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Acidificación del suelo

La acidificación del suelo es la acumulación de cationes de hidrógeno , lo que reduce el pH del suelo . Químicamente, esto ocurre cuando se añade al suelo un donante de protones...

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La acidificación del suelo es la acumulación de cationes de hidrógeno , lo que reduce el pH del suelo . Químicamente, esto ocurre cuando se añade al suelo un donante de protones . El donante puede ser un ácido , como el ácido nítrico , el ácido sulfúrico o el ácido carbónico . También puede ser un compuesto como el sulfato de aluminio , que reacciona en el suelo liberando protones. La acidificación también se produce cuando se lixivian del suelo cationes básicos como el calcio , el magnesio , el potasio y el sodio .

La acidificación del suelo ocurre de forma natural cuando los líquenes y las algas comienzan a descomponer las superficies rocosas. Los ácidos continúan liberándose con esta disolución a medida que se desarrolla el suelo. Con el tiempo y la erosión, los suelos se vuelven más ácidos en los ecosistemas naturales. La acidificación del suelo puede tener efectos negativos sobre los microorganismos y la salud de las plantas. Las tasas de acidificación del suelo pueden variar y aumentar con ciertos factores como la lluvia ácida , la agricultura y la contaminación. [ 1 ] Este efecto puede prevenirse mediante métodos como el encalado superficial, la reducción de fertilizantes y el riego. [ 2 ]

Causas

Lluvia ácida

La lluvia es naturalmente ácida debido a la formación de ácido carbónico a partir del dióxido de carbono en la atmósfera. [ 3 ] Este compuesto hace que el pH de la lluvia sea de alrededor de 5,0–5,5. Cuando la lluvia tiene un pH inferior a los niveles naturales, puede causar una rápida acidificación del suelo. El dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno son precursores de ácidos más fuertes que pueden producir lluvia ácida cuando reaccionan con el agua en la atmósfera. Estos gases pueden estar presentes en la atmósfera debido a fuentes naturales como rayos y erupciones volcánicas, o a emisiones antropogénicas . [ 4 ] Los cationes básicos como el calcio se lixivian del suelo a medida que fluye la lluvia ácida, lo que permite que aumenten los niveles de aluminio y protones. [ 5 ] [ 6 ]

Los ácidos nítrico y sulfúrico en la lluvia ácida y la nieve pueden tener diferentes efectos en la acidificación de los suelos forestales, particularmente estacionalmente en regiones donde puede acumularse una capa de nieve durante el invierno. [ 7 ] La nieve tiende a contener más ácido nítrico que ácido sulfúrico y, como resultado, un pulso de agua de deshielo rica en ácido nítrico puede lixiviar a través de los suelos forestales de gran altitud durante un corto período en la primavera. [ 8 ] Este volumen de agua puede comprender hasta el 50% de la precipitación anual. El flujo de ácido nítrico del agua de deshielo puede causar una disminución brusca y a corto plazo del pH del agua de drenaje que ingresa a las aguas subterráneas y superficiales. [ 9 ] La disminución del pH puede solubilizar Al 3+ que es tóxico para los peces, [ 10 ] especialmente para los alevines recién eclosionados con sistemas branquiales inmaduros a través de los cuales pasan grandes volúmenes de agua para obtener O 2 para la respiración. A medida que pasa el flujo de agua de deshielo, las temperaturas del agua aumentan y los lagos y arroyos producen más materia orgánica disuelta; La concentración de Al en el agua de drenaje disminuye y se une a ácidos orgánicos, lo que la hace menos tóxica para los peces. En la lluvia, la proporción de ácidos nítrico a sulfúrico disminuye a aproximadamente 1:2. El mayor contenido de ácido sulfúrico en la lluvia también puede no liberar tanto Al³⁺ de los suelos como el ácido nítrico, en parte debido a la retención ( adsorción ) de SO₄²⁻ por los suelos. Este proceso libera OH⁻ en la solución del suelo y amortigua la disminución del pH causada por el H⁺ añadido de ambos ácidos. Los horizontes orgánicos del suelo forestal , ricos en materia orgánica, también amortiguan el pH y disminuyen la carga de H⁺ que posteriormente se lixivia a través de los horizontes minerales subyacentes. [ 11 ] [ 12 ]

