La salinidad del suelo es el contenido de sal en el suelo ; El proceso de aumentar el contenido de sal se conoce como salinización . [1] Las sales se producen naturalmente en los suelos y el agua. La salinidad puede ser causada por procesos naturales como la erosión mineral o por la retirada gradual de un océano. También puede ocurrir a través de procesos artificiales como el riego y la sal de carretera .
Suceso natural [ editar ]
Las sales son un componente natural en los suelos y el agua. Los iones responsables de la salinización son: Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ y Cl - .
Como predomina el Na + (sodio), los suelos pueden volverse sódicos . Los suelos sódicos presentan desafíos particulares porque tienden a tener una estructura muy pobre que limita o impide la infiltración y el drenaje del agua .
Como predomina el Na + (sodio), los suelos pueden volverse sódicos . Los suelos sódicos presentan desafíos particulares porque tienden a tener una estructura muy pobre que limita o impide la infiltración y el drenaje del agua .
Durante largos períodos de tiempo, como los minerales del suelo Tiempo y sales de liberación, estas sales son enrojecida o lixiviado fuera del suelo por el agua de drenaje en zonas con precipitación suficiente. Además de la meteorización mineral, las sales también se depositan a través del polvo y la precipitación. En las regiones secas, las sales pueden acumularse y conducir a suelos salinos naturales. Este es el caso, por ejemplo, en grandes partes de Australia . Las prácticas humanas pueden aumentar la salinidad de los suelos mediante la adición de sales en el agua de riego. El manejo adecuado del riego puede evitar la acumulación de sal al proporcionar agua de drenaje adecuada para lixiviar las sales añadidas del suelo. La interrupción de los patrones de drenaje que proporcionan lixiviación también puede provocar la acumulación de sal. Un ejemplo de esto ocurrió en Egiptoen 1970 cuando se construyó la presa alta de Asuán . El cambio en el nivel del agua subterránea antes de la construcción había permitido la erosión del suelo , lo que condujo a una alta concentración de sales en la capa freática. Después de la construcción, el alto nivel continuo de la capa freática condujo a la salinización de la tierra cultivable .
Salinidad de la tierra seca [ editar ]
La salinidad en las tierras secas puede ocurrir cuando la capa freática está entre dos y tres metros de la superficie del suelo. Las sales del agua subterránea se elevan por acción capilar a la superficie del suelo. Esto ocurre cuando el agua subterránea es salina (lo cual es cierto en muchas áreas), y se ve favorecida por las prácticas de uso de la tierra que permiten que ingrese más agua de lluvia al acuífero de la que podría albergar. Por ejemplo, la tala de árboles para la agricultura es una razón importante para la salinidad de las tierras secas en algunas áreas, ya que el enraizamiento profundo de los árboles ha sido reemplazado por el enraizamiento superficial de los cultivos anuales.
Salinidad debido al riego [ editar ]
La salinidad del riego puede ocurrir con el tiempo dondequiera que ocurra el riego, ya que casi toda el agua (incluso la lluvia natural) contiene algunas sales disueltas. [2] Cuando las plantas usan el agua, las sales quedan en el suelo y eventualmente comienzan a acumularse. Dado que la salinidad del suelo hace que sea más difícil para las plantas absorber la humedad del suelo, estas sales deben lixiviarse de la zona de la raíz de la planta mediante la aplicación de agua adicional. Esta agua que excede las necesidades de la planta se llama fracción de lixiviación . La salinidad del agua de riego también se ve incrementada en gran medida por el mal drenaje y el uso de agua salina para el riego de cultivos agrícolas.
La salinidad en las áreas urbanas a menudo resulta de la combinación de procesos de riego y aguas subterráneas. El riego ahora también es común en las ciudades (jardines y áreas de recreación).
Consecuencias de la salinidad [ editar ]
Las consecuencias de la salinidad son
- Efectos perjudiciales sobre el crecimiento y el rendimiento de las plantas.
