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E L S U E L O
Un sistema heterogéneo y disperso
En un primer acercamiento, la respuesta a esta pregunta depende de las
experiencias personales, sin embargo, el conocimiento de sus propiedades nos
permite dar una respuesta más adecuada a la pregunta. Así desde el punto de
vista de la física de suelos, en general, el suelo es un sistema de gran
complejidad, heterogéneo, disperso y puede ser tetrafásico (sólido, líquido,
gaseoso y coloidal, dependiendo de la proporción y la composición de sus
constituyentes), que muestra gran dinamismo determinado por los efectos que
provocan agentes como la luz solar, la presión, el agua, los componentes
solubles y los organismos. Para fines prácticos, se considera que en un buen
suelo el 50 % corresponde a la fase sólida, del 15 al 35 % a la fase líquida y
del 15 al 35 % a la fase gaseosa. Las variaciones de la composición en las
fases líquida y gaseosa dependen de la cantidad de agua presente.
El suelo es un sistema heterogéneo muy complejo debido a sus múltiples
componentes y a las reacciones físicas, químicas, biológicas y mineralógicas
que ocurren entre ellos, que son las que determinan la productividad del suelo.
Cualquier porción de suelo constituye un sistema heterogéneo compuesto de
materia mineral y orgánica en diferentes proporciones que puede formar
diferentes fases como son: sólida, líquida, gaseosa y coloidal, las que se
presentan dependiendo de la cantidad y tipo de componentes presentes. Las
interrelaciones entre sus fases dependen de sus respectivas propiedades y además
de factores como la temperatura, la luz, la presión, el agua, los solutos y los
organismos.
La fase sólida es la predominante en el suelo y está constituida por los
productos del proceso de intemperización de la roca madre, contiene minerales
(principalmente óxidos de silicio, aluminio y hierro) y materia orgánica
(organismos vivos en gran actividad química y biológica, y organismos muertos
en diferente etapa de descomposición). La parte mineral está formada por partículas
de diferentes tamaños, formas y composiciones químicas.
La fase líquida es una solución acuosa de composición química variable
(constituida por varios componentes químicos solubles en agua) que llena parte
o la totalidad de los espacios (poros) que forman las partículas sólidas de
suelo y es por donde se mueve la solución. La solución acuosa es el medio de
dispersión que envuelve a las partículas individuales de suelo y tiende a
llenar los poros entre las partículas sólidas de suelo. La fase líquida del
suelo está formada por la solución del suelo que proporciona los nutrientes a
las plantas y es el medio en el que se llevan a cabo la mayoría de las
reacciones químicas del suelo.
La fase de vapor o gaseosa está formada principalmente por aire y vapor de
agua, ocupa los poros del suelo que no están ocupados por la fase acuosa y
tiene una composición que puede variar en intervalos de tiempo cortos.
La fase coloidal se presenta dependiendo de la cantidad de arcilla, limo y agua
presentes en el suelo. La fase coloidal puede formar dispersiones o estados de
agregación llamados gránulos. El tamaño de las partículas coloidales varía
entre 10-5 y 10-7 mm de diámetro promedio (su tamaño
es 10 a 100 veces mayor que las moléculas, átomos y iones).
Los fenómenos de superficie que se presentan entre las partículas de suelo
dependen de la naturaleza y propiedades físicas y químicas de la superficie de
las partículas que a su vez dependen de la meteorización y de su composición
química y mineralógica.
El suelo está formado por partículas individuales dispersas o partículas
primarias conocidas como unidades texturales que se encuentran totalmente
dispersas y por partículas secundarias o agregados (grupos de partículas
primarias) conocidas como unidades estructurales. El tamaño de las partículas
varía desde los límites más pequeños de la fase coloidal hasta las
fracciones más grandes de arena y grava. Constituyentes
orgánicos del suelo.
Los principales compuestos orgánicos del suelo son la celulosa, hemicelulosa,
pectinas, almidón, grasas y compuestos de lignina. Las propiedades físicas del
suelo como la estructura, la penetración, la retención del agua y la composición
dependen en gran medida del contenido de materia orgánica, ya que la
descomposición de la materia orgánica produce gomas, resinas y compuestos urónicos
que sirven de agentes que unen a las partículas del suelo para formar
agregados. La materia orgánica, junto con la arcilla, tiene muchas propiedades
coloidales que son valiosas para el suelo, es un regulador coloidal que aglutina
suelos arenosos para formar agregados y afloja a los suelos arcillosos macizos
para que se formen agregados convenientes.
