PROTOCOLOS METODOLÓGICOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE...
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1 PROTOCOLOS METODOLÓGICOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE SUELOS Nelda Dezzeo PhD Ecología Forestal Investigadora Senior, Proyecto Prometeo, MCPEC/UEA, Ecuador. Investigadora Emérita, IVIC, Venezuela Octubre, 2013
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PROTOCOLOS METODOLÓGICOS PARA LA
CARACTERIZACIÓN DE SUELOS
Nelda Dezzeo
PhD Ecología Forestal
Investigadora Senior, Proyecto Prometeo, MCPEC/UEA, Ecuador.
Investigadora Emérita, IVIC, Venezuela
Octubre, 2013
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PROTOCOLOS METODOLÓGICOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE
SUELOS
Nelda Dezzeo: Investigadora Senior, Proyecto Prometeo, MCPEC/UEA.
Investigadora Emérita, IVIC, Venezuela
Para la elaboración de estos protocolos se tomaron en consideración los métodos
convencionales publicados en la literatura (ver referencias bibliográficas) y
también algunos de los protocolos analíticos empleados en el Laboratorio de
Ecología de Suelos del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC),
elaborados por la Lic. Maiella Rangel (Rangel, M. 2012).
Es importante mencionar que en cada sitio a estudiar, las muestras de suelo se
deben tomar de acuerdo a un diseño estadístico previamente elaborado.
Usualmente las muestras se toman con un barreno de volumen conocido, y se
colectan considerando cada una de las profundidades del suelo previamente
establecidas en el diseño del muestreo. Las muestras pueden ser simples o
compuestas, dependiendo de los objetivos y del nivel de precisión del estudio.
El muestreo para caracterización de suelos (análisis de rutina) se realiza una sola
vez durante el período de estudio, ya que muchas de las variables que se miden no
cambian con el tiempo a menos que se produzca un evento de perturbación muy
grande, que implique la pérdida del estrato superior del suelo.
Cada una de las muestras colectadas según profundidad del suelo debe ser pesada
y secada al aire o en estufa (alrededor de 60 ˚C) hasta alcanzar una humedad
constante. Luego debe ser pasada a través de un tamiz de malla de 2 mm de
diámetro. El análisis de rutina de cada muestra incluye: contenido de humedad,
densidad aparente, pH, textura, carbono total, nitrógeno total, fósforo total y
capacidad de intercambio catiónico efectiva (Ca + K + Mg + Na + Al + H).
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1. CONTENIDO DE HUMEDAD DEL SUELO
El contenido de humedad (CH) de un suelo influye significativamente en todos los
procesos microbiológicos y químicos que en él ocurren, debido al efecto que ese
CH tiene sobre la disolución y difusión de solutos y sobre el crecimiento y
actividad microbiana (Tate 2000).
La determinación del contenido de humedad (CH) se hace a través del método
gravimétrico, que expresa el porcentaje de agua en peso en 100 gramos de suelo. Se
toma la muestra de suelo en campo, se coloca en una bolsa plástica de peso
conocido, se lleva al laboratorio, se pesa para obtener el peso húmedo (PH), se
introduce por 48 horas en una estufa a 105 ˚C, se pesa nuevamente para obtener el
peso seco (PS). La diferencia expresada como porcentaje del peso húmedo y el peso
seco, representa el contenido de humedad de esa muestra de suelo.
CH %= (PH-PS/PH)*100
2. DENSIDAD APARENTE
La densidad aparente (Da) de un suelo se refiere al peso por unidad de volumen
de ese suelo seco al horno. Generalmente se expresa en g/cm3 o en unidades
equivalentes como ton/m3. La Da es una propiedad del suelo fácil de medir y
puede suministrar información sobre los cambios en la calidad del suelo y el
funcionamiento del ecosistema. La Da tiene interés desde el punto de vista del
manejo del suelo, ya que da información sobre la compactación de cada horizonte
de suelo. Es importante tener la Da de un suelo para expresar los valores de los
nutrientes a nivel de contenido (ejem., g/m2). Si no se tiene la Da, lo valores de los
nutrientes analizados solo se pueden dar en concentración (ejem., mg/kg o ppm).
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Para la determinación de la Da se sigue el método del cilindro (Blake y Hartge
1986), que consiste en la obtención de muestras de suelo no perturbadas mediante
el uso de cilindros de diámetro (D cm) y altura (A cm) conocidos. Una vez
colectada la muestra con el cilindro de volumen conocido (V= Π/4*D2*H) (cm3),
ésta es colocada en una bolsa, llevada al laboratorio y secada al horno a 105 ˚C
hasta obtener un peso seco constante (PS). Finalmente, la Da (g/cm3) resulta de
dividir el PS del suelo (g) entre el volumen del cilindro (cm3). Al multiplicar la
concentración media de los elementos Ca, K, Mg, N, C y P en el suelo por el valor
de densidad aparente, se obtienen los pools de esos nutrientes en el suelo.
3. pH
El pH de un suelo es un elemento de diagnóstico de gran importancia, y se define
como el logaritmo negativo (base 10) de la concentración de H+: pH= -log10 [H+].
