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PRÁCTICAS DE ECOLOGÍA I GRADO EN CIENCIAS AMBIENTALES PRÁCTICA 1. INFLUENCIA DE LOS FACTORES AMBIENTALES: DETERMINACIÓN DEL pH DE SUELOS.

1.1. OBJETIVO Introducir al estudiantado en el conocimiento del manejo de muestras de suelos y en la determinación de propiedades como la acidez o basicidad relacionadas con la distribución de especies en las diferentes zonas. 1.2. FUNDAMENTO TEÓRICO Las propiedades físicas (estructura, porosidad, etc.), químicas (disponibilidad de nutrientes, movilidad de elementos tóxicos, etc) y biológicas de los suelos están afectadas por la acidez y basicidad del medio, que se determina mediante la medida del pH. El pH se define como el logaritmo negativo de la concentración (mol/L) de iones +

[H3O ] o protones [H+]. El intervalo de la escala va de 0 a 14, considerándose neutro el valor de pH=7. Un pH menor de 7 indica una disolución ácida y mayor de 7 alcalina o básica. pH= -log [H3O+] En los suelos los iones H+, junto con otros cationes como el Ca2+, K+ y Mg2+, están presentes en el agua o solución del suelo, y también ligados a la superficie de las partículas de arcilla y materia orgánica del suelo que presentan cargas negativas, en el complejo de cambio. Por tanto se puede diferenciar entre la denomina acidez actual que evalúa la [H+] en la solución del suelo y la acidez potencial, donde además se incluye la [H+] adsorbidos en las partículas sólidas. La acidez del suelo afectará a la solubilidad de los iones disueltos en el agua del suelo y al intercambio de iones entre las partículas de arcilla y la materia orgánica y la solución del suelo. Los factores que influyen en los valores de pH del suelo son muy diversos como: la naturaleza de las rocas, los factores bióticos, las precipitaciones que tienden a acidificarlos, el complejo adsorbente, etc. La mayoría de suelos con buen desarrollo se

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encuentra en un pH de 6-7. Los suelos ácidos (pH menores de 6) pueden presentar problemas de fitotoxicidad, debido a las concentraciones elevadas de Fe3+, Mn2+ y Al3+ que resultan toxicas para las plantas. Mientras que en un suelo básico (pH mayores de 7,5), pueden aparecer problemas en la succión del agua por las raíces de la planta y toxicidad del Na+. Además, en condiciones alcalinas habría falta de Fe3+ y Mn2+, lo que podría producir deficiencias en las plantas. Debido a la relación entre la acidez y la solubilidad de los nutrientes, el pH del suelo afecta a la nutrición mineral de las plantas. En general, interviene en el crecimiento de las especies vegetales, la distribución y su abundancia al influir en: -

La disponibilidad de los nutrientes. Valores extremos de pH pueden provocar la precipitación de ciertos nutrientes que permanecerían en forma no disponible para ser absorbidos por las plantas.

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El proceso fisiológico de absorción de los nutrientes por parte de las raíces. Todas las especies vegetales presentan rangos característicos de pH en los que la absorción es mejor, sin embargo la absorción radicular se ve dificultada fuera de este rango y si la desviación de los valores de pH es extrema puede incluso deteriorarse las raíces o presentarse problemas de toxicidad debido a la excesiva absorción de elementos fitotóxicos como por ejemplo el aluminio.

