CICLO DE LAS ROCAS

CICLO DE LAS ROCAS

En la mayoría de los suelos, al estudiar la fase sólida se observa un predominio de los componentes inorgánicos, que tienen su origen en los minerales que constituían la roca o material a partir del cual se ha formado el suelo. Según las modificaciones que han tenido lugar, los minerales resultantes se denominan heredados, transformados o neoformados. Las fracciones granulométricas más gruesas suelen estar formadas por minerales residuales preexistentes y lo mismo suele ocurrir en las fracciones más finas en los suelos desarrollados a partir de rocas sedimentarias en climas semiáridos y áridos.

En la mayoría de los demás suelos, los minerales pueden haber sufrido profundas transformaciones, dando como resultado la reorganización de los productos y la neoformación de especies minerales más estables en las condiciones de medios predominantes, o materiales amorfos, compatibles en el medio considerado.

La formación del suelo se halla integrada en el ciclo de las rocas en la naturaleza que, de forma simplificada, puede representarse:

La naturaleza de las rocas de la corteza terrestre vendrá condicionada por la proporción relativa de los distintos elementos químicos. Los nueve más abundantes son:

Elemento símbolo carga % de todos los iones y átomos % de peso

Oxigeno………

Silicio…………..

Aluminio…….

Hierro…………

Calcio………….

Sodio………….

Potasio……….

Magnesio……

Hidrógeno….. O

Si

Al

Fe

Ca

Na

K

Mg

H O^(2-)

〖Si〗^(4+)

〖Al〗^(3+)

〖Fe〗^(2+) 〖Fe〗^(3+)

〖Ca〗^(2+)

〖Na〗^+

K^+

〖Mg〗^(2+)

H^+

60

20

6

2

2

3

1

2

3 46,6

27,7

8,1

5,0

3,6

2,8

2,6

2,1

La preponderancia del silicio y del oxígeno explica que predominen los silicatos, minerales cuya estructura cristalina se caracteriza por los enlaces covalentes Si-O, que son muy estables. Los minerales petrogénicos, que forman la roca de la corteza terrestre son silicatos en una proporción del orden del 95%.

Interesa destacar que, si bien el esquema del predominio de los minerales silicatados resulta válido para la mayoría de los suelos de zonas templadas, debe ser matizado al hacer referencia a suelos de zonas semiáridas y áridas. En estas condiciones de medio, los componentes inorgánicos mayoritarios de algunos horizontes del suelo pueden ser el carbono cálcico 〖(CaCO〗_(3)) o el yeso 〖(CaSO〗_3* 〖2H〗_(2 ) O) . Contenidos elevados de estos minerales, de hasta un 60% y más, pueden llegar a banalizar el papel de los componentes silicatos, a los que se confiere tradicionalmente un papel decisivo en el comportamiento del suelo. Esta matización se hace cada vez más necesaria, a medida que los suelos de las zonas semiáridas van siendo más estudiados (Herrero, 1991; Poch, 1992; Eswaran y Zi-Tong; 1991; Gomez- Miguel y Nieves, 1978; Porta y Herrer, 1990, Eswara et al, 1981)

En el presente capitulo se estudian los componentes inorgánicos del suelo, partiendo de una revisión de las rocas y de los minerales petrogénicos. Se presta principal atención a los minerales de arcilla en general, y a la mineralogía de suelos de ambiente mediterráneo, semiárido y árido en particular. Se presentan las principales técnicas de estudio.

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Los elementos químicos van pasando sucesivamente por los distintos compartimientos que integran el ecosistema en el que se hallen. Este comportamiento da lugar a un ciclo, cuyas características son específicas para cada elemento y es el resultado de la acción de la biomasa microbiana que afecta a los elementos (biológicos), es decir al C, N, P y S. El concepto del ciclo lleva aparejada la idea de flujo, de tasa de renovación (turnover) y expresa una producción. La intervención de los seres vivos en los ciclos de los distintos elementos en la naturaleza lleva a denominarlos ciclos biogeoquímicos. Cada etapa de un ciclo viene condicionada por la actividad en las restantes, siendo todas ellas función de las características de los componentes y de las condiciones de medio que controlan el flujo. La acumulación de un elemento en un compartimiento dado del suelo puede llevar a provocar que se alcancen niveles de fitotoxicidad, si el elemento se halla en forma asimilable o, por el contrario, ser origen de carencias, si queda inmovilizado. El proceso por el cual la m.o. es descompuesta y renovada de forma continuada se conoce como ciclo, reciclado o turnover. Este concepto puede aplicarse a la m.o. en su conjunto o bien a diferentes fracciones individuales.