- Daño a la infraestructura (carreteras, ladrillos, corrosión de tuberías y cables)
- Reducción de la calidad del agua para los usuarios, problemas de sedimentación, aumento de la lixiviación de metales, [3] especialmente cobre, cadmio, manganeso y zinc.
- la erosión del suelo en última instancia, cuando los cultivos se ven muy afectados por las cantidades de sales.
- Se requiere más energía para desalinizar
La salinidad es un importante problema de degradación de la tierra . La salinidad del suelo puede reducirse lixiviando sales solubles del suelo con exceso de agua de riego. El control de la salinidad del suelo implica el control de agua y el enjuague en combinación con el drenaje de baldosas u otra forma de drenaje subterráneo . [4] [5] La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura ofrece un tratamiento integral de la salinidad del suelo . [6]
Tolerancia a la sal de los cultivos [ editar ]
Se pueden tolerar altos niveles de salinidad del suelo si se cultivan plantas tolerantes a la sal. Los cultivos sensibles ya pierden su vigor en suelos ligeramente salinos, la mayoría de los cultivos se ven afectados negativamente por suelos salinos (moderadamente), y solo los cultivos resistentes a la salinidad prosperan en suelos muy salinos. La Universidad de Wyoming [7] y el Gobierno de Alberta [8] informan datos sobre la tolerancia a la sal de las plantas.
Los datos de campo en tierras de regadío, en condiciones de agricultores, son escasos, especialmente en los países en desarrollo. Sin embargo, se han realizado algunas encuestas en fincas en Egipto, [9] India, [10] y Pakistán. [11] Algunos ejemplos se muestran en la siguiente galería, con cultivos ordenados de sensibles a muy tolerantes. [12] [13]
- Gráficos del rendimiento de los cultivos y la salinidad del suelo en los campos de los agricultores ordenados al aumentar la tolerancia a la sal
Regiones afectadas [ editar ]
Del Mapa Mundial de Suelos de la FAO / UNESCO se pueden derivar las siguientes áreas salinizadas. [14]
| Región | Área (10 6 ha) |
|---|---|
| África | 69,5 |
| Cercano y Medio Oriente | 53,1 |
| Asia y Extremo Oriente | 19,5 |
| America latina | 59,4 |
| Australia | 84,7 |
| Norteamérica | 16,0 |
| Europa | 20,7 |
Alcalino o alcalino, los suelos son de arcilla suelos con alto pH (> 8,5), una pobre estructura del suelo y una baja capacidad de infiltración. A menudo tienen una capa calcárea dura a una profundidad de 0.5 a 1 metro. Los suelos alcalinos deben sus propiedades fisicoquímicas desfavorables principalmente a la presencia dominante de carbonato de sodio , que hace que el suelo se hinche [1] y sea difícil de aclarar / asentar. Derivan su nombre del grupo de elementos de metal alcalino , al que pertenece el sodio , y que pueden inducir la basicidad . A veces, estos suelos también se denominan alcalinos.suelos sódicos . también tienen nombres locales como reh, kallal, rakar.
Los suelos alcalinos son básicos , pero no todos los suelos básicos son alcalinos .
Los suelos alcalinos son básicos , pero no todos los suelos básicos son alcalinos .
Causas [ editar ]
Las causas de la alcalinidad del suelo pueden ser naturales o artificiales:
- La causa natural es la presencia de minerales del suelo que producen carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ) y bicarbonato de sodio (NaHCO 3 ) tras la intemperie .
- Las calderas de carbón / plantas de energía, cuando se usa carbón o lignito rico en piedra caliza , producen cenizas que contienen óxido de calcio . El CaO se disuelve fácilmente en agua para formar cal apagada –Ca (OH) 2 –y transportada por el agua de lluvia a los ríos / agua de riego. El proceso de ablandamiento de la cal precipita los iones de Ca y Mg / elimina la dureza en el agua y también convierte los bicarbonatos de sodio en el agua del río en carbonato de sodio. [2] Los carbonatos de sodio (bicarbonato de sodio) reaccionan aún más con el Ca y Mg restantes en el agua para eliminar / precipitar la dureza total . También las sales de sodio solubles en agua presentes en las cenizas mejoran el contenido de sodio en el agua. Lo globalel consumo de carbón es de 7700 millones de toneladas en el año 2011. Por lo tanto, el agua de los ríos está libre de iones de Ca y Mg y Na mejorado por las calderas de carbón.
