CAPACIDAD DE ADSORCION DE SULFATO DE UN SUELO

COD:
CAPACIDAD DE ADSORCION DE SULFATO DE UN SUELO FORESTAL
MEDITERRANEO
Consuelo Quilchano1, Juan F. Gallardo2
1. Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla, España
2. Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca, España
Resumen
En el presente estudio se ha evaluado la capacidad de adsorción de sulfato en un suelo forestal con
vegetación mediterránea. El objetivo del trabajo es conocer la capacidad de adsorción de sulfato en
cada uno de los horizontes del suelo, ya que se trata de un proceso responsable de la retención de este
nutriente esencial (S) en el ecosistema, impidiendo su pérdida por lavado. La lixiviación de sulfato,
además de reducir la fertilidad del suelo y generar problemas de contaminación en los ecosistemas
acuáticos, conlleva asociado el lavado de bases esenciales, principalmente calcio y magnesio.
La capacidad de adsorción de sulfato se analizó añadiendo al suelo cantidades crecientes de sulfato (0,
25, 100, y 300 mg SO42- L-1); una vez alcanzado el equilibrio, se midió el sulfato presente en la
solución del suelo. El sulfato adsorbido se calculó como la diferencia entre el sulfato añadido y el
medido en los extractos después de equilibrarse. El experimento se realizó en cada uno de los
horizontes descritos en el perfil edáfico (Ah, Bw y C), así como en cuatro profundidades definidas en
los 30 cm superiores del perfil (0-2.5, 2.5-10, 10-20, y 20-30 cm). Los valores de sulfato adsorbido se
ajustaron al modelo de adsorción teórico descrito por la ecuación lineal de Temkin. A partir del valor
de la pendiente de esa recta se estimó el coeficiente de capacidad de adsorción de sulfato.
Los resultados encontrados indican que la capacidad de adsorción de sulfato aumenta conforme
aumenta la profundidad, tanto en los 30 cm superficiales como en el perfil edáfico. En los horizontes
Bw y C se alcanza la máxima capacidad de adsorción de sulfato, con valores muy similares en ambos
horizontes. El aumento de la capacidad de adsorción de sulfato con la profundidad puede explicarse
por la mayor presencia de óxidos de Fe y Al en los horizontes subsuperficiales, además de una
disminución gradual de materia orgánica desde el horizonte Ah al Bw, y valores bajos de pH. En
general estos suelos presentan alta capacidad de adsorción de sulfato.
PALABRAS CLAVES: ecosistema mediterráneo, suelo forestal, adsorción de sulfato
COD:
CAPACIDAD DE ADSORCION DE SULFATO DE UN SUELO FORESTAL
MEDITERRANEO
Consuelo Quilchano1, Juan F. Gallardo2
1. Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Sevilla, España
2. Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca, España
INTRODUCCIÓN
El S es un macronutriente esencial para la vegetación, y además confiere resistencia a las plantas
frente a las plagas, agentes patógenos y otras enfermedades (Lambert, 1986). En general no es
considerado un elemento limitante de la producción primaria, aunque en algunos ecosistemas
forestales con bajos aportes de S atmosférico se ha llegado a detectar deficiencias de S (Mitchell y
cols. 1992).
El porcentaje de S inorgánico en el suelo respecto al S total es muy bajo (1-5%, en la mayoría de los
suelos; Bohn y cols. 1986). A pesar de este bajo porcentaje, el S inorgánico del suelo es de vital
importancia ya que incluye las formas disponibles de S para las plantas (en forma de sulfato). El
sulfato soluble en agua es el S fácilmente asimilable por las raíces de las plantas, aunque al
encontrarse en la solución del suelo también es susceptible de ser lixiviado a horizontes más profundos
donde las raíces ya no están presentes o incluso ser eliminado completamente del perfil del suelo (por
drenaje profundo). La lixiviación de sulfato lleva, además, asociado el lavado de otros nutrientes
(cationes esenciales, principalmente el calcio y el magnesio; David y cols. 1991; Mitchell y cols.
1992), reduciendo de este modo la fertilidad del suelo (pérdida de los nutrientes S, Ca y Mg) y
generando un posible problema de contaminación en los ecosistemas acuáticos (eutrofización). El
sulfato adsorbido no se encuentra en la solución del suelo, por lo que está protegido del lavado, pero al
estar en equilibrio con el sulfato soluble se considera una forma potencialmente disponible para las
plantas. Por lo tanto, la adsorción de sulfato constituye un mecanismo de retención de S en el suelo
evitando su lavado a horizontes más profundos o incluso su pérdida irreversible del perfil del suelo. La
capacidad de adsorción de sulfato en un suelo puede regular la aparición de deficiencias de S (Tisdale
y cols. 1986).
