BLOQUE I METODOS ANALITICOS DE LOS FACTORES MESOLOGICOS DE LA VEGETACION TEMA 3 FACTORES EDAFOLOGICOS. TECNICAS DE DESCRIPCION Y ANALISIS DE SUELOS Bibliografía complementaria: - Duchaufour, Ph. (1984): Edafología. 1. Edafogénesis y clasificación. Pp. 3-68 Ferreras, C.; Fidalgo, C. (1991): Espacios y Sociedades: 6. Biogeografía y edafogeografía. Ed. Síntesis. Madrid. 252 págs. (pp. 33-59/117-186) Lacoste, A.; Salanon, R. (1981): Biogeografía. Oikos Tau. Barcelona. 272. págs. (pp. 89-188) Margalef, R. (1986): Ecología. Omega. Barcelona. 952 págs. (pp. 15-236) Riou, G. (1992): El agua y los suelos en los geosistemas tropicales y mediterráneos. Masson. Paris. 270 págs. (pp. 24-53) Páginas web para la consulta de suelos con fotos de perfiles y su descripción. La última hace referencia a suelos de Andalucía: http://edafologia.ugr.es/atlasoil/indice.html http://edafologia.ugr.es/clasol/csuelo1.htm http://irnas106.irnase.csic.es/catalogo/soils.htm 1. Caracteres físicos del suelo a. La roca madre (estructura de la disposición y litología - silícea, calcárea...) b. La textura del suelo: arenas, arenas finas, limos y arcillas Propiedades físicas: permeabilidad, drenaje y capacidad de campo c. La estructura del suelo: agrupación u ordenación de las partículas dispersas en un horizonte en agregados. Modifica las propiedades físicas que confiere la textura. Un concepto asociado a la estructura es la porosidad, que es la diferencia entre el volumen aparente y el volumen real. La densidad aparente (dap) se define por el peso de la muestra de suelo en seco dividido por el volumen total aparente; y la densidad real (dr) como el peso de la muestra de suelo entre el volumen ocupado tras destruir la estructura. d. Color: indica contenido en materia orgánica, condiciones de drenaje, composición mineral e. Humedad: agua en el suelo en los microporos. Higroscópica: absorbida por las particulas minerales a expensas de la humedad atmosférica. No asimilable por las raíces Capilar no absorbible: ocupa los poros más finos del suelo. Capilar absorbible: poros de tamaño intermedio. Es captada por las raíces De gravitación: agua que llena temporalmente los poros más grandes Según el agua que contiene el suelo puede estar: a) Saturado: macroporos llenos de agua sin aire b) Capacidad de campo: poros llenos de agua y aire. Se ha perdido el agua de gravitación. Cantidad de agua retenida en el suelo en el momento en que cesa el escurrimiento libre y rápido del agua de gravedad por los poros no capilares después de una lluvia saturante c) Capacidad de retención: cantidad máxima de agua retenida en los poros capilares y se corresponde con el agua capilar y el agua higroscópica d) Punto de marchitamiento: límite inferior del agua absorbible por las plantas. Poros vacíos de agua y llenos de aire. Solo agua en microporos La circulación de agua en el suelo es el resultado del balance del potencial gravitacional y el Potencial matricial pF, (succión matricial relacionada con los microporos). Se define como la cantidad de energía que es necesario suministrar a un volumen de agua de 1 cm3 retenida, para vencer dicha retención y pasarla al estado de agua libre gravitacional. (unidades en centímetros de agua por centímetro cuadrado): pF1: 10 cm (agua de saturación) pF2: 100 cm (agua de gravedad) pF2.54: 344/6 cm (capacidad de campo) pF3: 1.000 cm (1 atmósfera) (capacidad de campo) pF4: 104 cm (punto de marchitamiento temporal) pF4.2: 15.849 cm (16 atm.) (punto de marchitamiento permanente) pF5: 105 cm (agua higroscópica) La Capacidad de retención de los suelos depende de la clase textural 1.1. Procesos edafogenéticos Los procesos que rigen la génesis de los suelos