Relación entre el pH del suelo y la disponiblidad de los principales nutrientes para las especies vegetales

En general, las sales de Mn, Fe o Zn son más solubles en medio ácido que en medio básico. Por otra parte, los suelos muy ácidos pueden sufrir un empobrecimiento en

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nutrientes, debido a la saturación del complejo de cambio por H+ o Al3+, lo que provoca el desplazamiento de otros cationes (como Ca2+, Mg2+ y K+) a la solución del suelo. Estos cationes resultarán más accesibles para las plantas, pero si no los absorben rápidamente pueden perderse por lavado. En los suelos ácidos se observa también una ralentización de la actividad biológica. La acidez del suelo afecta negativamente a la distribución de la fauna edáfica y bacteriana. Los procesos realizados por bacterias como la nitrificación o la fijación de nitrógeno atmosférico muestran una velocidad óptima a pH 6-6,5 y disminuyen por debajo de pH 4,5. Los métodos más utilizados para preparar una suspensión de suelo y medir el pH son el de la “pasta saturada” y el de la “relación suelo:disolución 1:2,5”. Cuando se determina el pH en una suspensión de suelo:KCl 0,1M, el K+ de la disolución salina desplaza a los H+ adsorbidos por los coloides del suelo quedando libres en la disolución. 1.3. MATERIAL Y APARATOS -

Balanza

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Frascos con tapón

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pH-metro

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Probeta de 50 mL

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Rodillo

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Tamiz de 2 mm de luz

1.4. REACTIVOS -

Disolución de KCl 0,1 M (disolver 7,456 g de KCl en 100 mL de agua destilada y diluir hasta 1L).

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Disolución tampón preparada de pH=4

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Disolución tampón preparada de pH=7

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Disolución tampón preparada de pH=9

Conservación de las disoluciones tampón

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Para conservar en buen estado las disoluciones tampón conviene mantenerlas a baja temperatura y resguardadas de la luz, para ello se recomienda guardarlas en el frigorífico. Hay que evitar la contaminación una vez abiertas. No introducir nunca el electrodo directamente en los patrones, para calibrar utilizar frascos específicos de poco volumen que se renovarán frecuentemente. Renovar las soluciones patrón cada 6 meses. 1.5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Preparación de las muestras Las muestras de suelo deben ser preparadas antes de la determinación del pH para evitar posibles errores. Se realizarán las etapas siguientes: 1. Secado: se extienden las muestras sobre bandejas o papel sin satinar en una habitación ventilada con una temperatura máxima de 35 oC durante 3-4 días para equilibrar la humedad de la muestra y la del ambiente. También puede secarse en estufa sin exceder la temperatura de 35 oC. El tiempo de secado puede variar dependiendo del procedimiento empleado, de la temperatura, del tipo de suelo, etc. Para suelos arenosos el tiempo es de aproximadamente 24 h, para los suelos arcillosos mayor de 48 h y para suelos con materia orgánica fresca (hojas, raíces de plantas, etc.) entre 72 y 96 h. Las muestras se consideran secas cuando sus agregados se desmenuzan con formación abundante de polvo, y además al romperse presentan un color uniforme en la superficie de fractura. 2. Molido: los agregados de las muestras de suelo se disgregan con rodillos de madera o martillos de goma, suavemente procurando no romper los minerales. 3. Tamizado: las muestran se pasa por un tamiz de 2 milímetros de luz de malla. Los análisis se realizan sobre la tierra fina o parte de la muestra cuyas partículas presentan un tamaño inferior a 2 mm. La parte retenida son los elementos gruesos.

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Fracciones fina y gruesa separadas en la tamización.