- Muchas sales de sodio se usan en aplicaciones industriales y domésticas como el carbonato de sodio , bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio), sulfato de sodio , hidróxido de sodio (sosa cáustica), hipoclorito de sodio (polvo blanqueador), etc. en grandes cantidades. Estas sales se producen principalmente a partir de cloruro de sodio (sal común). Todo el sodio en estas sales ingresa al río / agua subterránea durante su proceso de producción o consumo, lo que mejora la sodicidad del agua. El consumo global total de cloruro de sodio es de 270 millones de toneladas en el año 2010. Esto es casi igual a la carga de sal en el poderoso río Amazonas.. El aporte de sales de sodio hecho por el hombre es casi el 7% de la carga total de sal de todos los ríos. El problema de la carga de sal de sodio se agrava aguas abajo de las cuencas fluviales de cultivo intensivo ubicadas en China, India, Egipto, Pakistán, el oeste de Asia, Australia, el oeste de los EE. UU., Etc. debido a la acumulación de sales en el agua restante después de enfrentar varias pérdidas de transpiración y evaporación. [3]
- Otra fuente de adición de sales de sodio hechas por el hombre a los campos agrícolas / masa de tierra está en las proximidades de las torres de enfriamiento húmedo que usan agua de mar para disipar el calor residual generado en varias industrias ubicadas cerca de la costa del mar. Se instalan torres de enfriamiento de gran capacidad en refinerías de petróleo, complejos petroquímicos, plantas de fertilizantes, plantas químicas, centrales nucleares y térmicas, sistemas de climatización centralizados , etc. Las gotas de deriva / finas emitidas por las torres de enfriamiento contienen casi 6% de cloruro de sodio que se depositaría en las zonas cercanas. Este problema se agrava cuando las normas nacionales de control de la contaminación no se imponen o no se implementan para minimizar las emisiones derivadas a la mejor norma industrial para las torres de enfriamiento húmedo a base de agua de mar.[4]
- La causa artificial es la aplicación de agua ablandada en el riego ( agua superficial o subterránea) que contiene una proporción relativamente alta de bicarbonatos de sodio y menos calcio y magnesio. [1]
Problemas agrícolas [ editar ]
Los suelos alcalinos son difíciles de llevar a la producción agrícola. Debido a la baja capacidad de infiltración , el agua de lluvia se estanca fácilmente en el suelo y, en períodos secos, el cultivo es casi imposible sin abundante agua de riego y buen drenaje. La agricultura se limita a los cultivos tolerantes al anegamiento superficial (por ejemplo , arroz , pastos ) y la productividad es baja.
Química [ editar ]
La alcalinidad del suelo está asociada con la presencia de carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ) o bicarbonato de sodio (NaHCO 3 ) en el suelo, [5] ya sea como resultado de la intemperie natural de las partículas del suelo o por el riego y / o inundación. agua.
El carbonato de sodio en agua puede producir dióxido de carbono (CO 2 ), escapando como un gas o absorbida por las algas , y hidróxido de sodio (Na + OH - ), que es alcalina (o más bien básico) y da alta pH valores (pH> 8,5) . [5]
- Notas :
- El agua (H 2 O) se disocia parcialmente en iones H 3 O + ( hidronio ) y OH - ( hidroxilo ). El ion H 3 O + tiene una carga eléctrica positiva (+) y su concentración generalmente se escribe como [H + ]. El ion hidroxilo OH - tiene una carga negativa (-) y su concentración se escribe como [OH - ].
- En agua pura y neutra, a 25 ° C, el producto de solubilidad del agua K w es 10 −14 . Como K w = [H + ] [OH - ], tanto la concentración de iones H 3 O + como OH - son iguales a 10 –7 , concentraciones muy pequeñas.
