Resumen ejecutivo
– La acidificación del suelo es un proceso natural en entornos de alta pluviosidad en los que la lixiviación acidifica lentamente el suelo a lo largo del tiempo.
– La agricultura intensiva puede acelerar la acidificación del suelo a través de muchos procesos: aumento de la lixiviación, adición de fertilizantes, eliminación de productos y acumulación de materia orgánica en el suelo.
– De todos los principales nutrientes de los fertilizantes, el nitrógeno es el principal nutriente que afecta al pH del suelo, y los suelos pueden volverse más ácidos o más alcalinos dependiendo del tipo de fertilizante nitrogenado utilizado.
– Los productos a base de nitrato son los menos acidificantes de los fertilizantes nitrogenados, mientras que los productos a base de amonio son los que más pueden acidificar el suelo.
– La acidificación del suelo debida al uso de fertilizantes fosforados es pequeña comparada con la atribuida al nitrógeno, debido a las menores cantidades de este nutriente utilizadas y a la menor acidificación por kg de fósforo. El ácido fosfórico es el fertilizante fosforado más acidificante.
– Los fertilizantes potásicos tienen poco o ningún efecto sobre el pH del suelo.
Antecedentes
La acidificación del suelo es un fenómeno natural muy extendido en regiones con precipitaciones medias y altas, y los sistemas de producción agrícola pueden acelerar los procesos de acidificación del suelo a través de la perturbación de los ciclos naturales del nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S) en el suelo, a través de la eliminación de los productos agrícolas de la tierra, y a través de la adición de fertilizantes y enmiendas del suelo que pueden acidificar el suelo o hacerlo más alcalino (Kennedy 1986). Los cambios en el pH del suelo pueden ser ventajosos o perjudiciales dependiendo del pH inicial del suelo y de la dirección y velocidad del cambio de pH – por ejemplo, las disminuciones en el pH del suelo en suelos alcalinos pueden ser ventajosas para la producción de cultivos debido a los beneficios en términos de disponibilidad de P y micronutrientes, por ejemplo, zinc (Zn) (Mitchell et al. 1952). Por otro lado, la disminución del pH del suelo para un suelo altamente ácido puede ser perjudicial en términos de aumentar la susceptibilidad de los cultivos a la toxicidad inducida por el aumento de la solubilidad del aluminio (Al) o del manganeso (Mn) a medida que el pH del suelo disminuye (Wright 1989).
Los procesos clave y las razones de los cambios en el pH del suelo en los sistemas agrícolas se describen a continuación.
Uso de fertilizantes
El uso de fertilizantes minerales u orgánicos en la agricultura aumenta los aportes de nutrientes a los suelos, y la forma en que se aplican los nutrientes y su destino en el sistema suelo-planta determinan los efectos generales sobre el pH del suelo. Los macronutrientes (N, P, potasio (K) y S) son los que más influyen en el pH, ya que se añaden al suelo en cantidades mucho mayores que los micronutrientes.
Nitrógeno
La forma del N y su destino en el sistema suelo-planta es probablemente el principal impulsor de los cambios en el pH del suelo en los sistemas agrícolas.
El nitrógeno puede añadirse a los suelos en muchas formas, pero las formas predominantes de N fertilizante utilizadas son la urea (CO(NH₂)₂), el fosfato monoamónico (NH₄H₂PO₄), el fosfato diamónico ((NH₄)₂HPO₄) nitrato de amonio (NH₄NO₃), nitrato de amonio cálcico (CaCO₃+NH₄(NO₃)) sulfato de amonio ((NH₄)₂SO₄), nitrato de amonio ureico (mezcla de urea y nitrato de amonio) y polifosfato de amonio (n).
Las moléculas clave de N en términos de cambios en el pH del suelo son la molécula de urea sin carga (0), el catión amonio (NH₄+) y el anión nitrato (NO₃-). La conversión de N de una forma a otra implica la generación o el consumo de acidez, , y la absorción de urea, amonio o nitrato por las plantas también afectará a la acidez del suelo (Figura 1).