Así se tiene que un pH= 6 es diez veces más ácido que un pH= 7, mientras que un
pH= 5 es 100 veces más ácido que el pH= 7.
Los valores de pH se reducen a medida que la concentración de H+ se incrementa.
Esos valores varían entre 0 - 14. Valores por debajo 7 son ácidos, por encima de 7
son alcalinos y alrededor de 7 son neutrales.
La disponibilidad de los nutrientes está relacionada con el pH del suelo. En ese
sentido, el hecho de que un suelo sea alcalino, neutro o ácido, tiene mucho que ver
con la solubilidad de varios de los compuestos que existen en el suelo, así como
también con la actividad microbiana y la fuerza de enlace de los iones en los sitios
de intercambio.
El pH Se determina siguiendo el método de Thomas (1996). Este método
comprende el uso de un par de electrodos de vidrio, uno de estos es sensible a los
iones hidrógeno (H+) y el otro es usado como referencia. Para ello se preparará una
suspensión suelo-solvente en relación 1:5 con agua desmineralizada y KCl 1N.
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Materiales y equipos:
1) Beacker de plástico pequeño
2) Agitador de vidrio
3) pH-metro
4) Balanza analítica
Soluciones:
1) Cloruro de potasio 1 N: disolver 74,56 g de KCl en 1 L de agua destilada.
Procedimiento:
1) Pesar por duplicado 5 g de suelo seco al aire menor a 2 mm en beacker plástico.
2) Agregar 25 ml de KCl 1 N a una de las réplicas y agitar con la varilla por unos 30
segundos aproximadamente.
3) Agregar 25 ml de agua destilada a la segunda réplica y agitar con la varilla unos
30 segundos aproximadamente.
4) Dejar equilibrar ambas suspensiones durante 30 minutos.
5) Calibrar el pH-metro según manual de instrucciones.
6) Agitar con la varilla la primera suspensión e introducir el electrodo hasta que la
membrana y el diafragma queden completamente sumergidos.
7) Realizar la lectura. Registrar pH en KCl
8) Lavar la membrana y el diafragma del electrodo.
9) Agitar con la varilla la segunda suspensión e introducir el electrodo hasta que la
membrana y el diafragma queden completamente sumergidos.
10) Realizar la lectura. Registrar pH en agua.
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4. ACIDEZ INTERCAMBIABLE (aluminio (Al+3) e hidrógeno (H+)
intercambiables)
La acidez intercambiable es una cantidad bastante arbitraria, que normalmente
está compuesta por cuatro tipos de acidez. La primera corresponde a los iones H
obtenidos a partir de la hidrólisis del aluminio trivalente (Al+3). La segunda
proviene del Al parcialmente hidrolizado y no intercambiable. El tercer tipo se
deriva de grupos débilmente ácidos, principalmente materia orgánica, y la cuarta
es el H+ intercambiable (Thomas 1982). Sin embargo, es importante mencionar que
muchos estudios han demostrado que los suelos tienen poco H+ intercambiable, y
que el Al es el responsable en un alto grado de la acidez de los suelos.
El método que se emplea para la determinación de Al+3 y H+ es el de titulación,
modificado de McLean (1965) (Thomas 1996). El procedimiento se realiza en dos
etapas. Primero se determina por titulación la acidez intercambiable (Al+3 + H+) y
luego a través de una titulación por retroceso se obtiene la concentración de Al+3.
La extracción de Al+3 (generalmente llamado Al intercambiable) de las muestras de
suelo, es realizada utilizando soluciones neutras de sales no tamponadas. La
solución de KCl 1 N, ha sido considerada como el extractante más adecuado, por el
hecho de que esta solución es menos susceptible a las interferencias de iones.
Equipos:
1) Tubos de centrifuga de 50 ml
2) Agitador mecánico (shaker)
3) Embudos para filtración
4) Papel de filtro Whatman N° 42 o equivalente
5) Balanza analítica
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Soluciones:
1) Cloruro de potasio 1 N: disolver 74,56 g de KCl en 1 L de agua destilada.
2) Solución acomplejante de Aluminio: disolver 40 g de Fluoruro de sodio (NaF) en
1 L de agua destilada.
3) Solución de Hidróxido de sodio 0,1 N de titrizol.
4) Solución de Ácido Clorhídrico 0,1 N de titrizol.
5) Indicador: disolver 1 g de fenolftaleína en 100 ml de etanol.
Procedimiento:
1) Pesar 5 g de suelo seco al aire menor a 2 mm en un tubo de centrifuga de 50 ml.
2) Agregar 25 ml de KCl 1 N y agitar en el shaker durante 30 minutos. Centrifugar
por 10 minutos a 10.000rpm y filtrar por gravedad. Recoger el filtrado en un
erlenmeyer de 250 ml.
3) Repetir el paso 2.
4) Agregar 4 gotas del indicador y titular con solución estandarizada de NaOH 0,1
N (hasta observar coloración rosada).
5) Agregar 10 ml de solución de NaF.
6) Titular el extracto previamente utilizado con solución estandarizada de HCl 0,1
N (hasta que desaparezca la coloración rosada). Dejar equilibrar por 30 segundos.