son: ELUVIACION: que engloba a la LIXIVIACION que es el transporte de cationes básicos (K+, Na+, Mg++) y LAVADO, con arrastre mecánico. ILUVIACION: que implica la neoformación de arcillas, y el transporte de carbonatos, sulfatos, óxidos e hidróxidos de hierro. Las arcillas son minerales silicatados hidratados o filosilicatos hidratados. Los filosilicatos están conformados por mallas hexagonales de tetraedros dispuestos en hojas o capas. Según la disposición de estas capas dan una estructura cristalina del: Tipo 1:1 (arcillas monosialíticas) una capa de alumina (octaédrica) y otra de silice (tetraedrica) CAOLINITAS Tipo 2:1 (arcillas bisialíticas) dos capas de sílice y una de alumina en medio. Admiten agua y cationes intercambiables ILLITAS VERMICULITAS ESMECTITAS (MONTMORILLONITAS). (degradación por complexolisis). En este tipo la lámina tetraédrica de los sílice pueden ser sustituidos por aluminio y se completa con iones de potasio (K) Así los procesos de alteración tendrán dos fases: a) FASE RAPIDA: bisialitización, que da lugar a arcillas 2:1 por transformación o neoformación b) FASE LENTA: Monosialitización con lavado del 60% de la sílice y el 100% del potasio que da lugar a arcillas 1:1; y la alitización que da lugar a hidróxidos de aluminio, la GIBSITA HIDRÓLISIS: afecta a los silicatos y se produce una sustitución en la red estructural de los silicatos de un catión (Na, K,…) por un ion de igual carga pero de tamaño menor (H+), ocasionando una deformación de la malla estructural del silicato, que puede dar lugar a la perdida de otros cationes más grandes como Ca y Mg. Puede ser: - Hidrólisis neutra: en medios subtropicales no ácidos y ricos en bases. Las illitas pasan a montmorillonitas, como en los suelos fersialíticos y vertisoles. Se elimina parcialmente el K interfoliar de las arcillas. - Hidrólisis parcial: alteración bioquímica que conserva las estructuras cristalina siniciales. Característica de climas templados, y ligada a la acción de la materia orgánica. Afecta a suelos poco evolucionados. Da lugar a procesos de transformación a) Acidolisis: los aniones complejantes se insolubilizan y se biodegradan. Transforma las illitas en vermiculitas al expulsar los iones potasio K interfoliares, que es eliminado totalmente. Medios templados con humus activo (mull ácido) con materia orgánica soluble abundante (hojarasca). b) Complexolisis: compuestos orgánicos complejan el hierro y el aluminio y los extraen. Medios fríos y ácidos con acción de compuestos orgánicos solubles (ácidos oxálico y cítrico, y compuestos fenólicos). Importante en la podzsolización. La illita se transforma en montmorillonitas, sericitas y esmectitas, y puede dar neoformaciones en clima templado generando caolinita. - Hidrólisis total: alteración geoquímica que produce la liberación total de los constituyentes del mineral: sílices, bases. Característica de los climas tropicales: a) En medios neutros bien drenados y sin aniones orgánicos ácidos favorecen la acidificación rápida. Se eliminan las bases y la sílice, dando lugar a caolinita (arcilla de neoformación) que puede evolucionar a gibsita. b) Si están en medios confinados y mal drenados la acidificación es lenta. Produce neoformación de arcillas. Da lugar a arcillas ricas en sílice (montmorilloniotas y esmectitas de los suelos pardos eutróficios y suelos vérticos) Así las arcillas resultantes pueden ser: - arcillas heredadas: con transformación limitada, son las mismas arcillas del material de partida arcillas transformadas: transformación moderada, cambiando el tipo pero conservando la estructura arcillas degradas: transformación importante cambiando el tipo de arcilla y su estructura. HIDRATACION: proceso de absorción de agua por un compuesto mineral. Afecta a rocas minerales con alto contenido en sales. Es un proceso secundario de alteración subsiguiente a la Hidrolisis REDOX: los medios que puede encontrarse un mineral pueden ser reductores (ausencia de oxígeno) u oxidantes (con presencia de oxígeno). El paso de un mineral de estado reducido a oxidado se refleja en aumento de volumen y en un cambio de color: Estado Ferrico Fe+++ - oxidado - color rojo - inmóvil e insoluble Estado ferroso Fe++ - reducido - color gris verdoso-azulado - móvil y solúble Este proceso es regulado por el oxígeno (favorece la oxidación) y la materia orgánica (favorece la reducción porque consume oxígeno) Alteraciones climáticas (Duchaufour, Ph.) p. 21 CLIMA SUELO TIPO DE ALTERACION FORMACIÓN DE ARCILLA BOREAL Podsol Podsol (mor) Pardo (mull) Fersialítico Degradación Solubilización Degradación Solubilización Transformación Nula TEMPLADO Hidrólisis parcial Complexolisis Hidrólisis parcial Complexolisis Hidrólisis parcial Acidolisis Hidrólisis neutra Transformación moderada Hidrólisis total Herencia y transformación limitadas Media (bisialitización) Fuerte (monosialitización) Hidrólisis total Herencia y transformación limitadas Fuerte (bisialitización) Hidrólisis total Herencia y transformación nulas Fuerte (monosialitización, alitización) TRANSFORMACIONES NEOFORMACIONES MEDITERRANEO TROPICAL ECUATORIAL Medio drenado: ferruginoso tropical Medio confinado: vértico Ferralítico Nula Débil Estos procesos dan lugar ala evolucion del suelo organizándose en horizontes: A00 ó L: hojarasca, forna y restos vegetales A0 ó O: rico en materia orgánica, más del 20%. Exclusivamente orgánica A1: mantillo, materia orgánica transformada, mezclada con materia mineral y nos da los suelos hísticos, mólicos, umbricos y ócricos. La mineralización puede ser: a) primaria b) secundaria Según la mineralización podemos tener los siguientes tipos de Humus: MULL: humus elaborado, suelos con actividad biológica intensa. Típico de climas templados. Materia orgánica humificada, sin materia orgánica bruta, de color pardonegro dan estructuras de grumos. Constituye los horizontes A1. Su pH es básico (mull cálcico) en bosques planifolios, o débilmente ácido (mull forestal) en formaciones ricas en gramíneas (pH entre 5,5 a 8,5) MOR: humus bruto, suelos biológicamente poco activos, por condiciones climáticas desfavorables como mucho frío o excesiva pluviosidad, o la presencia de una vegetación acidificante. Es el humus de los bosques resinosos. Su pH es fuertemente ácido (3,5 a 4,5). Constituye horizonte Ao importantes con reducidos A1. MODER: humus intermedio, con un Ao reducifdo por la velocidad de descomposición de materia orgánica que es mediana. Su pH es ácido (4 a 5) TURBAS: humus formados en condiciones anaerobias en medios casi permanentemente saturados en agua. Transformación lenta de la materia orgánica. Se distinguen: Turbas cálcicas (pH 7) en depresiones alimentadas por aguas freáticas, ricas en sales minerales. Son turberas bajas con ciperáceas. Turbas ácidas (pH 4) en depresiones sin alimentación de freático, pobres en elementos minerales. Son turberas altas con briofitos. A2 – A3...: horizontes eluviales, exclusivamente minerales. El A3 puede ser una transición A/B. B: horizontes iluviales. El B1 cuando comienza el enrequecimiento, B2 es el típico, y B3 la transición al C. Da las tipologías cámbico, oxico, argílico, natrico (Na), espódico, cálcico, gipsyco, sálico, sulfúrico) C: materisal de partida. C1 si la roca está alteradas y C2 si la roca es compacta 1.2. Regímenes edafogenéticos ALTERACION BIOQUIMICA Empardecimiento: en presencia de ácidos orgánicos