4. Homogeneización: se coloca la muestra de “tierra fina” sobre un paño fuerte sujetando las esquinas y realizando movimientos suaves para que se mezcle bien. Si las muestras no van a ser utilizadas inmediatamente deben conservarse en recipientes herméticos y secos para que no se alteren sus propiedades, ya que una mala conservación durante mucho tiempo puede producir cambios en el valor de pH. Calibración del aparato El pH-metro deberá estar conectado, al menos, 15 minutos antes de efectuar la medida. Como el potencial de los electrodos de medida está sujeto a variaciones, cada vez que se utiliza el pH-metro es necesario calibrarlo con dos disoluciones de pH conocido, según el rango que se espera medir. Normalmente se emplean las disoluciones de pH=4 y pH=7 para suelos neutros y ácidos, y en el caso de suelos muy básicos se calibra con la de pH=9. Cada diez o quince lecturas deberá verificarse que el calibrado sigue siendo correcto, realizando, si procede las correcciones oportunas. Determinación del pH relación suelo:agua 1:2,5 (peso/volumen). Acidez actual En un bote con tapa se introducen 10 g de una muestra de suelo “tierra fina” preparada según el procedimiento anterior. Se añaden en pequeñas porciones 25 mL de agua destilada hasta que toda la muestra esté humedecida. Cerrar bien el bote y agitar la suspensión durante 20 o 30 minutos, en intervalos de 5 minutos. A continuación introducir el electrodo del pH-metro, previamente calibrado con las disoluciones tampón, para realizar la medida de la suspensión en agua destilada. Una vez estabilizado anotar el valor de pH. Se extrae el electrodo, se lava con agua destilada y se seca, sin frotar, con papel absorbente.

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Determinación del pH en disolución de KCl, relación suelo:KCl 1:2,5. Acidez potencial Se procede como en la determinación del pH en agua, pero preparando la suspensión con 25 mL de KCl 0,1 M. Pesar 10 g de “tierra fina”, colocarlo en un bote y añadir 25mL de KCl 0,1 M. Cerrar bien el bote y agitar la suspensión durante 20 o 30 minutos, en intervalos de 5 minutos. Medir el pH de la suspensión con el pH-metro, siguiendo el mismo procedimiento anterior. Precauciones para la correcta medida del pH −

Se debe lavar previamente el electrodo con agua destilada y secarlo con papel absorbente, pero sin frotar.

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La suspensión se debe agitar inmediatamente antes de entrar en contacto con los electrodos, pero no durante la medida.

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Después de cada medida se deberá lavar muy bien el electrodo con agua destilada.

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Es necesario determinar la acidez actual (pH en agua) y la acidez potencial (pH en KCl).

1.6. RESULTADOS Y DISCUSION Aunque los valores de pH se deben tomar como indicativos, pueden darse unas referencias de esos valores y sus consecuencias (Cobertera, 1993): 1. pH en agua de 3,5 a 4,8. Muy ácido, suelo con bajo contenido de bases, bajo nivel de nutrientes y fitotoxicidad por presencia de Al3+. 2. pH en agua de 4,9 a 6. Ácido, suelos con pocas bases de cambio, muy buena solubilidad del Fe. Si no contiene materia orgánica por encima del 1,8% se puede producir insolubilidad de Ca, Mg y K, así como precipitación del P. Posible fitotoxicidad por presencia de Al hasta pH=5,5. 3. pH en agua de 6 a 7,6. De ligeramente ácido a neutro y a ligeramente básico. Suelo con saturación media de bases, muy buena solubilidad de nutrientes, aunque a pH superior a 6,8, es deficiente el Fe soluble.

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4. pH en agua de 7,6 a 8,5 y diferencia con el pH al KCl mayor de 0,4. Básico, suelo saturado de bases, baja presencia de P y muy baja de Fe soluble. 5. pH al agua superior a 8,5 y valores similares a los de pH al KCl. Suelo salino-alcalino, muy saturado de bases con posible presencia de Na, presencia de sales solubles y absorbidas fitotóxicas. A partir de pH=8,8 y más del 15% de sodio cambiable se consideran alcalinos-salinos y por debajo de estos valores, suelos salinos. 1.7. CUESTIONES 1. ¿Por qué se lleva a cabo la determinación del pH del suelo en extracto acuoso y en KCl? 2. ¿Cómo contribuye el Al3+ a la acidez del suelo? 3. ¿A que puede deberse el que sean ácidos los suelos de regiones con abundantes precipitaciones? 4. ¿Cuáles pueden ser los efectos de los suelos fuertemente ácidos y fuertemente alcalinos sobre las especies vegetales?

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