Continuar con la titulación hasta conseguir el punto final.
Cálculos:
1. Acidez intercambiable
H+ + Al+3(cmol c/kg) = [(ml NaOH muestra – ml NaOH blanco)*N NaOH*0,1]/ Kg
muestra 2. Aluminio intercambiable
Al+3(cmol c/kg) = [(ml HCl muestra – ml HCl blanco)*N HCl *0,1]/ Kg muestra 3. Hidrógeno intercambiable
H+(cmol c/kg) = Acidez intercambiable – Aluminio intercambiable
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Notas:
1) La extracción debe realizarse el mismo día de la titulación.
2) Puede utilizarse una alícuota de 10 mL del filtrado para realizar la titulación. En
ese caso solo se adiciona 2 ml de solución acomplejante.
3) Si la acidez intercambiable da un valor menor al del Al, se recomienda titular
utilizando soluciones estandarizadas de NaOH y HCl 0,025
5. ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO. TEXTURA
El análisis granulométrico consiste en la determinación de la distribución del
tamaño de las partículas de arena, limo y arcilla en la muestra de suelo
previamente pasada por un tamiz de 2mm. La textura se refiere a la proporción
relativa de cada una de esas fracciones expresada como porcentaje en peso.
Para esta determinación se utiliza el método del hidrómetro o Bouyoucos
(Bouyucos, 1962), que consiste en tratar el suelo previamente pasado por la malla
de 2 mm con una solución dispersante de hexametafosfato de sodio, con el objetivo
de individualizar las partículas de arena, limo y arcilla, para posteriormente hacer
las respectivas lecturas del hidrómetro a diferentes tiempos, en función de la
velocidad de sedimentación de las partículas del suelo. Cuando el suelo tiene
mucha materia orgánica, las muestras deben ser tratadas con peróxido de
hidrógeno previo a la determinación de la textura, para remover la materia
orgánica del suelo.
1. Destrucción de materia orgánica (Jackson 1958)
Materiales y equipos:
1) Beacker de vidrio grande
2) Plancha
3) Soporte y embudo
4) Papel de filtro
5) Balanza analítica
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Procedimiento:
1) Pesar 40 g (80g en caso de ser arenoso) de suelo seco al aire menor a 2mm en un
beacker de vidrio de 500 ml.
2) Agregar agua destilada hasta cubrir el suelo por 1 cm.
3) Agregar 5 ml de Peróxido de Hidrógeno (H2O2) al 30%, mezclar bien con
agitador de vidrio y cubrir con un vidrio de reloj (lámina de vidrio en forma
circular cóncava-convexa) hasta que pase la efervescencia. Repetir una vez más.
4) Colocar en una plancha, removiendo de vez en cuando, hasta que la solución se
haya evaporado a un volumen aproximado de 5 ml y el suelo se haya blanqueado.
5) Agregar 5 ml de H2O2 y dejar el beacker tapado toda la noche hasta que el
peróxido se haya descompuesto.
6) Filtrar el suelo, lavándolo 3 veces con agua destilada y secar en estufa a 105°C
por 24h.
7) Usar el suelo seco para determinación de Textura.
2. Determinación de la proporción de partículas (Pla, 1977)
Materiales y equipos:
1) Beacker plástico grande
2) Varilla especial
3) Licuadora de suelos
4) Cilindro plástico de 1 L de capacidad
5) Hidrómetro
6) Balanza analítica
Soluciones:
1) Calgón 5% (solución dispersante): Disolver 50 g de hexametafosfato o
polifosfato de sodio y 10 g de carbonato de sodio en 1 L de agua destilada.
Calentar para facilitar la disolución de la sal.
2) Alcohol iso-amílico.
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Procedimiento:
1) Agregar 100 ml de solución Calgón a un cilindro y llevar a 1 L con agua
destilada. Mezclar con la varilla.
2) Pesar 40 g (80 g en caso de ser arenoso y 20 g para suelos arcillosos) de suelo
seco al aire menor a 2 mm en un beacker plástico de 600 ml.
3) Agregar 100 ml de solución Calgón. Agitar con varilla de vidrio y dejar reposar
por 10 minutos.
4) Transferir la mezcla procurando arrastrar todo el suelo con agua destilada al
vaso de la licuadora y batir por 5 minutos.
5) Transferir la mezcla procurando arrastrar todo el suelo con agua destilada a un
cilindro graduado plástico de 1 L. Enrasar a un Volumen final de 1 L con agua
destilada (agregar unas gotas de alcohol amílico antes de enrasar, para eliminar la
espuma).
6) Agitar la mezcla con el agitador vertical e introducir el hidrómetro. Registrar la
lectura (tomar la lectura en la parte superior del menisco) a los 40 segundos (L40”)
y la temperatura en °C (T40”).
7) Retirar cuidadosamente el hidrómetro y lavarlo e introducirlo en el blanco.
Registrar la lectura (LB) y la temperatura en °C (TB).
8) Re-introducir el hidrómetro en el cilindro con cuidado de no disturbar la
suspensión y registrar la lectura a los 2 h (L2h) y la temperatura en °C (T2h).
