INTERCAMBIO KCA EN LA FRACCION ARCILLA DE SUELOS VOLCÁNICOS

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INTERCAMBIO CATIONICO, MEDIANTE ROTMUND-KORFELD Y GAINES-THOMAS EN FRACCION ARCILLA EN SUELOS VOLCÁNICOS CHILENOS

INTERCAMBIO K-Ca EN LA FRACCION ARCILLA DE SUELOS VOLCÁNICOS. APLICACIÓN DE LOS MODELOS DE ROTHMUND-KORNFELD Y GAINES-THOMAS.


Katherine Avendaño(1), Carmen Pizarro(1), Itilier Salazar(2) y Mauricio Escudey(1)

(1)Universidad de Santiago de Chile. Casilla 40.Correo 33, Santiago, Chile.

(2)Universidad de la Frontera. Temuco, Chile.

[email protected], [email protected], [email protected]


INTRODUCCIÓN

El Suelo, es un sistema dinámico en el cual, la solución de Suelo, es el medio para procesos físicos, químicos y biológicos con minerales, materia orgánica, microorganismos y la atmósfera (1). Los suelos volcánicos en Chile representan un alto porcentaje del suelo arable que el país dispone, es en estos suelos donde se establecen bosques y se obtiene gran parte de la producción cerealera y ganadera.


La fracción arcilla (<2m) es la parte más activa del suelo; en los suelos volcánicos en dicha fracción predominan minerales secundarios como alofán e imogolita en los suelos jóvenes (Andisoles) y haloisita y kaolinita en los más desarrollados (Ultisoles), los cuales ejercen una notable influencia sobre las propiedades químicas, físicas y biológicas del suelo.


La disponibilidad de macronutrientes como K, Ca; así como su acumulación o pérdida en el suelo, se puede interpretar a través de la selectividad de intercambio catiónico. Así, en el presente trabajo se analizan las diferencias de las propiedades de intercambio entre suelos y arcillas considerando la selectividad K-Ca y la interpretación a través del modelo termodinámico de Gaines-Thomas y el modelo semi-empírico de Rothmund-Kornfeld.

El equilibrio de K-Ca, se puede describir por la ecuación:

INTERCAMBIO KCA EN LA FRACCION ARCILLA DE SUELOS VOLCÁNICOS (1)

y la constante de equilibrio (Keq) como

INTERCAMBIO KCA EN LA FRACCION ARCILLA DE SUELOS VOLCÁNICOS (2)

en donde N representa la fracción equivalente del catión adsorbido, el coeficiente de actividad del ión en solución, g el coeficiente de actividad del ión adsorbido, M la concentración en solución.

Según el modelo de Gaines-Thomas, Keq se puede calcular mediante la expresión INTERCAMBIO KCA EN LA FRACCION ARCILLA DE SUELOS VOLCÁNICOS (3)

y según el modelo de Rothmund–Kornfeld como

INTERCAMBIO KCA EN LA FRACCION ARCILLA DE SUELOS VOLCÁNICOS INTERCAMBIO KCA EN LA FRACCION ARCILLA DE SUELOS VOLCÁNICOS (4)

Donde k y n son constantes empíricas específicas para un suelo en particular y la pareja de iones involucrados en el intercambio.


MATERIALES Y MÉTODOS

Muestras.- En el presente trabajo se estudió el horizonte A de cuatro suelos Chilenos de origen volcánico representativos de la zona sur de Chile en un tamaño de partícula <2mm y su correspondiente fracción tamaño arcilla (<2m). Las características de todas las muestras se presentan en la Tabla 1.

Caracterización.- Tanto suelos como arcillas se caracterizaron para pH, bases de intercambio, capacidad de intercambio catiónico al pH de equilibrio y contenido de carbono orgánico fácilmente oxidable.

Metodología.- En cada suelo se extrajo la fracción arcilla empleando un procedimiento que involucra sólo la aplicación de ultrasonido para dispersar en agua bidestilada y la posterior suspensión y separación de los primeros 20 cm de suspensión después de 24 horas de acuerdo a la ley de Stokes (2).


Equilibrio de Intercambio Catiónico.


Para cada equilibrio K-Ca se utilizó un conjunto de 8 soluciones equilibrantes de composición variable de K-Ca, variando la fracción equivalente de cada catión entre 0 y 1, manteniendo la fuerza iónica constante (0.05 ± 0.005mol L-1 ). La solución equilibrante se adicionó posteriormente a una etapa de homoionización y se reemplazó tres veces para garantizar su composición. Los tubos se dejaron durante la noche en un agitador orbital 25.0 ± 0.1°C. Al día siguiente se retiraron del agitador, se midió el pH a cada muestra y se centrifugó a 9000 r.p.m, eliminándose el sobrenadante. Enseguida se pesaron los tubos con el objeto de determinar la cantidad de solución atrapada.


