Estudio de la dinámica de la solución del suelo con el uso de

Estudio de la dinámica de las bases en la solución del suelo con el uso de
clinoptilolita-Ca como corrector de la acidez en un suelo bonaerense
MILLÁN, Guillermo1, Florencia AGOSTO2, Mabel VAZQUEZ1, Lia BOTTO2, Luciano
LOMBARDI1, Luciano JUAN1
1
Cátedra de Edafología, Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales, UNLP. Calle 60 y 119
(1900), La Plata. [email protected]
2
Cátedra de Química Inorgánica, Facultad de Ciencias Exactas, UNLP. Calle 47 y 115
(1900), La Plata. [email protected]
RESUMEN:
El objetivo de este trabajo es analizar la dinámica de las bases en los líquidos lixiviados en un ensayo
de incubación en macetas en el que se utilizó clinoptilolita-Ca y un corrector de uso tradicional como
la caliza (CaCO3). Para tal fin se condujo un ensayo de incubación con suelo de dichos materiales
-1
correctores en macetas Se colocaron dosis equivalentes a 0, 800, 1200 y 1600 kg de Ca ha
mezcladas con los 5cm superficiales. Se realizó un ensayo en bloques al azar con arreglo factorial y 3
repeticiones. El suelo utilizado provenía de los 20cm superficiales de un Hapludol típico. Se
realizaron 4 lixiviados semanales con agua destilada en una cantidad equivalente al 150% de su
capacidad de campo. Se observó que los tratamientos con clinoptilolita-Ca produjeron aumentos de
pH por debajo de los tratados con CaCO3. Los tratamientos con clinoptilolita-Ca presentaron
concentraciones mas altas en el primer lixiviado, pero dichas concentraciones se equilibraron con los
tratados con CaCO3 al final del ensayo. Estos resultados permiten concluir que la incorporación de
clinoptilolita-Ca no aumento en forma significativa la concentración del Ca en la solución edáfica, en
relación a la utilización de un corrector de uso tradicional como el CaCO3. La relación entre el calcio
aplicado y el que se midió en los lixiviados a lo largo del ensayo fue muy baja (menores al 1%) y
similar para los dos correctores analizados. La clinoptilolita-Ca produjo aumentos de pH inferiores a
los alcanzados con la utilización de CaCO3 para todas las dosis analizadas en el presente ensayo.
Palabras Claves: zeolitas, acidez del suelo, calcita
INTRODUCCIÓN:
Las zeolitas son un grupo de minerales (aluminosilicatos) cuya característica principal es la de formar
una estructura tridimensional de canales nanométricos estables. Su unidad estructural son tetraedros
de Si, que al ser sustituidos de forma isomórfica por Al, le permiten obtener una alta capacidad de
intercambio catiónico. En la actualidad las zeolitas son utilizadas en el ámbito agropecuario como
sustrato en producciones hortícolas (cultivos zeopónicos) y como vehículo o acompañante en
fertilizaciones nitrogenadas con el objetivo de disminuir las perdidas por volatilización y/o lixiviación,
reduciendo el impacto ambiental de dicha practica (Allen et al, 1996; Babaririck y Pirela, 1984;
Postnikov et al, 1996). Dentro de este grupo de minerales, que comprende unas 50 especies, la
clinoptilolita es la más abundante en la naturaleza, existiendo importantes yacimientos en nuestro
país(Shalamuk et al, 1983). La clinoptilolita se encuentra principalmente en forma de clinoptilolita
sódica, potasita o cálcica en relación directa con el predominio de cada catión en el sitio de su
génesis. Posee una alta capacidad de intercambio catiónico, del orden de los 200 cmolc Kg y la
propiedad de hidratarse y deshidratarse en forma reversible (Inglesakis et al, 2004). Asimismo
presenta una selectividad iónica diferente a la de las arcillas presentes en los suelos, definida
fundamentalmente por el diámetro de sus canales internos (de 3 a 10 nm), presentando una mayor
+
+
+
+2
afinidad por los iones monovalentes como el K , NH4 y Na , que por los divalentes como el Ca y
+2
Mg . Aunque ha sido ampliamente estudiado su uso en relación a la fertilización nitrogenada y
fosforada, no ha sido muy difundido el estudio de las clinoptilolitas naturales como correctores y/o
fertilizantes básicos.