9) Registrar la lectura a los 7 h (L7h) y la temperatura en °C (T7h).
Notas:
Puede usarse agua de chorro para arrastrar el suelo y para enrasar.
El alcohol amílico puede ser sustituido por kerosén.
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Todas las lecturas (blanco, L40” y L2h) deben ser corregidas por el factor de
corrección cuando la temperatura sea diferente a 19,5°C. A los valores menores se
le resta 0,18 por cada medio grado, mientras que a los valores mayores se les suma.
Cálculos:
L (corregida) = (Lt ± factor de corrección) – (LB ± Factor de corrección)
%MATERIAL EN SUSPENSIÓN (LIMO +ARCILLA)= L40” (corregida)*100/g muestra
% ARENA = 100 - % MATERIAL EN SUSPENSIÓN
% ARCILLA = L2h (corregida) * 100/ g muestra
% LIMO = 100% - %MATERIAL EN SUSPENSION
Determinación de la Textura
Una vez calculado el porcentaje de arena, limo y arcilla, se procede a establecer la
clase textural buscando la intercepción de estos porcentajes en el triángulo textural
mostrado en la Fig. 1.
6. CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIÓNICO Y CATIONES
INTERCAMBIABLES
La Capacidad de Intercambio Catiónico (CIC) se refiere a la cantidad total de
cargas negativas que están disponibles sobre la superficie de las partículas en el
suelo. Es un indicador del potencial del suelo para retener e intercambiar cationes
o sustancias que tienen carga positiva, como Ca+2, Mg+2, K+ y Na+, que también son
llamados bases intercambiables y con frecuencia están presentes en el suelo en el
orden antes señalado. El significado de los cationes intercambiables se basa en el
principio de que algún catión adicionado podría ser intercambiado con algún
catión del suelo.
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Fig. 1 Triangulo Textural con la clasificación de la USDA.
La CIC de los suelos y la cantidad de cationes intercambiables son dependientes
del método usado para su determinación (Rhoades, 1982). El método ideal es aquel
que pueda medir la capacidad de los suelos de adsorber cationes de una solución
acuosa con el mismo pH, fuerza iónica, constante dieléctrica y composición como
la que presentan los suelos en el campo, debido a que la CIC varía con estos
parámetros, especialmente en suelos tropicales (Bohn, 1993).
La CIC se determina a partir de la cantidad adsorbida de un catión índice (NH4+,
K+, Na+ ó Ba++) al hacer atravesar una solución que contenga dicho catión a través
de una muestra de suelo. Según Rodríguez y Rodríguez (2002), los métodos
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rutinarios de determinación de la CIC usan (i) Cloruro de Bario Trietanolamina a
pH 8,2 (BaCl2-TEA); ii) Acetato de Amonio 1 N (AA) a pH 7; iii) Cloruro de
Potasio; en este caso la CIC se obtiene por sumatoria de los cationes extraídos al
pH en que el suelo se encuentra en campo, y se denomina CIC efectiva (CICe).
Según Rodríguez y Rodríguez (2002) el Acetato de Amonio pH 7 presenta varias
dificultades, debido a que el NH4- puede formar complejos de superficie de esfera
interna con las arcillas 2:1, lo cual ocasiona imprecisión en los resultados. También
incrementa la carga variable de los suelos ácidos y con ello aumenta su CIC. En
suelos con presencia de carbonatos, los disuelve y por lo tanto se sobrestiman los
valores de las bases cambiables. El Acetato de sodio a pH 8,2 también presenta
estos inconvenientes. Según los autores mencionados, la determinación de la CIC
en suelos básicos con carbonatos usando cloruro de Amonio (NH4Cl 0,2 N) arroja
resultados estables, de relativa baja variabilidad, debido a que no modifica la
reacción del suelo ni aparentemente, disuelve los carbonatos. Por otro lado, en el
caso de suelos ácidos la CIC se determina usando Acetato de Amonio (método
usado en el Laboratorio de Ecología de Suelos del IVIC).
1. Procedimiento para la extracción de los cationes presentes en el complejo de
cambio con cloruro de Amonio (NH4Cl 0,2 N) y la determinación de la CIC por
sumatoria de cationes extraídos.
1) Pesar 4 g de suelo en una balanza de precisión.
2) Colocar el suelo en tubos plásticos de centrífuga de 30 ml, previamente
pesados y tarados.
3) Agregar 25 ml de NH4Cl 0,2 N a cada tubo.
4) Agitar los tubos durante 4 minutos en un agitador recíproco.
5) Luego de agitados los tubos, la suspensión de suelo debe ser inmediatamente
centrifugado durante 4 minutos a 3000 r.p.m.
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6) Después del proceso de centrifugado, el líquido se debe pasar a través de un
papel de filtro No. 4, y el filtrado debe recogerse en un balón aforado de 100
ml.
7) Agregar otros 25 ml del NH4Cl 0,2 N al sedimento en el fondo del tubo y con
una varilla de vidrio se resuspenden las partículas de suelo adheridas al tubo.
Todo ese proceso se debe repetir tres veces más.