- En agua neutra, el pH , siendo el logaritmo decimal negativo de la concentración de H 3 O + , es 7. De manera similar, el pOH también es 7. Cada disminución unitaria de pH indica un aumento de diez veces de la concentración de H 3 O + . Del mismo modo, cada unidad de aumento en el pH indica un aumento de diez veces de la OH - concentración.
- En agua con sales disueltas , las concentraciones de los iones H 3 O + y OH - pueden cambiar, pero su suma permanece constante, es decir, 7 + 7 = 14. Por lo tanto, un pH de 7 corresponde a un pOH de 7 y un pH de 9 con un pOH de 5.
- Formalmente se prefiere expresar las concentraciones de iones en términos de actividad química , pero esto apenas afecta el valor del pH.
- El agua con exceso de iones H 3 O + se llama ácido (pH <7 agua="" con="" de="" el="" exceso="" font="" nbsp="" y="">iones OH - se llama alcalina o más bien básica (pH> 7). La humedad del suelo con pH <4 font=""> se llama muy ácida y con pH> 10 muy alcalina (básica).
La reacción entre Na 2 CO 3 y H 2 O se puede representar como sigue:
El ácido carbónico H 2 CO 3 es inestable y produce H 2 O (agua) y CO 2 ( gas dióxido de carbono , que se escapa a la atmósfera). Esto explica la alcalinidad restante (o más bien la basicidad ) en forma de hidróxido de sodio soluble y el alto pH o bajo pOH .
No todo el carbonato de sodio disuelto sufre la reacción química anterior. El carbonato de sodio restante, y por lo tanto la presencia de iones de CO 3 2− , hace que el CaCO 3 (que es solo ligeramente soluble) precipite como carbonato de calcio sólido (piedra caliza), porque el producto de la concentración de CO 3 2 y el Ca 2 + concentración excede el límite permitido. Por lo tanto, los iones de calcio Ca ++ están inmovilizados.
La presencia de iones de Na + abundantes en la solución del suelo y la precipitación de iones de Ca ++ como mineral sólido hace que las partículas de arcilla , que tienen cargas eléctricas negativas a lo largo de sus superficies, adsorban más Na + en la zona de adsorción difusa ( DAZ , ver figura, oficialmente llamada capa doble difusa [6] ) y, a cambio, liberar Ca ++ previamente adsorbido , por lo que su porcentaje de sodio intercambiable ( ESP ) se incrementa como se ilustra en la figura.
Na + es más móvil y tiene una carga eléctrica más pequeña que Ca ++, por lo que el grosor de la DAZ aumenta a medida que hay más sodio. El espesor también está influenciado por la concentración total de iones en la humedad del suelo en el sentido de que las concentraciones más altas hacen que la zona DAZ se reduzca.
Las partículas de arcilla con ESP considerable (> 16), en contacto con la humedad del suelo no salina tienen una zona DAZ expandida y el suelo se hincha ( dispersión ). [6] El fenómeno da como resultado el deterioro de la estructura del suelo , y especialmente la formación de corteza y la compactación de la capa superior. Por lo tanto, se reduce la capacidad de infiltración del suelo y la disponibilidad de agua en el suelo, mientras que aumenta la tala de agua superficial o la escorrentía. La emergencia de las plántulas y la producción de cultivos se ven gravemente afectadas.
- Nota :
- En condiciones salinas, los muchos iones en la solución del suelo contrarrestan la hinchazón del suelo, por lo que los suelos salinos generalmente no tienen propiedades físicas desfavorables. Los suelos alcalinos, en principio, no son salinos ya que el problema de alcalinidad es peor ya que la salinidad es menor.
Los problemas de alcalinidad son más pronunciados en suelos arcillosos que en suelos arcillosos, limosos o arenosos. Los suelos arcillosos que contienen montmorillonita o esmectita (arcillas hinchables) están más sujetos a problemas de alcalinidad que los suelos arcillosos de ilita o caolinita . La razón es que los primeros tipos de arcilla tienen áreas superficiales específicas más grandes (es decir, el área superficial de las partículas del suelo divididas por su volumen) y una mayor capacidad de intercambio catiónico (CEC).