En la Pradera Pampeana la acidificación del suelo es una problemática actual (Vivas, 2004; González
y Gambaudo, 2004; Vázquez, 2005) producida por diversos procesos naturales y antrópicos.
Teniendo en cuenta que los materiales frecuentemente utilizados como correctores, caliza (CaCO3) y
dolomita (CaCO3/MgCO3), presentan una muy baja solubilidad y la eficiencia de su empleo disminuye
al ser aplicados en superficie, como ocurre en planteos de siembra directa.
En base a lo expuesto, se plantea como hipótesis que el uso de clinoptilolita-Ca naturales como
corrector de la acidez del suelo modificaría la dinámica de las bases en la solución del suelo. El
objetivo de este trabajo fue evaluar en el corto plazo la dinámica de las bases en la solución del
suelo, en un ensayo de incubación en macetas, mediante el análisis de los líquidos lixiviados en un
suelo bonaerense clasificado como Hapludol típico tratado en superficie con CaCO3 y ClinoptilolitaCa.
MATERIALES Y MÉTODOS:
Características y acondicionamiento de la clinoptilolita:
Las clinoptilolitas utilizadas en el ensayo provienen de un yacimiento localizado en la provincia de La
Rioja, Argentina. Son de origen vulcanoclástico, clasificadas como clinoptilolitas cálcicas. En la Tabla
1 se detallan sus propiedades químicas.
Tabla 1. Análisis químico de la clinoptilolita Riojana
Componentes
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
Na2O
K2O
P2O5
CIC
(Capacidad
intercambio catiónico)
de
Unidades
%
%
%
%
%
%
%
%
-1
[cmolc kg ]
61,8
13,2
1,51
4,73
0,89
0,94
1,34
0,06
175
La misma fue molida y tamizada para obtener partículas con una granulometría comprendida
entre 1 y 2 mm.
Naturaleza del suelo, muestreo y procesamiento
El suelo utilizado en el ensayo fue extraído de los primeros 20 cm del horizonte superficial de un
Hapludol Típico del partido de Lincoln, Buenos Aires, Argentina. Pertenece a la Pradera Pampeana,
subregión Pampa Arenosa. El suelo se secó al aire y luego fue molido y tamizado por 2 mm. En la
Tabla 2 se detalla su análisis fisicoquímico.
Tabla 2. Análisis fisicoquímico del suelo
Determinación
pH 1:2,5
CE
CIC
+2
Ca intercambiable
+2
Mg intercambiable
+
Na intercambiable
+
K intercambiable
MO (Walkley-Black)
N
Relación C/N
P (Bray-Kurtz Nº1)
Clase textural
Arena
Limo
Arcilla
Retención Hídrica
0,03 MPa
1,5 MPa
Unidades
-1
[dSm.m ]
-1
[cmolc.kg ]
-1
[cmolc.kg ]
-1
[cmolc.kg ]
-1
[cmolc.kg ]
-1
[cmolc.kg ]
-1
[mg.kg ]
%
-1
5,6
0,8
15,2
10,2
1,5
0,5
1,8
34
0,19
10,5
19,0
[mg.kg ]
Franco arenoso
%
53,0
%
31,0
%
16,0
%
%
25
9
Las determinaciones mencionadas se llevaron a cabo mediante metodología descripta en el Sistema
de Apoyo Metodológico a los Laboratorios de Análisis (SAMLA) (SAGPyA 2004), desarrollados por la
Secretaría de Agricultura, Ganadería y Pesca de la Nación y la Asociación Argentina de la Ciencia del
Suelo.