8) Luego de extraída la solución, los tubos de centrifuga con sus tapones se pesan
inmediatamente para determinar la solución retenida en el suelo, con lo cual al
final, una vez determinados los cationes extraíbles, recalcular ese valor,
ajustándolo en base al volumen retenido en el suelo.
9) Posteriormente el líquido se enrasa a 100 ml en balones aforados y se guarda la
solución en frascos plásticos, para luego determinar los cationes cambiables
(Ca, K, Mg) por medio de espectrofotometría de absorción atómica (AA).
2. Detalles del método para la extracción de los cationes presentes en el complejo
de cambio con Acetato de Amonio (CH3COO(NH4) 1 N) y determinación de la
CIC por sumatoria de cationes extraídos.
Equipos:
1) Tubos de centrifuga de 50 ml
2) Agitador mecánico (shaker)
3) Centrífuga
4) Soportes y embudos para filtración
5) Papel de filtro Whatman N° 42 o equivalente
6) Espectrofotómetro de Absorción Atómica
7) Balanza analítica
Solución:
Acetato de amonio 1 N ajustada a pH 7 (Thomas 1982): disolver 77,08 g de
CH3COO(NH4) en 1 L de agua destilada.
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Procedimiento:
1) Pesar 5 g de suelo seco al aire menor a 2 mm en un tubo de centrifuga de 50 ml.
2) Agregar 25 ml de CH3COO(NH4) 1 N y agitar en el shaker durante 30 minutos.
Centrifugar por 10 minutos a 10.000 rpm y filtrar por gravedad. Recoger el filtrado
en un balón volumétrico de 50 ml.
3) Agitar con el vórtex al suelo remanente
4) Repetir el paso 2, recogiendo el sobrenadante en el mismo balón con el que se
venía trabajando.
5) Aforar con solución de CH3COO(NH4) 1 N.
6) Almacenar para posteriormente cuantificar los cationes intercambiables (Ca+2,
Mg+, Na+ y K+) por Espectrofotometría de Absorción Atómica siguiendo las
especificaciones del equipo a utilizar.
La CIC se obtiene por sumatoria de los diferentes cationes intercambiables, básicos
y ácidos, presentes en el suelo, y se denomina CIC efectiva (CICe). La unidad en
que generalmente se expresa la CIC de un suelo es cmol(carga)/kg de suelo.
7. PORCENTAJE DE SATURACIÓN CON BASES (%SB)
La saturación con bases (%SB) es la proporción de la CIC que es ocupada por
cationes básicos o bases intercambiables (Ca + Mg + K + Na) expresada en
porcentaje. El %SB se calcula a partir de la siguiente formula:
%SB = Suma de bases intercambiables/CIC x 100
8. CARBONO ORGÁNICO TOTAL
La materia orgánica (MO) del suelo representa un conjunto complejo de sustancias
constituidas por restos vegetales y organismos que están sometidos a un constante
proceso de transformación y síntesis. Por lo tanto, la MO no puede considerarse
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estable, ni cualitativa ni cuantitativamente, tanto a corto como a largo plazo. Sin
embargo, bajo condiciones naturales, se supone que el contenido de MO del suelo
está teóricamente en equilibrio. Es decir, que las entradas de carbono (C) como MO
muerta son iguales a las salidas como CO2 (Anderson, 1992; Stevenson y Cole,
1999).
La determinación cuantitativa de la MO de suelos minerales se hace mediante
la determinación de carbono total del suelo, que es la suma de carbono orgánico
(CO) e inorgánico (CI). El CO se halla fundamentalmente en la MO del suelo y el
CI en forma de carbonatos minerales. La determinación de C en el suelo involucra
la conversión de todas las formas de C a CO2 por oxidación seca o húmeda, y la
subsecuente cuantificación del CO2 mediante técnicas diferentes técnicas. La
oxidación seca se realiza en mufla a una temperatura cercana a 1000 °C. En la
oxidación húmeda se hierve el suelo con una mezcla de oxidantes. Estos métodos
requieren aparatos específicos (Nelson and Sommers, 1982).
Cuando no se tienen los equipos específicos, el análisis de rutina de CO total en
suelos se hace siguiendo la metodología propuesta por Walkley y Black (1934). El
procedimiento se basa en la oxidación de la MO del suelo mediante el tratamiento
de la muestra con una mezcla de dicromato de potasio (K2Cr2O7) y ácido sulfúrico
(H2SO4) concentrado, provocando la formación de CO2 y un exceso de Cr2O7-2. Este
último es titulado con una solución ferrosa donde el Cr2O7-2 reducido es
equivalente al CO presente en la muestra. Como la oxidación del CO es
incompleta, es necesario el uso de un factor de corrección. El factor que se utiliza
se ha establecido empíricamente comparando los resultados de ésta técnica con
oros métodos más exactos. La cantidad de MO se calcula multiplicando el valor de
C obtenido por el cociente de MO/C orgánico normalmente hallado en suelos
minerales (1,724) (Nelson y Sommers, 1982, Fassbender y Bornemisza 1987).