- Nota :
- Ciertos minerales arcillosos con casi un 100% de ESP (es decir, casi totalmente saturados de sodio) se llaman bentonita , que se utiliza en ingeniería civil para colocar cortinas impermeables en el suelo, por ejemplo, debajo de las presas, para evitar la filtración de agua.
La calidad del agua de riego en relación con el riesgo de alcalinidad se expresa mediante los dos índices siguientes:
- La relación de adsorción de sodio (SAR, [5] ) La fórmula para calcular la relación de adsorción de sodio es:
- SAR = [Na + ]√ [Ca ++ / 2 + Mg ++ / 2] = {Na + / 23}√ {Ca ++ / 40 + Mg ++ / 24}
- El carbonato de sodio residual (RSC, meq / l, [5] ): La fórmula para calcular el carbonato de sodio residual es:
RSC = [HCO 3 - + CO 3 = ] - [Ca ++ + Mg ++ ] = {HCO 3 - / 61 + CO 3 = / 30} - {Ca ++ / 20 + Mg ++ / 12} que no debe ser mucho mayor que 1 y preferiblemente menor que 0.5.La expresión anterior reconoce la presencia de bicarbonatos (HCO 3 - ), la forma en que se disuelven la mayoría de los carbonatos.
Al calcular el SAR y el RSC, se debe considerar la calidad del agua presente en la zona de la raíz del cultivo, que tomaría en cuenta el factor de lixiviación en el campo. [7] La presión parcial de CO 2 disuelto en la zona de la raíz de las plantas también decide el calcio presente en forma disuelta en el agua del campo. El USDA sigue el SAR ajustado [8] para calcular la sodicidad del agua.
Mejora del suelo [ editar ]
Los suelos alcalinos con CaCO 3 sólido pueden recuperarse con cultivos de hierba , compost orgánico, residuos de pelo / plumas, basura orgánica, papel de desecho, limones / naranjas rechazados, etc. asegurando la incorporación de mucho material acidificante ( material inorgánico u orgánico ) en el suelo , y mejorando el Ca disuelto en el agua del campo mediante la liberación de gas CO 2 . [9] Arar profundamente e incorporar el subsuelo calcáreo en el suelo superior también ayuda.
Muchas veces la migración de sales al suelo superior se realiza desde las fuentes de agua subterráneas en lugar de las fuentes superficiales. [10] Cuando la capa freática subterránea es alta y la tierra está sometida a una alta radiación solar, el agua subterránea rezuma en la superficie de la tierra debido a la acción capilar y se evapora dejando las sales disueltas en la capa superior del suelo. Cuando el agua subterránea contiene altas sales, conduce a un problema agudo de salinidad. Este problema puede reducirse aplicando mantillo a la tierra. El uso de casas de polietileno o redes de sombra durante el verano para cultivar vegetales / cultivos también se recomienda para mitigar la salinidad del suelo y conservar el agua / la humedad del suelo. Las poli-casas filtran la intensa radiación solar de verano en los países tropicales para salvar a las plantas del estrés hídrico y las quemaduras de las hojas.
Cuando la calidad del agua subterránea no es alcalina / salina y la capa freática subterránea es alta, las sales acumuladas en el suelo pueden evitarse utilizando la tierra durante todo el año para el cultivo de árboles de plantación / cultivos permanentes con la ayuda de la irrigación de elevación. Cuando el agua subterránea se usa con el factor de lixiviación requerido , las sales en el suelo no se acumulan.
Arar el campo poco después de cortar el cultivo también se recomienda evitar la migración de sal al suelo superior y conservar la humedad del suelo durante los intensos meses de verano. Esto se hace para romper los poros capilares en el suelo para evitar que el agua llegue a la superficie del suelo.