Ensayo de incubación
Se realizó un ensayo en invernáculo conducido a través de un diseño estadístico en bloques al azar,
con 3 repeticiones de cada tratamiento y arreglo factorial. Los factores fueron dosis de Ca y tipo de
corrector. Las unidades experimentales fueron macetas de 300 g de suelo. Los tratamientos
realizados y su designación se exponen en la Tabla 3.
Tabla 3. Detalle de los tratamientos
Ca aplicado
Caliza
Clinoptilolita-Ca
-1
(kg ha ) *
0
T
1
1
800
Ca 800 (250)
Cli Ca 800 (3700)
1
1
1200
Ca 1200 (375)
Cli Ca 1200 (5550)
1
1
1600
Ca 1600 (500)
Cli Ca 1600 (7400)
* Dosis equivalente de Ca por hectárea.
1
Entre paréntesis figura la masa de corrector aplicada por maceta, en mg
Se realizó la aplicación superficial de los correctores, mezclándolos con los 5 cm superiores del suelo.
El CaCO3 utilizado fue droga pura pulverulenta. Se efectuó un riego para llevar el contenido de
humedad al 90 % de capacidad de campo (0,03 MPa). Se mantuvieron con dicho contenido de
humedad con riegos realizados con agua destilada cada 48 hs durante la duración del ensayo. A los 7
dias de comenzado el ensayo se realizó la primera lixiviación agregando un volumen de agua
destilada equivalente al 150% de capacidad de campo. La lixiviación se repitió semanalmente hasta
completar 4 lixiviaciones.Los lixiviados fueron recogidos en envases plásticos y se determinó Ca y Mg
por absorción atómica y Na y K por fotometría de llama.
Análisis estadístico
La evaluación estadística de los resultados se realizó a través de un análisis de la varianza
paramétrico y comparación múltiple de medias a través del método de la diferencia mínima
significativa (LSD) (Mendenhall et al 1986).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN:
De acuerdo a lo expuesto en la tabla 4, se observa que la lixiviación total de bases en los
tratamientos en que se utilizó clinoptilolita-Ca es significativamente mayor en todas las dosis
aplicadas al compararla con los tratamientos con CaCO3 y testigo. Sin embargo, representan un valor
muy bajo en relación a lo aportado por este corrector, a excepción del Na, el cual es lixiviado casi en
su totalidad o registrando valores superiores a lo aportado en el tratamiento Cli Ca 800. Esto indicaría
que el Ca, Mg y K serían retenidos en los sitios de intercambio de la clinoptilolita y se produciría su
desorción en forma paulatina. La clinoptilolita posee 4 sitios de intercambio, denominados M1, M2,
M3 y M4, diferenciados entre si por el número de tetraedros que conforma los canales internos de su
estructura y que define su diámetro interior. Esto explica que los sitios M1 y M2 sean preferentemente
ocupados por Ca o Na, mientras que M3 es ocupado por K y M4 por Mg (Semmens y Seyfarth, 1978).
Por lo tanto, en una clinoptilolita-Ca es esperable que la mayor concentración cálcica produzca una
liberación rápida del Na, ya que compite por los sitios de adsorción con el Ca. En tanto que K y Mg al
poseer sitios específicos de adsorción y no competir con cationes de alta concentración en el suelo,
posean un mecanismo de liberación regido por el equilibrio dinámico con la solución edáfica.
Asimismo, se registra que a mayor dosis de clinoptilolita aportada por maceta, menor es la relación
entre lo aportado y lo lixiviado, para todos los cationes analizados, lo que estaría indicando que la
expresión de las propiedades de la clinoptilolita aumentaría a medida que disminuye la relación
suelo:clinoptilolita.
Tabla 4. Masa lixiviada de los cationes en el transcurso del ensayo (promedio de las 3 repeticiones).