La materia orgánica tiene una gran capacidad de intercambio por lo que
participa en las reacciones químicas de intercambio de aniones y cationes, es
un regulador coloidal que aglutina los suelos arenosos para formar agregados y
afloja los suelos arcillosos macizos formando agregados adecuados. Por lo
general, mejora las características de la retención del agua y, al mismo
tiempo, mejora las condiciones de infiltración y drenaje del suelo. Los suelos
ricos en humus también favorecen las condiciones de aireación y evitan su
compactación, tienden a permanecer sueltos y porosos.
Constituyentes
inorgánicos del suelo.
Las arcillas están constituidas principalmente por minerales cristalinos claros
y diversas cantidades de material no cristalino. Los principales elementos químicos
constituyentes de las arcillas son átomos de silicio, aluminio, hierro,
magnesio, hidrógeno y oxígeno. Las arcillas contienen principalmente los
siguientes componentes: SiO2, Al2O3, Fe2O3,
y H2O y cantidades variables de otros óxidos como: TiO2,
CaO, MgO, MnO, K2O, Na2O y P2O5, más
los grupos hidroxilos. 
Propiedades y textura de los suelos
Entre las propiedades de los suelos se encuentran: el color, distribución del
tamaño de las partículas, consistencia, textura, estructura, porosidad, atmósfera,
humedad, densidad, pH, materia orgánica, capacidad de intercambio iónico,
sales solubles y óxidos amorfos-sílice alúmina y óxidos de hierro libres.
Las propiedades físicas permiten conocer mejor las actividades agrícolas
fundamentales como el laboreo, la fertilización, el drenaje, la irrigación, la
conservación de suelos y agua, así como, el manejo adecuado de los residuos
cosechas. Tanto las propiedades físicas como las químicas, biológicas y
mineralógicas determinan, entre otras, a la productividad de los suelos.
Hay una relación entre el tamaño de las partículas y su superficie específica
(área de las partículas por unidad de masa de material). Muchas propiedades físicas
y químicas del suelo están relacionadas con la superficie específica y su
actividad en la superficie de las partículas. Por ejemplo, un suelo franco
limoso (textura media) tiene una superficie específica de 60 metros
cuadrados/gramo (m2/g). Por lo que una muestra de 50 g de suelo
franco limoso tiene una superficie de 3 000 m2. La distribución del
tamaño de las partículas en el interior de un suelo representa un parámetro
que no cambia dentro del tiempo ordinario y en condiciones normales del
ambiente. Por esto se ha adoptado la distribución de las partículas de un
suelo para caracterizar y clasificar las partículas sólidas del suelo.
El tamaño del área superficial de un material puede influir en las propiedades
físicas y químicas. Los suelos difieren en el área superficial como resultado
de las diferencias de textura, tipos de minerales arcillosos y materia orgánica.
Propiedades tan importantes como la retención del agua y la capacidad de
intercambio iónico dependen de la superficie específica de los suelos.
La densidad aparente varía de acuerdo al estado de agregación del suelo, al
contenido de agua y la proporción del volumen ocupado por los espacios
intersticiales, que existen incluso en suelos compactos. La densidad aparente es
afectada por la porosidad e influye en la elasticidad, conductividad eléctrica,
conductividad térmica, en la capacidad calorífica a volumen constante y en
la dureza.
El valor de la densidad aparente se determina dividiendo la masa en gramos de
una muestra de suelo secada en estufa entre su volumen en mililitros. La colección
de la muestra se debe hacer con cuidado de no alterar la estructura natural del
suelo.
La densidad real de un suelo depende principalmente de la composición y
cantidad de minerales y de la proporción de materia orgánica e inorgánica
que contiene.
La densidad de la parte mineral de un suelo es mayor que la de la materia orgánica
porque contiene cuarzo, feldespato, mica y óxidos de hierro como la magnetita y
la hematita.
La porosidad representa la parte de suelo ocupada por aire y vapor de agua de
una muestra de suelo está dada por la relación del volumen total de los poros
entre el volumen total de la muestra de suelo.