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Procedimiento:
1) Pesar 0,25 g de suelo tamizado y colocar en una fiola de 250 mL. Agregar 10 mL
de una solución de dicromato de potasio 1N (49,04 g de K2Cr2O7 en 1000 mL de
agua desmineralizada) y mezclar.
2) Adicionar 5 mL de agua desmineralizada y 20 mL de ácido sulfúrico
concentrado, agitar y dejar en reposo durante 30 minutos. Después agregar agua
desmineralizada hasta 125 mL aproximadamente, 10 mL de ácido fosfórico
concentrado y 0,2 g de fluoruro de sodio (NaF).
3) Adicionar 5-10 gotas de una solución indicadora de difenilamina (0,5 g de
difenilamina en 20 mL agua desmineralizada y 100 mL de ácido sulfúrico
concentrado) y titular con una solución de sulfato ferroso amoniacal 0,5 N (196,1 g
de sulfato ferroso amoniacal [Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O] en 800 mL de H2O con 20 mL
de ácido sulfúrico concentrado, y completar a 1000 mL con agua desmineralizada).
4) Prepara blancos y tratarlos de la misma forma que las muestras. Los resultados
se calculan de acuerdo a la siguiente formula:
% MOT = 10 x N(1-T/S) x 12/4000 x 1,72/0,77 x 100/W
Donde:
10 = mL de K2Cr2O7
N = normalidad del K2Cr2O7
T = volumen de la solución ferrosa gastada por la muestra (mL)
S = volumen de la solución ferrosa gastada por el blanco (mL)
W = peso de la muestra (g)
12/4000 = peso miliequivalente del C
0,77 = factor de recuperación del C (77%)
Para obtener el porcentaje de carbono orgánico total (%COT) se divide el
porcentaje de materia orgánica total (%MOT) por el factor convencional de Van
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Bemmelen (1,724). El uso de este factor resulta de la premisa de que la materia
orgánica del suelo contiene en promedio 58% de carbono.
%COT = 724,1
%MOT
9. NITRÓGENO ORGÁNICO TOTAL
La materia orgánica es la principal fuente de nitrógeno total (NT) en el suelo
(Kelley y Stevenson 1995). La importancia de este elemento en la dinámica de
nutrientes ha sido un tema de especial interés en regiones tropicales,
particularmente en los bosques, debido a que muchos de ellos son altamente
productivos a pesar de crecer en suelos de baja fertilidad (Jordan 1985). En ese
sentido, los factores que afectan la entrada de residuos orgánicos al suelo van a
influir en el ciclaje de N.
Determinación de Nitrógeno total (NT) por el método Kjeldahl
El NT es usualmente determinado usando la técnica de Kjeldalh, que consiste en la
digestión de la muestra con ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado que efectúa la
destrucción oxidativa de la materia orgánica de la muestra y la reducción del
nitrógeno orgánico a amoníaco. El amonio es retenido como bisulfato de amonio y
puede ser determinado in situ o por destilación alcalina y titulación (Bremner y
Mulvaney 1982). El Método Kjeldahl consta de tres etapas:
1. Digestión: conversión del nitrógeno en ion amonio usando el bloque de
digestión con adición previa de ácido sulfúrico y catalizador (sulfato
potásico y selenio).
2. Destilación: separación por arrastre con vapor de amoníaco y posterior
solubilización en una solución ácida de concentración conocida. En esta
etapa se adiciona NaOH a la disolución de amonio obtenida previamente,
generándose NH3 y vapor de agua, que arrastra al mismo. La solubilización
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posterior en la solución ácida permite la conversión de NH3 a NH4, el cual se
encuentra junto con el exceso de solución ácida añadida. El NH3 es recogido
sobre ácido bórico en exceso (cantidad conocida).
3. Valoración: medición de la cantidad de ácido neutralizado por el
amoníaco disuelto, lo que indica la cantidad de N presente en la muestra
inicial. El amonio se titula con ácido clorhídrico diluido.
Equipos:
1. Tubos de digestión
2. Bloque de digestión
3. Agitador mecánico (Vórtex)
4. Dispensador de ácido
5. Pipeta
6. Destilador Kjeldahl
7. Bureta
Soluciones:
1. Ácido bórico al 2%: disolver 2 g de ácido bórico en 100 ml de agua destilada.
2. Hidróxido de sodio al 40%: disolver 40 g de NaOH en 100 ml de agua
destilada.
3. Ácido clorhídrico 0,01N: preparar un litro de titrizol.
4. Indicador mixto de Corwey: mezclar en una proporción de 3:2 v/v Verde de
Bromocresol y Rojo de Metilo ambos al 0,1%.
Procedimiento:
1. Pesar 200 mg de suelo seco tamizado (fracción menor que 2 mm), colocar en
tubos de digestión y adicionarle 3 o 4 perlas de ebullición.
2. Agregar 0, 5 g de catalizador de selenio, previamente triturado.
3. Agregar 3 ml de H2SO4 concentrado.
4. Colocar en el bloque de digestión y calentar a 360°C durante 2 horas.
20
5. Trasvasar la mezcla a una fiola de 250 ml que contengan 25 ml de H3BO3 al
2%.
