Nutrición Vegetal. Adsorción e Iintercambio Ionico de los Suelos

Hace unos 170 años H. S. Thompson y J. Spence descubrieron el suelo es capaz de adsorber amonio. Su experiencia fue que al mezclar sales de amonio con suelo, el calcio sustituía a una fracción de amoniaco, generando cantidades detectables de sales cálcicas. Este fenómeno fue ampliamente estudiado por J. T. Way, quien lo llamo "cambio de bases".Way demostró que el intercambio de iones era de naturaleza química y se verifica en cantidades equivalentes, siendo los aluminosilicatos en el suelo los responsables del intercambio.

Los coloides del suelo.

El intercambio iónico sucede solo en ciertas partículas que se conocen como coloides y están dispersas en el suelo, principalmente en forma de arcilla y humus, y en menor grado por óxidos hidratados de hierro, aluminio y manganeso. Cada partícula coloidal actúa como un enorme ion al tener una carga eléctrica tan grande que es capaz de atraer a miles de iones de carga eléctrica opuesta. La carga eléctrica de los coloides puede ser positiva o negativa dependiendo del pH. En las condiciones naturales y normales del suelo los coloides del suelo adsorben principalmente los iones de carga positiva o cationes y lo hacen en mayor cantidad que los aniones, o iones de carga negativa.

El intercambio iónico sucede cuando el ion de un material, M1,  es sustituido por otro de características distintas M2. Dependiendo de las condiciones de estado y cantidad de sustancias que interactúen se establecen equilibrios entre las fuerzas naturales de los materiales. Si se opera de forma adecuada es posible sustituir por completo todos los iones intercambiables. 

Nutrición Vegetal

El proceso de intercambio iónico permite poner a disposición de la planta los elementos nutrientes mediante su almacenamiento y posterior liberación. Este proceso tiene una decisiva influencia sobre las propiedades fisicoquímicas y los tratamientos de suelo así como en el modo de actuar de los insumos utilizados.

Cada partícula coloidal esta rodeada por tres capas; la interna o de disolución interna, donde los iones son retenidos con mayor intensidad por estar mas cerca del centro de carga eléctrica del coloide; la intermedia o de intercambio donde los iones son retenidos con menos intensidad y son mas fáciles de intercambiar; y la externa o disolución del suelo que contiene iones en mucho menor concentración que las anteriores capas. La facilidad con la que un ion es adsorbido depende de la cantidad de carga y el tamaño de ion. La temperatura disminuye el poder absorbente de las partículas coloidales. La capacidad de adsorción e intercambio del suelo depende de la capacidades y cantidades presentes de arcillas, humus, óxidos de Fe, Mn, y Al en la composición del suelo. "La capacidad de cambio de cationes va desde 5me/100g de suelo de muy poca arcilla o materia orgánica, hasta cerca de unos 200 me/100g de suelos orgánicos"

Las constantes para caracterizar el estado del complejo adsorbente en los suelos son:

• Capacidad total de cambio de cationes; cantidad máxima de cationes que el suelo puede fijar, se expresa en miliequivalentes por 100g de suelo seco y se expresa por T.
• Suma de cationes metálicos de cambio, designada por S, significa la cantidad total de cationes alcalinos y alcalino-térreos retenidos sobre el complejo adsorbente, cuando se procede su análisis, se expresa igualmente meliequivalentes por 100g de suelos seco 
• Insaturación. Esta es la diferencia T-S, representa la cantidad de H+ fijados sobre el complejo.
• Porcentaje o grado de saturación de cationes metálicos o de bases, designado por V, es el valor obtenido de la relación V=100 S/T

El establecimiento de estas constantes de de gran interés en el estudio del suelo, ya que a partir de ellas se pueden deducir muchas de sus características. Puede decirse que los principales tipos de suelos y sus propiedades agrícolas están íntimamente relacionas con el estado del complejo adsorbente.

Suelos con grandes cantidades de arcilla y materia orgánica tendrán un valor T muy superior al correspondiente a suelos arenosos con bajo contenido de materia orgánica. 

Los suelos con predominio de arcillas 2x1 presentan un valor de T superior a aquellos otros en los que predomina el tipo 1x1. 

Generalmente estos últimos presentan valores comprendidos entre 10 y 20 me/100g, los de tipo 2x1 de 40 a 80 me/100g, y los coloides orgánicos de 300 a 400 me/100g. 

El valor de V de los suelos corrientes, no cultivados, es más alto en la regiones áridas que en las húmedas. 

Conociendo los valores de T y S se puede tener una primera aproximación del tipo de suelo. Cuando el complejo adsorbente esta casi saturado (S=T): a) si lo esta por Ca2+ o por Mg2+, tendremos Rendzinas o Thernozems; b) si lo esta por Na+, se trata de Solonetz. Cuando el complejo presenta una gran insaturación (T>S): a) Se trata de Podzoles cuando hay destrucción parcial del complejo; b) son suelos lateríticos si la destrucción del complejo es casi total.

Para suelos con una composición orgánica y mineral determinados, el pH y el nivel de fertilidad se incrementan con un aumento de V.

La facilidad con que los cationes son adsorbidos por las plantas está intimamente relacionada con el valor de V. Así, un suelo con V=80% proveerá de cationes a la planta mucho más fácilmente que el mismo suelo con un valor de V=40%.

La relación entre V y la asimilación de cationes se modifica con la naturaleza del coloide del suelo. Como regle general, suelos con grandes cantidades de arcillas 1x1 pueden suministrar cationes a las plantas a un valor de V más bajo que los suelos con altos porcentajes de coloides 2x1.

Los suelos de regiones áridas están prácticamente saturados de bases, mientras que los de regiones húmedas aparecen, comparativamente pobres en cationes metálicos y más ricos en hidrógenos adsorbidos.