los minerales primarios como las micas se alteran transformándose en arcillas y liberan bases y hierro, lo cual favorece la floculación de arcillas y la formación de agregados estables arcillas-humus-hierro que dan al suelo el color pardo característico. Es un proceso rápido e incompleto quedando los feldespatos sin alterar. Es típico de la zona templada pero puede ser la fase inicial en la zona tropical. ALTERACION GEOQUIMICA En ausencia de compuestos orgánicos la alteración por hidrólisis neutra es más lenta que la hidrólisis ácida pero más intensa a largo plazo. a. Fersialitización: alteración incompleta, aunque mas avanzada que en el empardecimiento, pero produce una alteración a largo plazo de los minerales primarios. La proporción de hierro libre-hierro total es superior al 50%. Por desecación y en ausencia de materia orgánica el hierro tiende a cristalizar en forma de hematina, lo que da un proceso de rubefacción. Dominan las arcillas 2/1 dando un horizonte argílico b. Ferruginización: fase más avanzada de alteración, sin llegar a ser total. Fuerte acumulación de oxidos de hierro y neoformación de caolitina. c. Ferralitización: alcanza una alteración completa. La neoformación de caolinita puede verse limitada en medios bien drenados por la pérdida de sílice por drenaje. La alúmina liberada no puede recombinarse con la sílice y permanece libre cristalizado como gibsista. PROCESOS DE EMPOBRECIMIENTO Los elementos movilizados no son redistribuidos en el perfil sino que son exportados fuera por drenaje profundo, lateral u oblicuo. El caso más frecuente es el que afecta a los cationes básicos: a) Lixiviación: pérdida de cationes básicos, con acusada desaturación y acidificación del perfil b) Emprobrecimiento en arcillas: combinado con la iluviación de arcillas. Acompaña como proceso secundario a la ferruginización y a la ferralitización. c) Empobrecimiento en sílice: acompaña como proceso secundario a la podzsolización, ferruginización y ferralitización. Los horizontes superiores son de eluviación (horizonte A) y los inferiores de iluviación (horizonte B). Según participe en la iluviación la materia orgánica: f. Podzolización: afecta a la materia orgánica y a los oxidos de hierro y aluminio. El humus tipo mor libera acidos orgánicos que por complexolisis afecta a los minerales silicatados dando lugar a complejo organo-metálicos (quelatos) que imigran en profundidad. El horizonte eluvial queda muy emprobrecido quedando solo granos de cuarzo y su estructura es arenosa y su color ceniciento. g. Lavado de arcillas: arrastre mecánico de arcillas finas que se acumulan en la parte inferior del perfil en forma de revestimientos dando argilanes. El estado hidratado o deshidratado del hierro dan el color del horizonte iluvial, ocre en clima templado y rojo en clima tropical. En clima templado sigue al empardecimiento y en clima calido a la fersialitización. Se forma un A eluvial de textura limosa. PROCESOS DE ACUMULACION Carbonatación y sulfatación: da encostramientos. Formación de un horizonte de carbonato cálcico con diferentes formas: acumulación pulverulenta hasta gruesas costras endurecidas. Interviene fases húmedas para el lavado de carbonatos y fases secas para su precipitación en profundidad. En el caso de suelos sulfatados da costras de yesos. OTROS PROCESOS DE CARÁCTER LOCAL E INTRAZONAL -1- Gleificación: saturación del suelo por una capa de agua sin oxígeno provoca la reducción del hierro. Hay dos tipos: h. Pseudogleyficación: hidromorfismo temporal En la fase de encharcamiento el hierro se moviliza y en la fase seca se oxida y precipita en forma de concreciones i. Gleyficación: el hidromorfismo es permanente. El