El Complejo de Cambio o Complejo Adsorbente de los Suelos

Si bien las plantas absorben sus nutrientes de las soluciones acuosas del suelo, existe una suerte de equilibrio entre la concentración de iones en aquellas y los que son retenidos por la fase sólida o matriz del suelo. Tal equilibrio es bastante complejo, dependiendo de variables como la naturaleza del ión, la de la partícula que lo absorbe y el pH, entre otras. De un modo muy grosero, podríamos decir que se denomina complejo de cambio al conjunto de partículas con capacidad para adsorber los iones de las mentadas soluciones del suelo. Tal hecho confiere a los suelos unas propiedades muy particulares que benefician tanto el desarrollo de los cultivos y la vegetación en general, como a las comunidades de organismos edáficos. En este post analizaremos los aspectos más elementales de lo que venimos pues a denominar complejo de cambio o complejo adsorbente de los suelos. Se trata pues de un post divulgativo, es decir para estudiantes. La información aquí suministrada ha sido extraída del Manual de Suelos de P. Duchaufour, así de tres interesantes páginas Web que aprovecho a publicitar, por cuanto pueden ser de mucho interés para algunos de vosotros.

 

 

Los Coloides del suelo, los agregados y

la  retención de nutrientes por la raíz

del suelo: Fuente: Universidad de los Andes Venezuela

 

Más concretamente me refiero a:

curso on-line de la Universidad de Granada

curso on-line de la Universidad de Extremadura

Universidad Autónoma de México

 

Todos ellos albergan un material muy interesante. Os recomiendo que visitéis estos sitios de la Web, al menos a los estudiantes universitarios. Pero sigamos adelante.

 

De un modo más riguroso, siguiendo a Duchaufour, podríamos decir que el complejo adsorbente consiste principalmente en el conjunto de coloides dotados de cargas negativas capaces de retener los cationes de cambio. Como hemos dicho, los iones de cambio del complejo absorbente están en equilibrio con la solución del suelo, de tal forma que cualquier alteración en la composición de esta última induce otro concomitante en el reiterado equilibrio.

 

 

 

Equilibrio entre los iones en solución y los retenidos

por el complejo de cambio (Universidad de Granada)

 

En realidad existen varios tipos de partículas capaces de absorber y retener los iones en el medio edáfico. Sin embargo un tipo de ellas el potencial es escaso, en contraposición con el otro. Así por ejemplo, las arenas finas y limos apenas atesoran tal potencial, al contrario que las partículas aún más finas y con poder coloidal como lo son las substancias húmicas generadas por la descomposición de la materia orgánica y las arcillas, ya sean de neoformación en el propio suelo, o heredadas de la roca madre o material parental. También merecen ser incluidos en este último grupo los oxihidróxidos de hierro y aluminio.

 

Del mismo modo, respecto a la estructura y dinámica del complejo absorbente cabe diferenciar entre dos tipos diferentes de iones que pueden ser retenidos. Por un lado nos encontramos con aquellos que, como ya vimos en otros post, son generadores de acidez. Hablamos más concretamente de los iones H+ y el Al3+. La otra categoría la constituyen los denominados iones básicos, es decir Ca2+, Mg2+, K+ y Na+ principalmente. Por tanto, cuando dominan los del primer grupo, el suelo será marcadamente ácido y el desarrollo de la vegetación muy precario. Si por el contrario, el complejo de cambio esta casi o totalmente saturado de los iones básicos, el ambiente iónico del suelo tenderá a ser neutro e incluso moderadamente alcalino. Cuando el sodio y el potasio son muy abundantes, el hH será acusadamente alcalino, lo cual tampoco beneficia el desarrollo de los cultivos y la vegetación en general (suelos salinos y alcalinos en su sentido más amplio).