En un sistema suelo-planta-atmósfera, la mayoría de los elementos liberados en la mineralización son absorbidos por los microorganismos y las raíces. Entran a formar parte de los tejidos celulares como componentes orgánicos, quedando almacenados e inmovilizados (secuestrados) durante un cierto tiempo de la biomasa. La muerte y posterior degradación de la necromasa libera de nuevo iones inorgánicos, con lo que el ciclo se cierra, en un modelo teórico de ciclo cerrado.

El C es incorporado a la biomasa de las plantas a partir del 〖CO〗_2 atmosférico, por medio de la fotosíntesis, mientras que el N puede ser absorbido del suelo o bien, en algunas plantas, ser fijado biológicamente a partir del N_2 atmosférico.

El ciclo de los distintos elementos solo puede ser cerrado si se contempla el ecosistema terrestre en su conjunto. En los suelos, por el contrario, solo habrá ciclos semicerrados, debido a las perdidas más o menos importantes por lixiviación, erosión y volatilización; o bien ciclos abiertos, como en el caso de un agroecosistema, por ejemplo, en el que las cosechas exportan elementos fuera del sistema en forma de alimentos, fibras, madera u otros productos. El ciclo de nutrientes en un ecosistema se puede desarrollas a partir de un modelo básico como el que de forma simplificada indica las principales vías de entrada y de salida del sistema en el gráfico de la página siguiente.

El tiempo de reciclado (turnover) expresa el tiempo requerido para que tenga lugar el 90% de la descomposición de sustrato (cresser et al., 1993). El turnover puede variar en función de las características de la m.o. según se trate de sustratos fácilmente descomponibles, como la glucosa (3 a 10 días), la celulosa (10-20 días), o la lignina (300 a 5000 días). En una mezcla de productos orgánicos en degradación y con aportes de m.o. fresca, se habla más de tiempo de residencia medio o turnover medio. Los estudios a partir de dataciones con 〖^14〗C han permitido estimar la coexistencia de compuestos de diferentes tiempos de residencia media en la m.o., una muy joven y otra que puede haber permanecido en el suelo incluso miles de años (Becker-Heidmann et al., 1988).

La tasa de renovación anual de la m.o. expresa la cantidad de C que vuelve al suelo cada año. Es función de la zona climática, tipo de vegetación, actividad biológica y uso del suelo. La producción bruta mide la cantidad de C fijado por unidad de tiempo, por una biomasa vegetal:

Producción neta= producción bruta – respiración

Producción primaria: expresa la producción autótrofa, expresada en Mg 〖ha〗^(-1) 〖año〗^(-1)

Productividad del sistema: es la relación porcentual entre la producción y la biomasa responsable de esta producción por unidad de tiempo.

El reciclado, turnover o tiempo de retorno estimados para el m.o. del suelo en diferentes fracciones y tamaños de agregados es (Carter, 2001, Gregorich y Janzen, 1996, Collins et al., 1997, Monreal et al ., 1997):

Tipo de materia orgánica Tasa de reciclado

Tiempo estimado (años)

turnover

m.o. en fracciones:

Mantillo, residuos de cosecha

Biomasa microbiana

Materia macroorgánica

Fracción ligera

Materia orgánica en agregados:

Suelo no agregado

Macroagregados (>250mm)

Microagregados (20-250 mm)

Limo más arcilla (< 20 mm)

0,5-2

0,1-0,4

1-8

1-15

1-7

1-23

3-80

5-1.000

Con un reciclado o turnover rápido, la tasa de mineralización también deberá serlo, por lo que el almacenamiento de m.o. en el suelo será bajo. Por el contrario, un reciclado o turnover lento expresa una mineralización débil, con lo que la m.o se acumulara en el suelo.

Las plantas extraen del suelo mayor cantidad de nitrógeno que de cualquier otro nutriente. En la mayoría de los horizontes de superficie de los sueles, más del 90% del nitrógeno se halla en formas orgánicas (Kelley y Stevenson, 1996), ya sea en la m.o. fresca o en el humus. El nitrógeno desempeña un papel clave en la nutrición de las plantas y en como lo absorben radica una de las controversias entre la agricultura convencional y la agricultura orgánica. Por lo general, en química agrícola se considera que las formas orgánicas no pueden ser directamente absorbidas por las plantas, requiriéndose su mineralización previa.

Cuando se añade N-fertilizante, la eficiencia de la fertilización nitrogenada y las disponibilidades de N para las plantas vendrán afectadas por la importancia de la relación mineralización-inmovilización de N por los microorganismos. Una parte del N-fertilizante aplicado se incorporara a las sustancias

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