Los cationes adsorbidos se desplazaron mediante tres tratamientos consecutivos con 20 mL de solución de nitrato de amonio 0.15 M cada vez, se enrasó cada solución a 100,0 mL y se determinó Ca y K por absorción y emisión atómica respectivamente.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los resultados de la caracterización presentados en la Tabla 1 señalan que tanto suelos como arcillas tienen un carácter ácido, que las arcillas presenta un mayos contenido de carbono orgánico y capacidad de intercambio catiónico al pH de equilibrio que los correspondientes suelos a un tamaño < 2 mm. Tanto en suelos como en arcillas los Andisoles presenta un mayor contenido de carbono orgánico que los Ultisoles.


TABLA 1. Ubicación de las muestras, capacidad de intercambio catiónico (CIC) al pH de equilibrio, contenido de carbono orgánico (CO) y pH (1:2.5 razón suelo:agua), para suelos y arcillas.

MUESTRA

ORDEN

SUELOS

ARCILLAS

UBICACION

CIC

(cmol(+) kg-1)

CO

(%p/p)

pH

CIC

(cmol(+) kg-1)

CO

(%p/p)

pH

LATITUD

LONGITUD

COLLIPULLI

ULTISOL

36o58’S

72o09’W

8.7

1.5

5.2

12.6

2.4

5.7

METRENCO

ULTISOL

38o34’S

72o22’W

9.3

2.3

4.7

12.9

3.1

4.9

DIGUILLIN

ANDISOL

36o53’S

72o10’W

11.8

5.8

6.2

31.7

10.5

6.4

N.BRAUNAU

ANDISOL

41o19’S

73o06’W

10.3

9.5

4.1

15.6

13.1

5.0


La selectividad de intercambio se establece a través de gráficos de NK vs XK (fracción equivalente de K adsorbido y en solución respectivamente), cuando se comparan con una isoterma de no preferencia. Para las arcillas esta información se entrega en la Figura 1. Las isotermas de intercambio demuestran que en tres arcillas hay selectividad por K, sólo para la arcilla proveniente del suelo Diguillín hay selectividad por K a XK<0,7 y por Ca a XK>0,7.

Las constantes del equilibrio K-Ca se presentan en la Tabla 2. Los valores confirman lo observado en la Figura 1 en relación con la selectividad por K de las muestras, la secuencia establecida es Collipulli Metrenco Nueva Braunau Diguillín.. Tanto el modelo de Gaines-Thomas (G-T) como el de Rothmund-Kornfeld (R-K) entregan valores comparables (Tabla 2). Las diferencias se pueden atribuir a las dificultades en la etapa de la integración en el modelo de G-T cuando no se obtienen suficientes datos experimentales para 0<NK<0,1 y para 0,9<NK<1,0 y que resultan en mayor incertidumbre en el valor final de Keq calculado por este modelo.

Al comparar la Keq de suelos y fracciones (Tabla 2) se observa que al trabajar con la fracción arcilla se establece una reducción de la selectividad por K con respecto a lo observado

FINTERCAMBIO KCA EN LA FRACCION ARCILLA DE SUELOS VOLCÁNICOS
igura 1.- Isotermas de intercambio para la fracción arcilla de las muestras.

Figura 2.- Relación entre el ln Keq y el contenido de carbono orgánico de las muestras de suelos y arcillas.

Tabla 1: Constantes de Equilibrio para suelos y arcillas determinadas por Rothmund-Kornfeld y por Gaines-Thomas.



Muestra

ln Keq

Rothmund-Kornfeld

Gaines-Thomas

Suelos

Arcillas

Arcillas

Collipulli

-3,15

-2,41

-2,02

Metrenco

-2.16

-2,18

-1,89

Diguillín

-0,398

0,42

0,45

Nueva Braunau

-1,66

-1,05

-0,93

en los suelos. Al observar la Figura 2 se aprecia que el conjunto de datos que incluye el ln Keq determinado por R-K para suelos y arcillas, sigue una relación lineal, lo que permite interpretar el cambio de selectividad observado por granulometría como una consecuencia de un cambio en la composición de las muestras más que originado por un cambio de tamaño de partícula.



LITERATURA CITADA

1.-HUANG, P. M. (1999). Environmental Soil Chemistry and Human Welfare. Univ. Saskatchewan. Department of Soil Science. Saskatoon. Conferencia 14° Congreso Latinoamericano de la Ciencia del Suelo.

2.-JACKSON M. L. (1969). Soil Chemical Analysis: Advanced course, 3era Ed. (Madison, Wisconsin, Published by the author) pp. 894

Agradecimientos.- Los autores agradecen el financiamiento otorgado por FONDECYT proyecto 1030778 y Beca doctoral CONICYT.



A NEXO 6 PROGRAMA DE INTERCAMBIO 20…20… CONFIRMACIÓN DE
AÑADIR LOGO OTRA PART CONVENIO ESPECÍFICO DE INTERCAMBIO DE
ACUERDO DE COOPERACIÓN ACADÉMICA PARA PERMITIR EL INTERCAMBIO DE


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