Tratamiento
Ca [mg]
Mg [mg]
Na [mg]
K [mg]
Total [mg]
testigo
0,82 b
0,92
23,42
1,72
26,88 a
1
Ca 800
0,65 (0,7) a
0,76
21,46
1,64
24,51 a
1
Ca 1200
0,61 (0,4) a
1,00
23,73
1,84
27,19 a
1
Ca 1600
1,25 (0,6) d
1,17
27,10
2,23
31,74 b
1
1
1
1
Z Ca 800
0,62 (0,6) a
0,78 (3,9)
38,72 (149)
1,43 (3,5)
41,56 c
1
1
1
1
Z Ca 1200
0,90 (0,6) c
1,05 (2,6)
48,15 (93)
1,79 (2,2)
51,89 d
1
1
1
1
Z Ca 1600
0,89 (0,4) c
0,90 (1,5)
55,67 (72)
1,86 (1,5)
59,32 e
1
Entre paréntesis figura el porcentaje lixiviado en relación con lo aportado
En los gráficos 1 a 4 se observa que en todos los tratamientos en los que se utilizó clinoptilolita, para
una misma dosis de Ca aplicada, existe una mayor concentración inicial de cationes en los lixiviados,
que para los tratamientos en los que se utilizó CaCO3.
Grafico 1. Concentración de Ca en el líquido lixiviado en el transcurso del ensayo
1,500
Ca (meq l -1)
testigo
Ca 800
1,000
Cli Ca 800
Ca 1200
Cli Ca 1200
0,500
Ca 1600
Cli Ca 1600
0,000
1
2
3
4
Lixiviados
Grafico 2. Concentración de Mg en el líquido lixiviado en el transcurso del ensayo.
2,000
testigo
Mg (meq l -1)
1,500
Ca 800
Cli Ca 800
Ca 1200
1,000
Cli Ca 1200
Ca 1600
0,500
Cli Ca 1600
0,000
1
2
3
4
lixiviados
Grafico 3. Concentración de K en el líquido lixiviado en el transcurso del ensayo.
1,000
testigo
K (meq l -1)
Ca 800
Cli Ca 800
Ca 1200
0,500
Cli Ca 1200
Ca 1600
Cli Ca 1600
0,000
1
2
3
lixiviados
4
Grafico 4. Concentración de Na en el líquido lixiviado en el transcurso del ensayo
2,000
testigo
Na (meq l -1)
1,500
Ca 800
Cli Ca 800
Ca 1200
1,000
Cli Ca 1200
Ca 1600
0,500
Cli Ca 1600
0,000
1
2
3
4
Lixiviados
Dichas diferencias se reducen en el transcurso del ensayo, hasta alcanzar valores similares, a
excepción del Na. Una de las causas de ese desfasaje temporal podría deberse a la baja solubilidad
de la caliza. Al llegar al 4° lixiviado se aprecia que ambos tipos de correctores alcanzan
concentraciones de lixiviación similares.
Si analizamos la relación entre los cationes en los líquidos lixiviados (en meq), como se observa en la
tabla 5, vemos que se manifiesta cierta homogeneidad en todas las relaciones donde el Na no está
involucrado. En las relaciones del Na con los otros cationes se manifiesta un aumento a medida que
aumenta la dosis de clinoptilolita utilizada. Baikova et al (1996) observaron un comportamiento similar
de la concentración de cationes, trabajando con clinoptilolita-K/Na en mezclas en relación
suelo:clinoptilolita 3:1 y 1:1 utilizados como sustrato.
Tabla 5. Relación entre cationes para el lixiviado total (en meq)
Tratamientos
Ca/Mg
Na/Ca
Ca/K
Na/Mg
testigo
0,54
24,79
0,93
13,43
Ca 800
0,53
28,50
0,78
14,98
Ca 1200
0,56
33,63
0,65
12,54
Ca 1600
0,65
18,93
1,09
12,27
Z Ca 800
0,48
54,02
0,85
26,09
Z Ca 1200
0,52
46,75
0,97
24,24
Z Ca 1600
0,61
54,10
0,94
32,84
Mg/K
1,71
1,48
1,74
1,68
1,76
1,88
1,54
Na/K
23,02
22,24
21,87
20,63
46,02
45,54
50,62
La tabla 6 expone el pH al final del ensayo, como puede apreciarse, todos los tratamientos produjeron
un aumento significativo del pH en relación al testigo. En los tratamientos en que se utilizó CaCO3, el
valor de ph aumenta con la dosis aplicada. En tanto cuando se utilizó clinoptilolita-Ca, el valor final de
pH alcanzo valores estadísticamente similares. Se evidencia un menor poder corrector del pH de la
clinoptilolita-Ca en relación a la utilización de caliza. Al incorporar clinoptilolita-Ca se incorpora un
intercambiador saturado de bases. Esto implica un aumento de los sitios de intercambio con la
incorporación de las bases, lo cual disminuye la capacidad de saturar el complejo de intercambio del
suelo.
