas mostraron diferencias entre suelos. Los valores de pH fueron afectados por Ca y P en todos los suelos.

CUADRO 4 . Efecto de tra tamien to en propiedades electro - química medidas antes del cultivo para el suelo Guanipa 5.

CUADRO 5. Efecto de tratamiento en propiedades eléctro - químicas medidas antes del cultivo para el suelo El Potrero.

CUADRO 6. Punto de carga neta cero y pH para tratamientos con Calcio y Fósforo en suelo Guanipa 1, después del cultivo.

CUADRO 7. Punto de carga neta cero y pH para tratamientos con Calcio y Fósforo en suelo Guanipa 5, después del cultivo.

El pH incrementó con las dosis de P. Los valores del PCNC fueron cambiados significativamente por incrementos de P. El PCNC decreció con las dosis de P a bajas dosis de Ca, pero incrementó a altos niveles de Ca.

El efecto de P sobre valores del pH puede haber sido por el intercambio con grupos OH que incrementan el pH (RAJAN, 22). El efecto de P en el PCNC, ha sido atribuído al incremento en carga negativa. El incremento del PCNC, con aplicaciones de fosfato a más altos niveles de Ca, fue probablemente por la precipitación de compuestos de fosfato de calcio.

Efectos sobre el Cultivo. Hubo diferencias significantes entre suelos en el rendimiento de materia seca del sorgo (Cuadros, 9, 10 y 11). En el suelo El Potrero se tuvo más altos rendimientos que Guanipa 1 y Guanipa 5. El último suelo no difirió en su efecto en rendimiento de materia seca. Los tratamientos con Ca no afectaron significativamente el rendimiento de materia seca; pero éstos sí fueron incrementados significativamente por incremento del P aplicado.

CUADRO 8. Punto de caga neta cero y pH para tratamientos con Calcio y Fósforo en suelo El Potrero, después del cultivo.

CUADRO 9. Valores de rendimientos de materia seca de sorgo y capacidad de intercambio de cationes, para tratamientos con Calcio y Fósforo en suelos Guanipa 1, después del cultivo.

CUADRO 10. Valores de rendimiento de materia seca de sordo y capacidad de intercambio de cationes, para tratamiento con Calcio y Fósforo en suelo Guanipa 5, después del cultivo.

CUADRO 11. Valores de rendimiento de materia seca de sorgo y capacidad de intercambio de cationes, para tratamiento con Calcio y Fósforo en suelo El Potrero, después del cultivo.

CUADRO 12. Efecto del cultivo sobre valores de CIC para el suelo Guanipa 1.

CUADRO 13. Efecto del cultivo sobre valores de CIC para el suelo Guanipa 5.

CUADRO 14. Efecto de cultivo sobre valores te CIC para el suelo El Potrero.

CUADRO 15. Cambio en CIC, después de cultivo para los suelos seleccionados,

CONCLUSIONES

RESUMEN

Con la finalidad de determinar el efecto de niveles de cal y fósforo sobre la carga superficial, fueron se lección ad os tres suelos altamente intemperizados de Venezuela. Los suelos fueron Guanipa 1 (Ultisol), Guanipa 5 (Oxisol) y El Potrero (Aridisol). Se sembró sorgo como planta índice, en condiciones de invernadero, para investigar el cambio de la carga superficial en cada suelo tratado con cal y fósforo, después del cultivo. Se utilizó el modelo de doble capa difusa de STERN Y el punto de carga neta cero (PCNC) para calcular la capacidad de intercambio de cationes (CIC) de los suelos, para cada uno de los tratamientos. Los siguientes parámetros fueron determinados: a) punto de carga neta cero de los suelos vírgenes antes y después del cultivo, con tratamientos con cal y fósforo; b) pH antes y después del cultivo; c) conductividad eléctrica después del cultivo; y d) rendimiento en materia seca del cultivo de sorgo. Los resultados mostraron un decrecimiento del PCNC a medida que se incrementa la aplicación de fósforo y cal. Estos cambios fueron estadísticamente significativos. La CIC incrementó debido al efecto combinado de decrecimiento del PCNC e incremento del pH. El contenido de sales, el cual fue indicado por el incremento de conductividad eléctrica, puede haber disminuido e l rendimiento de materia seca de l sorgo en los tratamientos con cal y fósforo.

SUMMARY

BIBLIOGRAFIA