El porcentaje de humedad es igual a 100 x masa de agua entre la masa de suelo
seco.
La capacidad de retención de agua está dada por la relación de la masa del
suelo saturado con agua entre la masa de la muestra de suelo seca.
La capacidad de campo se define como la cantidad de agua que un suelo retiene
contra la gravedad cuando se deja drenar libremente. Textura
La textura de un suelo es la proporción de los tamaños de los grupos de partículas
que lo constituyen y está relacionada con el tamaño de las partículas de los
minerales que lo forman y se refiere a la proporción relativa de los tamaños
de varios grupos de partículas de un suelo. Esta propiedad ayuda a
determinar la facilidad de abastecimiento de los nutrientes, agua y aire que son
fundamentales para la vida de la planta.
Para el estudio de la textura del suelo, éste se considera formado por tres
fases: sólida, líquida y gaseosa. La fase sólida constituye cerca del 50 %
del volumen de la mayor parte de los suelos superficiales y consta de una mezcla
de partículas inorgánicas y orgánicas cuyo tamaño y forma varían
considerablemente. La distribución proporcional de los diferentes tamaños de
partículas minerales determina la textura de un determinado suelo. La textura
del suelo se considera una propiedad básica porque los tamaños de las partículas
minerales y la proporción relativa de los grupos por tamaños varían
considerablemente entre los suelos, pero no se alteran fácilmente en un
determinado suelo.
El procedimiento analítico mediante el que se separan las partículas de una
muestra de suelo se le llama análisis mecánico o granulométrico y consiste en
determinar la distribución de los tamaños de las partículas. Este análisis
proporciona datos de la clasificación, morfología y génesis del suelo, así
como, de las propiedades físicas del suelo como la permeabilidad, retención
del agua, plasticidad, aireación, capacidad de cambio de bases, etc. Todos los
suelos constan de una mezcla de partículas o agrupaciones de partículas de
tamaños similares por lo que se usa su clasificación con base en los límites
de diámetro en milímetros.
Clasificación de las partículas del suelo según el United States Departament
of Agriculture.
Clases
de texturas
Los nombres de las clases de textura se utilizan para identificar grupos de
suelos con mezclas parecidas de partículas minerales. Los suelos minerales
pueden agruparse de manera general en tres clases texturales que son: las
arenas, las margas y las arcillas, y se utiliza una combinación de estos
nombres para indicar los grados intermedios. Por ejemplo, los suelos arenosos
contienen un 70 % o más de partículas de arena, los areno-margosos contiene de
15 a 30 % de limo y arcilla. Los suelos arcillosos contienen más del 40 % de
partículas de arcilla y pueden contener hasta 45 % de arena y hasta 40 % de
limo, y se clasifican como arcillo-arenosos o arcillo-limosos. Los suelos que
contienen suficiente material coloidal para clasificarse como arcillosos, son
por lo general compactos cuando están secos y pegajosos y plásticos cuando están
húmedos. Las texturas margas constan de diversos grupos de partículas de
arena, limo y arcilla y varían desde margo-arenoso hasta los margo-arcillosos.
Sin embargo, aparentan tener proporciones aproximadamente iguales de cada fracción.
Para determinar el tipo de suelo de acuerdo al porcentaje de sus componentes
minerales, es decir, para hacer la clasificación de las texturas se utiliza el
denominado Triángulo de textura de suelos, una vez que se ha determinado
experimentalmente la proporción de las partículas constitutivas de un suelo.
Si observamos que en 1950 había alrededor de 2000 m2 de tierra
laborable por habitante y según datos de 1996 (FAO) ésta se ha reducido a
1200, hay una diferencia importante. Si sabemos que constantemente se toma suelo
de bosques y selvas para convertir en áreas de cultivo, esta reducción de
tierra laborable se puede deber a dos factores principales, el aumento de la
población y el deterioro del suelo.
1.
Cambio climático
Los organismos son el indicador más determinante del cambio de condiciones.