Tabla 6. pH del suelo al finalizar el ensayo.
Testigo
Ca 800
Ca 1200
pH
5,6 a
6,7 c
6,9 d
Ca1600
7,0 d
Cli Ca 800
6,4 b
Cli Ca 1200
6,4 b
Cli Ca 1600
6,5 b
CONCLUSIONES
- La incorporación de clinoptilolita-Ca no aumento en forma significativa la concentración del Ca en la
solución edáfica, en relación a la utilización de un corrector de uso tradicional como el CaCO3.
- La relación entre el calcio aplicado y el que se midió en los lixiviados a lo largo del ensayo fue muy
baja (menores al 1%) y similar para los dos correctores analizados.
- La clinoptilolita-Ca produjo aumentos de pH inferiores a los alcanzados con la utilización de CaCO3
para todas las dosis analizadas en el presente ensayo.
- Sería conveniente continuar los estudios de estos materiales y analizar la respuesta biológica al uso
de los mismos. Asimismo habría que evaluar su comportamiento a mediano y largo plazo y su
incidencia sobre la lixiviación de bases.
BIBLIOGRAFÍA
- Allen, E. R.; Hossner, L. R.; Ming, D. W.; Henninger, D. L. 1996. Release rates of
phosphorus,
ammonium,
and
potassium
in
clinoptilolite-phosphate
rock
systems
Soil Science Society of America Journal 60(5), 1467-1472
- Babaririck K.A. and H. Pirela. 1984. Agronomic and horticultural uses of Zeolites: review in
W.G.Pond and F.A. Mumptom(Eds), Zeo-agriculture, Westview Press, Boulder, pp 93-103.
-Baikova,S.N.;Semekhina,V.M.1996.Effectiveness of natural zeolite .Kartofel' i Ovoshchi 3:
41-42.
- Gonzalez B. y S. Gambaudo. 2004. Encalado en soja. Experiencia en restitución de calcio,
magnesio y azufre. Fertilizar. www.fertilizar.org.ar.
- Inglezakis V, Loizidou M and H. Grigoropoulou. 2004. Ion exchange studies on natural
and modified zeolites and the concept of exchange site accessibility. Journal of Colloid and Interface
Science. 275, 570-576.
- Mendenhall W., Scheaffer R. and D. Wackerly. 1986. Estadística matemática con
aplicaciones. Ed. Grupo Editorial Iberoamericana, California,USA. pp 751.
- Postnikov, A. V.; Romanov, G. A.; Loboda, B. P.; Zekunov, A. V. 1996. A good substrate
for green crops. Kartofel' i Ovoshchi 5, 21-22.
- Semmens M. and M. Seyfarth.1978. Natural Zeolites: Occurrence, Properties, Use in: L.B.
Sand, F.A. Mumpton, (Eds.), Pergamon Press, New York, Pp. 517.
- Schlamuck I.B., R.R. Fernández y R.O. Etcheverry. 1983. Los yacimientos minerales no
metaliferos y de rocas de aplicación de la región del NOA. Secretaría de minería de la Nación.
Anales XX. Buenos Aires.
- Vazquez M. 2005. Calcio y Magnesio del suelo. Encalado y enyesado. Fertilidad de suelos.
Ed. Echeverria H., Garcia F. INTA, 8: 161-185.