hierro se reduce totalmente y da el color verdoso característico -2- Salinización: por influencia marina en zonas áridas con drenaje deficiente con presencia de sales clorudadas y sulfatadas. Favorece la dispersión de las arcillas y bajo lluvia en el caso de sales de sodio da lugar a su lavado e iluviación que forma un horizonte B llamado nátrico -3- Vertisolizacion: suelos ricos en arcillas expansivas que sufren grandes cambios de volumen al desecarse y humedecerse. Al abrirse el suelo genera grande y profundas grietas que se rellenan, lo que da lugar a un autovertido del suelo. Hace falta un clima de estacionalidad húmeda contrastada. 1.3. Clasificación Thorp, Baldwin y Kellog (1938,1949). distingue tres órdenes: suelos zonales, intrazonales y azonales, y, en cada uno de ellos, subórdenes y grupos. En esta clasificación se basan las más utilizadas tradicionalmente, como la tablab siguiente. Según su distribución los suelos pueden ser: ZONALES: suelos evolucionados PEDOCLIMAX CLIMATICO Suelos que reflejan la influencia del clima y la vegetación como los controles más importantes. AZONALES: suelos poco evolucionados LITOSOLES Y ALUVIALES Son aquellos que no tienen limites claramente definidos y no están mayormente influenciados por el clima INTRAZONALES: suelos evolucionados en situaciones locales PEDOCLIMAX LOCAL Son aquellos que reflejan la influencia dominante de un factor local sobre el efecto normal del clima y la vegetación. Ej.: los suelos hidromorficos (pantanos) o calcimorficos formados por calcificación. TIPOS DE SUELOS TIPO DE SUELO Características LITOSUELOS Delgados. Influidos por el tipo de roca madre debido a poca evolución temporal o desarrollo en grandes pendientes REGOSOLES Sobre depósitos muy recientes: aluviones, arenas, dunas. RANKER Sobre rocas silíceas (granitos, gneises). Propio de climas fríos de montaña y fuerte pendiente. Suelo ácido pobre en carbonatos. Sin horizonte B RENDSINA Sobre rocas calizas en climas diversos. Poco espesor. Sin horizonte B. Es el equivalente al anterior en terrenos calcáreos. SALINOS Ricos en sales. Climas secos. Escasa vegetación (halófitas). Pobre en humus. GLEY Zonas pantanosas. Horizontes inferiores encharcados en los que se acumula Fe que le da color "gris azulado" TURBERAS Terreno encharcado con abundante vegetación y exceso de materia orgánica. Suelo ácido. Alta latitudes TUNDRA Vegetación escasa. Evolución lenta limitada al período estival. PODSOL Tierras grises o de cenizas. Asociados a bosques de coníferas (taiga). Rico en humus bruto. Suelo ácido y arenoso TIERRA PARDA DE BOSQUE En bosques de caducifolios. Rico en humus. Horizonte B poco desarrollado. MEDITERRÁNEOS Veranos secos. Asociados a bosques de encinas y arbustos. Pobres en humus y arcillosos por descalcificación de calizas. Destacan los suelos rojos mediterráneos o terra rossa. CHERNOZIOM Tierras negras de estepa. Climas continentales. Horizonte A muy desarrollado y rico en humus y óxidos de Fe. Suelos muy fértiles. DESÉRTICOS Poca materia orgánica, por lo que tienen un color claro. Presentan concreciones de carbonatos precipitados a partir de aguas capilares o caliches. LATERITAS Clima ecuatorial, cálido y muy lluvioso. Intensa meterorización química: suelos de gran espesor. Carecen de horizonte A por el lavado intenso. El horizonte B presenta hidróxidos de Fe y Al. Se forma una costra rojiza muy dura. AZONALES Inmaduros o brutos. Horizontes mal desarrollados INTRAZONALES Poco evolucionados. Condicionados por roca madre y mal drenaje Clima frío ZONALES Suelos condicionados por el clima, que ha actuado largo tiempo. Son suelos maduros, muy evolucionados. Latitudes medias Climas templados Latitud