Todos los días desaparecen grupos importantes de organismos debido al cambio de
las condiciones ambientales. La sobreexplotación (caza, pesca, tala, cultivo
intensivo), la intromisión de especies exóticas (fauna, flora, transgénicos)
a ambientes naturales, la pérdida de hábitat por cambio de uso de suelo
(urbanización y la delimitación de parcelas), la contaminación y el
aislamiento que rompe la continuidad entre las poblaciones, son los factores
principales para la pérdida de la biodiversidad.
Composición
de la población (urbana/rural desde 1970 y su proyeccción a 2050 según las
tendencias observadas)
La distribución
de la población en América Latina tiene una marcada tendencia a la concentración
en las zonas urbanas.
La degradación de la tierra en ese mismo período en la zona mesoamericana
donde se puede incluir a México, llegaba al 26% y uno de los principales
factores de deterioro era la degradación química.
En América Latina y el Caribe se perdieron cerca de 5.8 millones de hectáreas
de superficie forestal, lo que llevó a el déficit de -29 que se observa en la
gráfica. Esto es más dramático si consideramos que entre 1980 y 1990 se habían
perdido ya 62 millones de hectáreas.
La dependencia cada vez mayor de los tecnosistemas en la vida cotidiana aumenta
considerablemente el riesgo del deterioro de la biosfera. Factores como los
mencionados tienen un efecto determinante en el suelo. CONTAMINANTES
PELIGROSOS.
Los desechos industriales y los productos de la extracción minera y petrolera
generan una gran parte de los materiales peligrosos que afectan el suelo.
La casa y el medio circundante también es fuente de contaminantes que afectan
el suelo y la salud. Veamos algunos productos.
Otros
factores que deterioran al suelo
Las tabiqueras son otro factor de contaminación y deterioro del suelo
importantes, por una parte los tabiqueros utilizan grandes cantidades de suelo
bueno que pudiera servir para labores agrícolas con lo que provocan la
inmediata erosión de la región que utilizan y por otra parte, contaminan el
aire con las grandes cantidades de humos que producen por el tipo de material de
combustión que utilizan como las llantas de automóviles.
Contaminación por el agua de riego. Las aguas contaminadas hacen que el suelo
pierda sus propiedades vitales modificándole sus cualidades, llegando a hacerlo
peligroso o estéril.
Si las aguas que son utilizadas para regar tierras agrícolas contienen
sustancias contaminantes, o si se realizan prácticas de riego inadecuadas, los
suelos serán contaminados y se afectará su fertilidad. Cuando se utiliza para
regar suelos agrícolas agua con alto contenido se sales los suelos se van
ensalitrando y van perdiendo su fertilidad y la superficie cultivable.
El uso del agua de los drenajes de las grandes ciudades son utilizadas con fines
agrícolas porque contienen una gran cantidad de materia orgánica que mejora
las condiciones de productividad pero esta actividad tiene en contra el
contenido de bacterias patógenas, parásitos y sustancias tóxicas de origen
industrial y doméstico que pueden actuar a corto y a largo plazo contra el
hombre. Estos caudales de aguas negras contienen sustancias tóxicas tanto para
las plantas y para los microorganismos del suelo como para el hombre como son:
fenoles, metales pesados, hidrocarburos, entre otros, así como detergentes sintéticos
que alteran las condiciones de adsorción de las partículas del suelo y además
inhiben el desarrollo de ciertas plantas.
Es importante el desarrollo de una política para que se tomen medidas de
prevención de problemas sanitarios y de la contaminación del suelo, agua y
aire. Cuando se cumplan con los tratamientos primario y secundario de las aguas
residuales que se usan para riego disminuirán en gran medida los problemas que
se producen en el suelo por las aguas que se utilizan para riego agrícola.
La actividad agrícola aporta otro tanto por el uso de excesivas cantidades de
fertilizantes sintéticos, los cuales se utilizan con diferentes fines pesticidas
y plaguicidas y tienen efectos como los que se describen en
plaguicidas.
El ciclo de
vida de un suelo obedece a las reglas de un ecosistema compuesto por una
sustancia mineral inorgánica que sirve de soporte y alimentación a los
vegetales, así como de plantas capaces de producir materia orgánica mediante
la fotosíntesis y que necesitan para su subsistencia sólo aire, agua y
minerales; existen en él animales que consumen vegetales, bacterias y hongos
que descomponen a la materia muerta para incluirla en el ciclo de producción.