Existen estudios de la capacidad de adsorción de sulfato en suelos desarrollados en climas tropicales,
templados y fríos (Singh, 1984), pero todavía existe poca información acerca de la capacidad de
adsorción de sulfato en suelos forestales mediterráneos, que alberguen además un ecosistema natural.
1. Dra. C. Quilchano, Investigadora contratada del C.S.I.C., Instituto de Recursos Naturales y
Agrobiología de Sevilla, España. 2. Dr. J.F. Gallardo, Investigador Científico del C.S.I.C., Instituto
de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca, España.
El objetivo de este trabajo es conocer la capacidad de adsorción de sulfato de los distintos horizontes
de un suelo forestal mediterráneo, ya que se trata de un proceso responsable de la retención de este
nutriente esencial en el ecosistema.
MATERIAL Y MÉTODOS
Las muestras de suelo sobre las que se realizó el presente estudio se recogieron en la parcela
experimental de Navasfrías (40 18' N; 6 50' W) localizada en la vertiente Norte de la Sierra de Gata
(suroeste de la provincia de Salamanca, España). El tipo de suelo es Cambisol húmico (FAO) o Typic
Xerumbrept (Soil Taxonomy) desarrollado sobre pizarras y esquistos. El clima es mediterráneo
subhúmedo. La especie arbórea dominante es Quercus pyrenaica Willd. Una descripción más
detallada de las características de la parcela experimental puede encontrarse en Quilchano y cols.
(1995). En la parcela experimental de Navasfrías (1 ha aproximadamente) se realizó un muestreo
representativo (marzo de 1999) de los 30 cm superficiales diferenciando cuatro profundidades: 0-2.5
cm, 2.5-10 cm, 10-20 cm, y 20-30 cm, incluidas todas ellas en el horizonte Ah. Igualmente, se
recogieron muestras de los tres horizontes (Ah, Bw y C) descritos en el perfil de suelo estudiado en
esta parcela (abril 1996). Los experimentos de adsorción se realizaron sobre la fracción de tierra fina
(< 2mm).
Básicamente las muestras de suelo (5 g) eran equilibradas con 25 ml de K 2SO4 que contenían 0, 25,
100 y 300 mg SO42- L-1, agitando durante 20 h, posteriormente las muestras eran centrifugadas (4000
r.p.m., durante 10 minutos) y filtradas (Whatman nº 42). El SO42- de los extractos se determinó por
cromatografía iónica (Dionex). Se prepararon 4 réplicas para cada concentración de sulfato añadido. El
sulfato adsorbido se calculó como la diferencia entre el sulfato añadido y el medido en los extractos
después de equilibrarse (Neary y cols. 1987). Los valores de sulfato adsorbido se ajustaron al modelo
de adsorción teórico descrito por la ecuación lineal de Temkin:
Y = A + B * log X
donde Y es el sulfato adsorbido (g g-1 suelo), X es el sulfato en la solución del suelo (g ml-1), A y B
son coeficientes de afinidad y capacidad de adsorción, respectivamente. El ajuste a un modelo teórico
permite describir la adsorción de sulfato de un suelo en términos de capacidad y afinidad de adsorción
y su comparación con otros suelos.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La cantidad de sulfato que se adsorbe en el suelo aumenta conforme aumenta la profundidad (en los 30
cm superficiales; Fig. 1). Estos resultados están de acuerdo con los encontrados por Quilchano y
Gallardo (1999), en el mismo horizonte superficial del suelo (30cm), donde el sulfato inorgánico total
aumentaba en profundidad y más del 50% de este S inorgánico se encontraba en forma adsorbida.
300
300
20 - 30 cm
0 - 2.5 cm
Ah
2.5 - 10 cm
250
10 - 20 cm
10 - 20 cm
250
2.5 - 10 cm
200
adsorbido (ug / g)
Ah
150
100
2-
0 - 2.5 cm
SO
4
adsorbido(ug/ g)
100
4
2-
150
SO
Bw
C
20 - 30 cm
200
C
Bw
50
50
0
0
0
100
200
2-
300
400
0
Figura 1. Adsorción de sulfato en los 30 cm
superficiales del suelo.
100
200
300
400
-1
SO4 en solución (ug ml )
24
-1
SO en solución (ug ml )
Figura 2. Adsorción de sulfato en los 3 horizontes del perfil de suelo.