 

 

 

El Humus y su absorción de iones

Universidad de Granada

 

No todos los suelos atesoran la misma capacidad de adsorber y retener los nutrientes del suelo. Como ya hemos mentado, si son ricos en arcillas (especialmente de determinados tipos de ellas) y materia orgánica bien humificada, su potencial será alto, al contrario de lo que sucedería en suelos arenosos y/o limosos y pobres en restos orgánicos bien descompuestos. Tal potencial es denominado por los edafólogos “capacidad de intercambio iónico”, si bien debido a la electronegatividad de los coloides de arcilla y humus, los expertos suelen referirse a esta propiedad como  la capacidad de intercambio catiónico” o CIC, expresando sus valores en cmol(c)/kg.

 

 

Arcillas del suelo absorbiendo

el hidrógeno liberado por las raíces

Fuente: Universidad de los Andes Venezuela

 

Los geles formados por los compuestos húmicos atesoran un mayor potencial de absorber cationes que las arcillas, si bien también intervienen la naturaleza de unas y de otras. Por ejemplo las denominadas arcillas expandibles (tales como la montmorillonita) son mejores “secuestradoras” que las que no tienen tal propiedad, como la caolinita. Ya comentamos humus y arcillas son la base de los fundamentales “agregados del suelo” de los que ya hemos hablado en numerosas ocasiones (ver documentos incluidos en la categoría “Componentes, Estructuras y  Procesos”).

 

 

Naturaleza de la partícula

CCC, meq/100g

cuarzo y feldespatos

1-2

óxidos e hidróx. Fe y Al

4

caolinita

3-15

ilita y clorita

10-40

montmorillonita

80-150

vermiculita

100-160

materia orgánica

300-500

 

Capacidad de cambio de distintas

partículas del suelo

Fuente: Universidad de Granada

 

Las partículas de arcilla y las moléculas orgánicas presentan una carga residual negativa sobre su superficie por lo que son intercambiadores catiónicos preferentemente (al atraer a los iones de carga positiva), mientras que los oxihidróxidos de hierro y aluminio están cargados positivamente y son intercambiadores aniónicos (o de aniones) de modo prioritario. Esta es la razón por la que suele hacerse uso de la denominación de “complejo adsorbente. Por tanto, este último actúa como almacén donde están fijados reversiblemente muchos de los elementos nutritivos para las plantas. Como tal reservorio, las plantas absorben los nutrientes conforme los van requiriendo. De no ser así estos se lavarían con el drenaje de las aguas pluviales, por lo que el suelo se empobrecería rápidamente, perdiendo buena parte de su fertilidad. ¿Cómo libera los cationes el complejo de cambio?. Básicamente,  intercambio de estos por otros distintos también con carga positiva, como el H+ y los radicales orgánicos que las plantas segregan. Sin embargo hay que considerar que si un suelo es contaminado por metales pesados, por ejemplo, se genera el mismo proceso, pudiendo  perjudicar la alimentación de los vegetales y a la postre a los humanos que consuman estos.

 

Obviamente, tras ser cultivados de forma continuada, los suelos se empobrecen en nutrientes, por cuanto estos son exportados fuera del sistema en la biomasa de aquellos. Esta es la razón por la que a menudo se le de descanso o “barbecho” a los suelos uno o más años con vistas a que recuperen su fertilidad y contenido en materia orgánica. En caso contrario, deben añadírseles los aniones y cationes en forma de enmiendas (inorgánicas u orgánicas) o abonos. Los abonos más elementales contienen nitrógeno, fósforo y potasio. Cuando el suelo es ácido también se recurre a la incorporación de cal o carbonato cálcico, aumentando de este modo el desplazamiento del hidrógeno de cambio por calcio, a la par que el pH del suelo.  En general, cuando aumenta el pH también lo hace el CIC, por lo que puede absorber más nutrientes.