El suelo degrada rápidamente la mayoría de los desechos y devuelve los
componentes a sus ciclos naturales, disminuyendo con ello el efecto contaminante
ocasionado por las actividades del humano. El suelo tiene una área superficial
y una actividad catalítica enorme además de un suministro de agua y oxígeno
con los cuales puede desactivar a los contaminantes.
El incremento de la población ha demandado de la aplicación de la tecnología
a la agricultura mediante el uso de nuevos productos químicos que han sido
utilizados, muchas veces, sin las precauciones necesarias y llegan al suelo en
concentraciones excesivas, llegando a ser tóxicos para las plantas, por
ejemplo, la aplicación de fungicidas de cobre.
En el suelo esos productos químicos pueden ser transformados por descomposición
fotoquímica o trasladadas como sólidos por la erosión, o por el agua o
ser disueltos, adsorbidos, degradados o absorbidos por las plantas; por ejemplo,
la eutroficación de aguas por fosfatos. Los arseniatos de los fungicidas son
retenidos por el suelo y ocurre una acumulación biológica.
La movilidad de contaminantes catiónicos en los suelos sigue el orden: Cu
< Pb < Ba < Zn < Cd < Ni < Mg
Los factores que influyen sobre la movilidad catiónica son: la textura, la
superficie específica, el pH y el contenido de sesquióxidos libres en el
suelo.
El estado físico en que se encuentran las sustancias contaminantes tiene gran
efecto sobre su distribución. Los contaminantes sólidos provocan graves daños
en áreas específicas, y los sólidos finos son arrastrados por los ríos,
vientos a grandes distancias hasta donde provocan sus daños. Los contaminantes
líquidos son más móviles, aunque tienen áreas específicas.
Los metales conocidos como contaminantes importantes siguen la serie de
solubilidad: Cd > ó = Zn > Ni > Cu > Pb > Cr
La absorción de los elementos químicos por las plantas es favorecida por su
solubilidad, dependiendo también, de mecanismos de absorción específicos y
del antagonismo con otros metales, por ejemplo, grandes cantidades de calcio
reducen la absorción del estroncio, un componente de los residuos nucleares. La
toxicidad de algunos metales para las plantas depende en mucho del tipo de
vegetal de que se trate de acuerdo a las vías metabólicas a las que afecte.
Ésta se puede manifestar de varias formas:
1. Alteración del balance iónico de la membrana
plasmática lo que ocasiona la salida de iones como el potasio.
La resistencia de las plantas a los metales contaminantes se manifiesta de dos
formas principales: evasión y tolerancia . La evasión es considerada como la
capacidad de la planta para prevenir una captación excesiva, mientras que la
tolerancia se manifiesta como la capacidad para controlar la concentración de
esos metales, en su cuerpo.
La evasión involucra dos tipos de procesos: exclusión y expulsión. En ellos
se manifiesta: impermeabilidad (cambio en el arreglo molecular de la
membrana); captación disminuida (cambios en la capacidad de la membrana para
unir metales con fracciones pectínicas y proteicas) y; precipitación
(aumento en la exudación de sustancias quelantes de metales como ácidos orgánicos,
azúcares, aminoácidos y péptidos). Para llevar a cabo la expulsión, las
plantas incrementan el transporte activo y la volatilización.
La tolerancia se lleva a cabo principalmente por acumulación en forma inocua.
Se pueden producir compuestos que se almacenan como aminoácidos o ácidos como
el cítrico y el málico. También pueden ocurrir alteraciones metabólicas a
nivel enzimático o alteraciones de transporte de sustancias de una a otra región
de la planta, por ejemplo, la restricción de la circulación de compuestos de
la raíz hacia el tallo; de hecho, las vacuolas funcionan como organelos que
restringen por momentos, la circulación de algún compuesto, dentro de la célula.
La presencia de metales como contaminantes pueden producir a las plantas
diferentes alteraciones, tales como:
Los
plaguicidas son contaminantes que deterioran el suelo. Ciertamente los
plaguicidas representan una garantía para el mejoramiento de las cosechas, la
producción de alimentos y la erradicación de epidemias, epizootias y plagas,
pero su mala administración y su empleo excesivo conducen a la degradación del
suelo.