6. Agregar 3 o 4 gotas de Indicador mixto de corway
7. Destilar con el Kjeldahl, programado según el requerimiento (20 ml de
NaOH al 40%; 3 minutos).
8. Titular la mezcla con HCl 0,01 N.
Determinación de amonio:
La determinación del N total se realiza siguiendo el método colorimétrico de azul
de indofenol desarrollado por Betherlot (1959):
1) Tomar una alícuota de 1 mL del extracto obtenido en el proceso de digestión
antes señalado y colocar en balones aforados de 10 mL.
2) Agregar 2 ml de agua destilada y seguidamente 5 ml de reactivo de color el cual
se obtiene mezclando volúmenes iguales de:
- Solución de salicilato de sodio – nitroprusiato de sodio preparada al día (17
g de salicilato de sodio y 120 mg de nitroprusiato de sodio disueltos en 100 ml de
agua destilada).
- Solución de hidróxido de sodio 0,3 M (12 g de NaOH disueltos en 1 L de
agua destilada).
3) Agregar 2 ml de solución oxidante (0,1 g de sal sódica hidratada del ácido
dicloroisocianídrico disueltos en 100 ml de agua destilada).
4) Agitar y después de transcurridos 30 minutos, necesarios para el desarrollo del
complejo azul, se mide la absorbancia a 690 nm. en un espectrofotómetro de UV.
5) En balones aforados de 50 mL preparar patrones de concentración: 0, 1, 2, 3, 4 y
5 mg/L partiendo de una solución de N de 500 mg/L (1,913 g de Cloruro de
Amonio disueltos en 1 L de agua destilada). La matriz para los patrones se prepara
con una solución acuosa de H2SO4 2,4N. La adición de los reactivos para el
desarrollo del color se hace igual como se hizo para los extractos de las muestras.
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La absorbancia de los patrones se grafica contra la concentración final de N (µg
mL-1) y a partir de la curva de calibración se calcula la concentración de N de las
muestras. Finalmente el N total se calcula de la siguiente manera:
N total (µg g-1 suelo) = [Concentración de N (µg mL-1) (V1 x V2)]/ (V3 x PS)
Donde:
V1 = volumen del balón aforado usado (10 mL)
V2 = volumen del tubo de digestión (100 mL)
V3 = volumen de la alícuota usada para la determinación de la concentración de N
(1 mL)
PS = peso seco de la muestra (g)
Determinación de N utilizando el Autoanalizador Technicon
Procedimiento:
1) Pesar 0,25 gramos de suelo tamizado (fracción menor que 2 mm) y se colocarlo
en tubos de digestión de 100 ml de capacidad.
2) Adicionar a cada tubo de digestión 5 ml de agua desionizada, agitar y dejar en
reposo durante toda la noche. Al siguiente día, agregar 5 ml de ácido sulfúrico
concentrado (95-97%) y agitar nuevamente.
3) Colocar los tubos en un bloque digestor previamente calentado a 110 ˚C, y a
intervalos de 30 minutos se aumenta la temperatura a 125 ˚C, 150 ˚C, 175 ˚C, 200˚C,
250 ˚C, 300 ˚C hasta alcanzar 360 ˚C.
4) Después del calentamiento final de 30 minutos a 360 ˚C, se remueven los tubos
del bloque digestor y se dejan enfriar por 30 minutos. Una vez fríos los tubos, se les
añade 0,5ml de peróxido de hidrógeno (H2O2) al 30%, se agitan y colocan
nuevamente en el bloque digestor a 360 ˚C durante 30 minutos.
22
5) Posteriormente los tubos se retiran del digestor por un período de 30 minutos
para permitir su enfriamiento. El procedimiento de adición de H2O2 y enfriamiento
se repite 10 veces, hasta que la solución esté completamente clara. Después de la
décima adición de H2O2, los tubos se colocan nuevamente en el digestor a 360 ˚C y
se dejan por 60 minutos para remover algún resto de peróxido.
6) Finalizada la digestión, el contenido del tubo se enrasa a la marca de 100 ml, se
agita y se deja en reposo por dos días.
7) Posteriormente el extracto sobrenadante se recoge en envases plásticos con tapa
de rosca y se guarda en una cava refrigerada a 2 ˚C hasta el an{lisis. La
concentración del N total puede ser determinada usando un Autoanalizador
Technicon II. Los datos se expresan como g de N por Kg de suelo (g Kg-1).
10. FÓSFORO TOTAL
El fósforo en el suelo se encuentra en como fósforo orgánico, que son moléculas
complejas que forman parte de la MO del suelo, y como fósforo inorgánico
combinado con otros compuestos de forma insoluble (ocluido), en forma lábil
(absorbido por las arcillas) o en la solución del suelo en forma de ortofosfatos
primarios (H2PO4-) y secundarios (HPO42-), que son las formas asimilables por las
plantas (Fassbender y Bornemisza 1987).