 

 

 

Relación entre el pH y la CIC

Fuente: Universidad de Extremadura

 

Un tema más complicado de explicar consiste en que las cargas que presentan algunas partículas de la matriz del suelo en su superficie se pueden diferenciar entre dos grandes categorías, en función de la disposición de los elementos. Uno de ellos corresponde a lo que los edafólogos denominamos cargas permanentes, mientras que el segundo grupo varía su carga en función del pH. (cargas variables) Ya hablaremos de este tópico en otro post.  Aunque adelantaremos algo.

 

Como hemos mentado el incrementarse el pH aumenta el CIC. Por esta razón la capacidad de cambio se tiene que estimar a pH=7. Por el contrario, con vistas a caracterizar el estado actual del complejo adsorbente de un suelo ácido es mejor que el pH sea el propio que presenta de forma natural. Por tanto debemos diferenciar los dos tipos de cargas negativas del complejo absorbente antes mencionadas. Las cargas permanentes, que existen al pH del suelo y las cargas variables, que se desarrollan entre el pH del suelo y pH 7.

 

 

 

Incremento de la CIC con el pH

Fuente: Universidad de Extremadura

 

Por otro lado, no todos los cationes del suelo son absorbidos retenidos con igual fuerza por el complejo de cambio. Así pues podemos definir la fuerza de intercambio, que es una función de la valencia del catión. A igual valencia, los iones menos hidratados se absorben mejor. Los fenómenos de dilución influyen también sobre los de cambio. Si hay dilución, los cationes monovalentes (como el hidrógeno) son cambiados por divalentes (como el calcio y magnesio) y pasan así a la disolución siendo absorbidos por la vegetación o arrastrados por las aguas de drenaje. Esto explica porque bajo climas templados, en periodos húmedos los iones monovalentes son minoritarios, incluso cuando abundan y son fácilmente desprendidos de la roca madre o material parental.

 

Otro concepto a explicar es el del grado de saturación del complejo de cambio. Este varia inversamente al porcentaje de H+ y aluminio que ocupan el CIC. Se dice que un suelo tiene su complejo saturado (al 100%) cuando no posee los iones ácidos, es decir los dos últimos mentados.  De acuerdo a Duchaufour, en la practica, se admite que un suelo esta saturado cuando si no está por debajo de 85-90% (el 10 o 15% restante lo estaría pues constituido de los susodichos iones ácidos). Recordemos que los suelos ácidos están muy desaturados de iones básicos, por lo que su fertilidad es muy pobre e incluso el ambiente iónico puede ser tóxico para el desarrollo de la vegetación (y la actividad biológica de las comunidades de organismos edáficos) no adaptada a ambientes iónicos tan extremos.

 

  Juan José Ibáñez

 

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Comentarios

QUISIERA SABER MAS ACERCA DE LAS CARGAS VARABLES POR FAVOR ES IMPORTANTE ME PODRIAS ENVIAR INFORMACION DETRALLADA DE LAS CARGAS VARIABLES PORFA NO SEAN MALOS.

antes todo un cordial saludo y felicitaciones por esta pagina. me gustariam saber si se podria utilizar una arcilla (cualquiera) como filtro para la desmineralización de agua potable. me despido esperando una respuesta q satisfaga mi inquietud…..

me gusta es el mejor

Una consulta, en si, ¿el complejo adsorbente es la CIC??

Me gustaría saber si me podría decir entre que valores estaría el complejo de cambio en los suelos forestales de Galicia, y que bibliografía podría consultar

el trabajo esta bueno pero me gustaria que hablara algo mas sobre los nutrientes que absorben las plantas

hola amigo felicitaciones por tu informacion muy verosimil, estoy realizando una invesigaciòn y te pregunto si esta a tu alcance colaborarme: Es posible que la CIC ( capaciadad de intercambio cationico) en suelos de pH < 7 en suelos arcillosos genere un campo lectrico con la ionosfera con mayor efecto del fenomeno del rayo

elaboramos un abono liquido foliar con propiedades asombrosas, ya que nutre a la planta. y es capaz de eliminar trips, barrenadores,aracnidos y mosca blanca. lo cual investigando creemos que es un coloide.

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