Los detergentes son contaminantes del
suelo y del agua, al ser acarreados por el drenaje provocan espuma y capas de
diferente densidad y constitución químicas que cambian las características de
las aguas y de los suelos, matando microfauna y microflora o favoreciendo su
reproducción en exceso, lo que provoca una disminución del contenido de oxígeno
y la putrefacción masiva de que deteriora al suelo.
Los plaguicidas son todas aquellas sustancias químicas utilizadas para eliminar
o controlar aquellos organismos hostiles al hombre, y se clasifican, por su
composición química, por el tipo de organismo que destruyen, o por características
como: persistencia, toxicidad, tendencia a disolverse en agua o a evaporarse. Su
potencial como contaminante del medio ambiente depende de sus propiedades físicas,
químicas y biológicas.
El primer plaguicida sintético fue el DDT, C14H9Cl5
, diclorodifeniltricloroetano o 2,2-(4,4´-Dicloro-Difenil)-1,1,1-Tricloroetano,
que es un insecticida que durante la Segunda Guerra Mundial se usó para
combatir el paludismo y la tifoidea, al matar al mosquito transmisor, mata
moscas y cucarachas, y muchas plagas de la agricultura. No es biodegradable y se
acumula en el ambiente y en el tejido grasoso causando daños, en especial a
peces y aves. Se ha restringido su uso pero se producen 80 000 toneladas de DDT
a nivel mundial.
Aproximadamente entre el 85 y 90 % de la superficie sembrada con maíz, soya,
algodón, cacahuate y arroz se rocía con herbicidas para controlar la maleza.
La mayoría de los herbicidas no eran selectivos (acababan con la maleza pero dañaban
al cultivo, hasta que descubrieron el ácido 2, 4-diclorofenoxiacético (2,4-D)
terminaba con las hojas gruesas de la maleza, pero permitía que las hojas de
los cultivos, más delgadas, crecieran sin daño y con buenos rendimientos.
Todavía es el más utilizado en el cultivo de trigo. Además se requería sólo
entre 0.6 y 5 kg./hectárea en lugar de más de 500 kg/ha necesarios de
herbicidas inorgánicos, como el clorato de sodio.
A nivel industrial se utilizan unos 40 herbicidas, entre los más utilizados están:
la trifluralina en el algodón, habas, melón, tomate y betabel; la atrazina en
el maíz, la caña de azúcar y la piña; y el fluometurón en el algodón y caña
de azúcar. Una nueva clase de herbicidas se desarrolló
recientemente, que representa una mejor alternativa. Un ejemplo es el GleanTM o
clorsulfurón que es efectivo contra las malezas que crecen entre los cereales
como el trigo, cebada y avena, y se requiere poca cantidad, alrededor de 70
g/ha.
Actualmente, el volumen de desechos sólidos ha aumentado de manera crítica,
por el desmedido consumo de productos que vienen en los llamados envases no
retornables, que proliferan día a día. Aunque la composición de la basura es
heterogénea, sus componentes pueden catalogarse en varios grupos, en relación
con la degradación biológica a que están sujetos. Materia orgánica de fácil
degradación (putrescible) generalmente, formada por restos de alimentos;
materiales de degradación lenta como aceites, huesos, papel, ciertos plásticos,
trapo y varios metales; y otros que no se degradan como el vidrio y la mayoría
de los plásticos.
Hace unas cuantas décadas el progreso estaba asociado al deterioro ambiental. A
nadie escandalizaba que el signo del éxito de las ciudades se representara por
la presencia de múltiples fábricas. Parece que es un signo del hombre dejar
deterioro y basura para mostrar que es poderoso y que tiene éxito.
Por otra parte, un grupo de estudiantes de la UNAM (Colegio de Ciencias y
Humanidades, Plantel Vallejo) observó de manera continua. la cantidad y tipo de
basura que se produce en su propia casa, del promedio de los datos que
obtuvieron obtuvo una composición:
El Gobierno del Distrito Federal reporta que dispone:
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En la forma en que interactúa el desarrollo humano y la biosfera se encuentran
parte de esas razones. Por una parte el aumento constante de la población
mundial, por otra, el desarrollo de cada vez más sofisticada tecnología,
afectan directamente a la biosfera, haciendo más tensa y compleja la
interrelación entre el hombre y la naturaleza.