La adsorción de sulfato es mayor cuanto mayor es la concentración del sulfato añadido,
aunque las pendientes de las curvas disminuyen según se incrementa la concentración de sulfato en la
solución del suelo (Fig. 1), es decir, la proporción de sulfato retenido desciende conforme aumenta la
adición del mismo, lo que pone de relieve que la adsorción de sulfato es un proceso dependiente de la
concentración.
Los coeficientes de adsorción de sulfato calculados a partir del ajuste lineal de la ecuación de
Temkin indican que esta capacidad aumenta en los horizontes más profundos (Tabla 1). El aumento de
la capacidad de adsorción de sulfato del suelo puede explicarse por la mayor presencia de
sesquióxidos de Fe y Al en los horizontes subsuperficiales, además de una disminución gradual de
materia orgánica y valores bajos de pH (Menéndez y cols. 1995; Schneider, 1998). Estas
características edáficas favorecen la adsorción de aniones en general. Schneider (1998) constató en
este mismo suelo una capacidad de adsorción de fosfato muy alta.
Tabla 1. Coeficientes de capacidad de adsorción
profundidad
cm
B
R2
0 - 2.5
2.5 - 10
10 - 20
20 - 30
43.5
148.0
202.8
220.5
0.590
0.992
0.999
0.998
de sulfato (B) y los correspondientes coeficientes
de determinación (R2) de la ecuación de Temkin,
en distintas profundidades del suelo (30 cm).
Los resultados referidos a los horizontes morfológicos del perfil del suelo son similares a lo
encontrado para los 30 cm superficiales (Fig. 2), con un aumento de la capacidad de adsorción de
sulfato desde el horizonte Ah al Bw, aunque no se encontraron diferencias entre el horizonte Bw y el
C (Tabla 2). Para todas las profundidades, los incrementos de adsorción de sulfato como respuesta a
los incrementos de sulfato añadido fueron menores (menor pendiente de la curva) que los incrementos
habituales encontrados en podzoles (suelos con una capacidad de adsorción muy alta; Singh, 1984).
Tabla 2. Coeficientes de capacidad de adsorción
de sulfato (B) y los correspondientes coeficientes
de determinación (R2) de la ecuación de Temkin,
en los tres horizontes del perfil de suelo.
horizonte cm
B
R2
Ah
Bw
C
135.2
197.6
196.9
0.998
0.997
0.999
0 - 40
40 - 65
> 65
En general estos suelos presentan alta capacidad de adsorción de sulfato (aunque menor que la
de fosfato), determinada fundamentalmente por valores bajos de pH y la presencia de óxidos de Fe y
Al en el suelo.
LITERATURA CITADA
Bohn, H.L., Barrow, N.J., Rajan, S.S.S., Parfitt, R.L. 1986. Reaction of inorganic sulfur in
soils. En Tabatabai, MA (Eds.) Sulfur in agriculture. SSSA, Madison, Wisconsin, pp:
233-249.
David, M.B., Vance, G.F., Fasth, W.J. 1991. Forest soil response to acid and salt additions of sulphate:
aluminium and base cations. Soil Sci., 151: 208-219.
Lambert, M.J. 1986. Sulfur and nitrogen nutrition and their interactive effects on Dothistroma
infection in Pinus radiata. Can. J. For. Res. 16:1055-62.
Menéndez, I., Moreno, G., Gallardo, J.F., Saavedra, J. 1995. Soil solution composition in forest soils
of Sierra de Gata mountains, Central-western Spain: relationship with soil water content. Arid
Soil Res. Rehab., 9: 495-502.
Mitchell, M.J., David, M.B., Harrison, R.B. 1992. Sulphur dynamics of forest ecosystems. En:
Howarth, R.W., Stewart, J.W.B., Ivanov, M.V. (Eds.), Sulphur cycling on the continents. John
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Neary, A.J., Mistry E., Vanderstar, L. 1987. Sulphate relationships in some Central Ontario forest
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Quilchano, C., Egido, J.A., González, M.I. 1995. Comparative soil study in a Mediterranean
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del Suelo, CLASC-99, Pucón (Chile), pp: 586.
Schneider, K. 1998. P availability in forest soils and its role for the nutrition of Quercus pyrenaica
Willd in the Sierra de Gata, western Spain. Tesis Doctoral. Universidad Hohenheim de
Stuttgart, Alemania.
Singh, B.R. 1984. Sulfate sorption by acid forest soils:1. Sulfate adsorption isotherms and comparison
of different adsorption equations in describing sulfate adsorption. Soil Science 138 (3):189-197.
Tisdale, S.L., Reneau R.B.Jr, Platou J.S. 1986. Atlas of sulfur deficiencies. En Tabatabai, M.A. (Eds.)
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