Figura 1. Acidez del suelo y fertilizantes nitrogenados (modificado de (Davidson 1987)). MAP = fosfato monoamónico, DAP = fosfato diamónico, SoA = sulfato de amonio, CAN = nitrato amónico cálcico, nitrato sódico
Se puede observar en la Figura 1 que los fertilizantes a base de amonio acidificarán el suelo ya que generan dos iones H⁺ por cada molécula de amonio nitrificada a nitrato. El grado de acidificación depende de si el nitrato producido a partir del amonio se lixivia o es absorbido por las plantas. Si el nitrato es absorbido por las plantas, la acidificación neta por molécula de amonio se reduce a la mitad en comparación con el escenario en el que el nitrato es lixiviado. Esto se debe al consumo de un ion H⁺ (o excreción de OH-) por cada molécula de nitrato absorbida – esto se observa a menudo cuando el pH aumenta en la rizosfera (Smiley y Cook 1973). El amoníaco anhidro y la urea tienen un menor potencial de acidificación en comparación con los productos a base de amonio, ya que se consume un ion H⁺ en la conversión a amonio. Los fertilizantes a base de nitrato no tienen potencial de acidificación y, de hecho, pueden aumentar el pH del suelo, ya que la planta absorbe un ion H⁺ (o excreta OH-) en la absorción del nitrato.
Fósforo
La forma del fertilizante de P añadido al suelo puede afectar a la acidez del mismo, principalmente a través de la liberación o ganancia de iones H⁺ por parte de la molécula de fosfato, dependiendo del pH del suelo (Figura 2). Si se añade ácido fosfórico (AF) al suelo, la molécula siempre acidificará el suelo ya que se liberarán iones H⁺: un ion H⁺ si el pH del suelo es inferior a ~6,2 y dos iones H⁺ si el pH del suelo es superior a 8,2. El fosfato monoamónico (MAP), el superfosfato simple (SSP) y el superfosfato triple (TSP) añaden P al suelo en forma de ion H₂PO₄-, que puede acidificar el suelo con un pH superior a 7,2 pero no tiene ningún efecto sobre el pH del suelo en suelos ácidos. La forma de P en el fosfato diamónico (DAP) es HPO₄²-, que puede hacer más alcalinos los suelos ácidos (pH<7,2) pero no tiene ningún efecto en los suelos con un pH>7,2. La hidrólisis del polifosfato de amonio (APP), en la que el P presente como molécula de P₂O₇⁴ se convierte en HPO₄²-, tiene un pH neutro y, por tanto, cualquier acidificación debida a la adición de P puede considerarse similar a la del DAP. A veces se declara que el SSP o el TSP causan acidificación del suelo debido a que los productos de la reacción son muy ácidos;
Ca(H₂PO₄)₂+ ₂H₂O -> CaHPO₄ + H⁺ + H₂PO₄-
pero en suelos con valores de pH inferiores a 7.7 la siguiente reacción neutraliza la acidez producida para que no haya acidificación neta;
CaHPO₄ + H₂O -> Ca₂+ + H₂PO₄- + OH-
En suelos de pH alto (pH >7.2), la disociación del ion H+ de la molécula de H₂PO₄- generará cierta acidez.
La absorción de P por parte de los cultivos tiene poco efecto en la acidez del suelo debido a las pequeñas cantidades de P de los fertilizantes que se absorben en un año – por lo tanto, la química de los fertilizantes domina los cambios de pH y no se han observado diferencias significativas en el pH de la rizosfera para la absorción de diferentes iones de ortofosfato.
Figura 2. Acidez del suelo y fertilizantes de P. MAP = fosfato monoamónico, DAP = fosfato diamónico,
SSP = superfosfato simple, TSP = superfosfato triple, APP = polifosfato amónico.
El azufre
La forma de abono de S añadida al suelo puede afectar a la acidez del mismo, principalmente a través de la liberación de iones H⁺ por la adición de S elemental (S⁰) o tiosulfato (S₂O3²-, en el tiosulfato de amonio – ATS) (Figura 3). Sin embargo, las cantidades de S añadidas al suelo y tomadas por las plantas son generalmente pequeñas en comparación con el N.
Figura 3. Acidez del suelo y fertilizantes con S. S⁰ = S elemental, ATS = tiosulfato de amonio, SoA = sulfato de amonio.
Por cada molécula de S⁰ que se añada al suelo, se generarán dos iones H⁺, que pueden equilibrarse a través de la absorción por parte de las plantas, ya sea mediante la absorción de H⁺ (lo mismo que la excreción de iones OH-) o la generación de OH- (aniones efectivamente orgánicos) dentro de la planta para formar material vegetal alcalino («alcalinidad de cenizas»). Cuando se eliminan los productos (lo que suele ocurrir en los sistemas agrícolas) se producirá una acidificación neta del suelo si se utiliza S⁰ o ATS.
Potasio
La forma en la que se añade el K al suelo – ya sea muriato de potasa (KCl) o sulfato de potasa (K₂SO₄) – no tiene ningún efecto sobre la acidificación del suelo.
Acidificación por productos de Microessentials
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