La disponibilidad de H2PO4- y HPO42- va a depender del pH del suelo. En suelos
ácidos predomina el ortofosfato primario y en suelos básicos el ortofosfato
secundario. Por otro lado, la solubilidad de P en el suelo va a depender del pH. En
suelos ácidos, donde predominan compuestos de hierro (Fe3+) y aluminio (Al3+), el
P se combina con ellos volviéndose insoluble, mientras que a pH básico el fósforo
se combina con Ca o Mg volviéndose igualmente insoluble. El rango de pH en el
que el fósforo se encuentra soluble es a pH entre 5,5 y 7,0 (Brady and Weil, 1999).
23
Existen varios métodos para determinar el P total en el suelo. El que se usa en el
laboratorio de Ecología de Suelos del IVIC se basa en la extracción de ese elemento
de acuerdo con la metodología de Tiessen y Moir (1993), y la determinación se hace
colorimétricamente de acuerdo con Murphy y Riley (1962).
Procedimiento:
Digestión de las muestras:
La extracción del P total del suelo se hace mediante el procedimiento de digestión
con ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado y oxidación con peróxido de hidrógeno
(H2O2).
1) Pesar 0,25 gramos de suelo tamizado y colocarlo en tubos de digestión de 100
mL de capacidad.
2) Adicionar a cada tubo de digestión 5 mL de agua desmineralizada, agitar y dejar
en reposo durante toda la noche. Al siguiente día, agregar 5 mL de ácido sulfúrico
concentrado (95-97%) y agitar nuevamente.
3) Colocar los tubos en un bloque digestor previamente calentado a 110 ˚C, y a
intervalos de 30 minutos aumentar la temperatura a 125 ˚C, 150 ˚C , 175 ˚C, 200 ˚C,
250 ˚C, 300 ˚C hasta alcanzar ˚C.
4) Después del calentamiento final de 30 minutos a 360 ˚C se remueven los tubos
del bloque digestor y se dejan enfriar por 30 minutos. Una vez fríos los tubos, se les
añade 0,5mL de peróxido de hidrógeno (H2O2) al 30%, se agitan y se retornan al
bloque digestor (a 360 ˚C) durante 30 minutos.
5) Después del calentamiento de las muestras, los tubos se retiran del digestor por
un período de 30 minutos para permitir su enfriamiento.
6) El procedimiento de adición de H2O2 y enfriamiento se repite 10 veces, hasta que
la solución esté completamente clara. Después de la décima adición de H2O2, los
tubos se colocan de nuevo en el digestor a 360 ˚C y se dejan por 60 minutos para
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remover algún resto de peróxido. Finalizada la digestión, el contenido del tubo se
enrasa a la marca de 100 mL, se agita y se deja en reposo por dos días.
Ajuste de pH y desarrollo del color:
La determinación del P total se hace siguiendo el método de azul de molibdeno
propuesto por Murphy y Riley (1962):
1) Tomar una alícuota de 10 mL del extracto obtenido en el proceso de digestión
antes señalado y colocar en balones aforados de 50 mL.
2) Seguidamente se añaden 3 gotas del indicador o-paranitrofenol al 0,1%, y el pH
se ajusta adicionando gota a gota una solución acuosa de hidróxido de sodio
(NaOH) 4N (160 g de NaOH en un litro de agua desmineralizada), hasta que el
color del indicador cambie de incoloro a amarillo.
3) Inmediatamente se adiciona gota a gota una solución acuosa de H2SO4 0,5N
hasta que la muestra se torne incolora. Finalmente se añaden 8 mL de reactivo
mixto de color, el cual se obtiene mezclando cuidadosamente las siguientes
soluciones en un balón aforado de 500 mL:
- 250 mL de solución acuosa de H2SO4 5N (278 mL de H2SO4 concentrado en
2 litros de agua desmineralizada).
- 75 mL de solución acuosa de molibdato de amonio (40 g de molibdato de
amonio/1 litro de agua desmineralizada).
- 50 mL de solución acuosa de ácido ascórbico (26 g de ácido ascórbico en 500
mL de agua desmineralizada).
- 25 mL de solución acuosa de tartrato de antimonio y potasio (1,454 g de
tartrato de antimonio y potasio en 500 mL de desmineralizada). 4) Se afora a 50 mL con agua desmineralizada y después de transcurridos 40
minutos, necesarios para el desarrollo del color azul, se mide la absorbancia a 712
nm en un espectrofotómetro de UV.
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5) Los patrones se preparan en balones aforados de 50 mL en un intervalo de
concentración entre 0 y 1 mg/L partiendo de una solución de P de 100 mg/L. La
matriz para los patrones se prepara con una solución acuosa de H2SO4 2,4N. El
ajuste del pH y el desarrollo del color se hace igual como se hizo para las muestras.
La absorbancia de los patrones se grafica contra la concentración de P (µg mL-1) y a
partir de la curva de calibración se calcula la concentración de P de las muestras.
Finalmente el P total se calcula de la siguiente manera:
P total (µg g-1 suelo) = [Concentración de P (µg mL-1) (V1 x V2)]/ (V3 x PS)
Donde:
V1 = volumen del balón aforado usado (50 mL)
V2 = volumen del tubo de digestión (100 mL)
V3 = volumen de la alícuota usada para la determinación de la concentración de P
(10 mL)
PS = peso seco de la muestra (g)
REFERENCIAS CITADAS
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