intertropical La clasificación del USDA (United States Department of Agriculture) reconoce varios órdenes de suelos, cuyos nombres se forman anteponiendo una partícula descriptiva a la terminación –sol. ORDEN Características ENTISOL Casi nula diferenciación de horizontes; distinciones no climáticas: aluviones, suelos helados, desierto de arena... VERTISOL Suelos ricos en arcilla; generalmente en zonas subhúmedas a áridas, con hidratación y expansión en húmedo y agrietados cuando secos. INCEPTISOL Suelos con débil desarrollo de horizontes; suelos de tundra, suelos volcánicos recientes, zonas recientemente deglaciadas... ARIDISOL Suelos secos (climas áridos); sales, yeso o acumulaciones de carbonatos frecuentes. MOLLISOL Suelos de zonas de pradera en climas templados; horizonte superficial blando; rico en materia orgánica, espeso y oscuro. ALFISOL Suelos con horizonte B arcilloso enriquecido por iluviación; suelos jóvenes, comúnmente bajo bosques de hoja caediza. SPODOSOL Suelos forestales húmedos; frecuentemente bajo coníferas. con un horizonte B enriquecido en hierro y/o en materia orgánica y comúnmente un horizonte A gris-ceniza, lixiviado. ULTISOL Suelos de zonas húmedas templadas a tropicales sobre antiguas superficies intensamente meteorizadas; suelos enriquecidos en arcilla. OXISOL Suelos tropicales y subtropicales, intensamente recientemente horizontes lateríticos y suelos bauxíticos. HISTOSOL Suelos orgánicos. depósitos ogánicos: turba, lignito.... sin distinciones climáticas. meteorizados formándose Clasificaciones de suelos: Clasificación americana (US Soil Taxonomy) pp. 166-171 (Ferreras, C.; Hidalgo, C.) Clasificación de la FAO pp. 171-173 (Ferreras, C.; Hidalgo, C.) 2. Descripciones de perfiles I. Información del sitio de la muestra a) b) c) d) e) f) g) h) número de perfil nombre del suelo clasificación a nivel de generalización amplia Fecha de la observación Autor de la descripción Ubicación Altitud en metros Ámbito geomorfológico: posición fisiográfica ámbito circundante microtopografía (si la hay) i) Pendiente donde el perfil está situado j) Vegetación k) Uso de la tierra l) Características climáticas y bioclimáticas II. a) b) c) d) e) f) g) h) i) Información general del suelo material de partida drenaje condiciones de humedad del suelo profundidad de la capa freática presencia de agua subsuperficial presencia de piedras en la superficie o afloramientos rocosos evidencia de erosión mecánica presencia de sales influencia humana III. Breve descripción general del perfil IV. Descripción de los horizontes a) b) c) d) e) f) g) h) i) j) k) l) m) n) o) p) q) Símbolo del horizonte Profundidad de la parte superior e inferior del horizonte en centímetros Color (en húmedo y en seco) Manchas de color Textura Estructura Consistencia (en mojado, húmedo y seco) Cutanes (películas sobre agregados Cementación Poros Contenido de fragmentos de rocas y minerales Contenido de nódulos minerales Capas endurecidas Contenido de carbonatos Restos de actividad humana Rasgos de origen biológico Contenido de raíces r) Naturaleza del límite con el horizonte subyacente s) pH t) número de la muestra tomada para el análisis Sufijos utilizados: b. Acumulación en forma de concreciones g. Manchas de color por variaciones en la oxidación y reducción r. fuerte reducción como resultado de la influencia de agua subterránea h. acumulación de materia orgánica p. alterado por acción de la labranza k. acumulación de carbonato cálcico (horizonte cálcico, costra carbonatada) n. acumulación de sodio (horizonte nítrico) q. acumulación de sílice s. acumulación por sesquióxidos t. acumulación iluvial de arcillas x. presencia de fragipán y. acumulación de yeso