Los suelos arcillosos en áreas de alta precipitación anual de lluvia (más de 100 cm) generalmente no sufren de alta alcalinidad ya que la escorrentía del agua de lluvia puede reducir / lixiviar las sales del suelo a niveles cómodos si se siguen los métodos adecuados de recolección de agua de lluvia . En algunas áreas agrícolas, el uso de "líneas de baldosas" debajo de la superficie se utilizan para facilitar el drenaje y las sales de lixiviación. El riego por goteo continuo conduciría a la formación de suelos alcalinos en ausencia de lixiviación / drenaje de agua del campo.
También es posible recuperar suelos alcalinos agregando minerales acidificantes como pirita o alumbre más barato o sulfato de aluminio .
Alternativamente, yeso ( sulfato de calcio ,) también se puede aplicar como fuente de iones Ca ++ para reemplazar el sodio en el complejo de intercambio. [9] El yeso también reacciona con el carbonato de sodio para convertirse en sulfato de sodio, que es una sal neutra y no contribuye a un pH alto. Debe haber suficiente drenaje natural hacia el subsuelo, o de lo contrario debe existir un sistema de drenaje artificial debajo de la superficie, para permitir la lixiviación del exceso de sodio por filtración de lluvia y / o agua de riego a través del perfil del suelo .
El cloruro de calcio también se usa para recuperar suelos alcalinos. CaCl 2 convierte Na 2 CO 3 en NaCl precipitando CaCO 3 . El NaCl se drena por lixiviación de agua. El ácido gastado (HCl, H 2 SO 4 , etc.) también se puede utilizar para reducir el exceso de Na 2 CO 3 en el suelo / agua.
Cuando la urea está disponible a bajo costo para los agricultores, también se usa para reducir la alcalinidad / salinidad del suelo principalmente. [11] El NH 4 ( amonio ) presente en la urea, que es un catión débil , libera el catión fuerte Na de la estructura del suelo al agua. Así, los suelos alcalinos absorben / consumen más urea en comparación con otros suelos.
Para recuperar completamente los suelos, se necesitan dosis prohibitivamente altas de enmiendas. Por lo tanto, la mayoría de los esfuerzos se dirigen a mejorar solo la capa superior (digamos los primeros 10 cm de los suelos), ya que la capa superior es más sensible al deterioro de la estructura del suelo . [9] Sin embargo, los tratamientos deben repetirse en unos pocos (digamos 5) años. Los árboles / plantas siguen al gravitropismo . Es difícil sobrevivir en suelos alcalinos para los árboles con un sistema de enraizamiento más profundo que puede tener más de 60 metros de profundidad en buenos suelos no alcalinos.
Será importante abstenerse de regar (aguas subterráneas o superficiales) con agua de baja calidad. En la viticultura, se ha sugerido agregar agentes quelantes naturales como el ácido tartárico al agua de riego para solubilizar los carbonatos de calcio y magnesio en los suelos sódicos. [12]
Una forma de reducir el carbonato de sodio es cultivar plantas de vidrio o de agua salada o de barilla . [13] Estas plantas secuestran el carbonato de sodio que absorben del suelo alcalino en sus tejidos. La ceniza de estas plantas contiene una buena cantidad de carbonato de sodio que se puede extraer comercialmente y usar en lugar de carbonato de sodio derivado de la sal común, que es un proceso altamente intensivo en energía. Por lo tanto, el deterioro de las tierras alcalinas se puede controlar cultivando plantas de barilla que pueden servir como fuente de alimento, combustible de biomasa y materia prima para cenizas de soda y potasa , etc.
Lixiviación de suelos sódicos salinos [ editar ]
Los suelos salinos son en su mayoría también sódicos (la sal predominante es el cloruro de sodio ), pero no tienen un pH muy alto ni una tasa de infiltración deficiente. Tras la lixiviación, generalmente no se convierten en un suelo alcalino (sódico) ya que los iones Na + se eliminan fácilmente. Por lo tanto, los suelos salinos (sódicos) en su mayoría no necesitan aplicaciones de yeso para su recuperación.
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