meteorización biológica

Las raíces de las plantas acidifican el suelo al liberar protones y ácidos orgánicos, lo que provoca la meteorización química de los minerales del suelo. [ 13 ] Los restos en descomposición de plantas muertas en el suelo también pueden formar ácidos orgánicos que contribuyen a la acidificación del suelo. [ 14 ] La acidificación por hojarasca en el horizonte O es más pronunciada bajo árboles coníferos como el pino , el abeto y el pino , que devuelven menos cationes básicos al suelo, que bajo árboles caducifolios ; sin embargo, las diferencias de pH del suelo atribuidas a la vegetación a menudo preexistían a dicha vegetación y ayudan a seleccionar especies que las toleran. La acumulación de calcio en la biomasa existente también afecta fuertemente al pH del suelo, un factor que puede variar de una especie a otra. [ 15 ]

Materiales para padres

Las rocas ígneas liberan ácido silícico, que emite iones de hidrógeno, disminuyendo así el pH del suelo circundante.

Ciertos materiales parentales también contribuyen a la acidificación del suelo. Los granitos y sus rocas ígneas afines se denominan "ácidas" porque tienen mucho cuarzo libre , que produce ácido silícico al meteorizarse. [ 16 ] Además, tienen cantidades relativamente bajas de calcio y magnesio. Algunas rocas sedimentarias como la pizarra y el carbón son ricas en sulfuros , que, al hidratarse y oxidarse, producen ácido sulfúrico, mucho más fuerte que el ácido silícico. Muchos suelos carboníferos son demasiado ácidos para sustentar un crecimiento vegetal vigoroso, y el carbón emite precursores fuertes de lluvia ácida cuando se quema. Las arcillas marinas también son ricas en sulfuros en muchos casos, y dichas arcillas se vuelven muy ácidas si se drenan a un estado oxidante.

Enmiendas del suelo

Los mejoradores del suelo, como los fertilizantes químicos , pueden causar acidificación del suelo. Los fertilizantes a base de azufre pueden ser altamente acidificantes; ejemplos de ello son el azufre elemental y el sulfato de hierro, mientras que otros, como el sulfato de potasio , no tienen un efecto significativo sobre el pH del suelo . Si bien la mayoría de los fertilizantes nitrogenados tienen un efecto acidificante, los fertilizantes nitrogenados a base de amonio son más acidificantes que otras fuentes de nitrógeno. [ 17 ] Los fertilizantes nitrogenados a base de amonio incluyen el sulfato de amonio , el fosfato diamónico , el fosfato monoamónico y el nitrato de amonio . Las fuentes de nitrógeno orgánico, como la urea y el compost , son menos acidificantes. Las fuentes de nitrato que contienen poco o ningún amonio, como el nitrato de calcio , el nitrato de magnesio , el nitrato de potasio y el nitrato de sodio , no son acidificantes. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

Contaminación

La acidificación también puede producirse por emisiones de nitrógeno al aire, ya que el nitrógeno puede terminar depositándose en el suelo. [ 21 ] La ganadería es responsable de casi el 65 por ciento de las emisiones de amoníaco de origen humano . [ 22 ]

Las fuentes antropogénicas de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno desempeñan un papel importante en el aumento de la producción de lluvia ácida. [ 23 ] [ 24 ] El uso de combustibles fósiles y los gases de escape de los motores son los mayores contribuyentes antropogénicos a los gases sulfúricos y óxidos de nitrógeno, respectivamente. [ 25 ]

El aluminio es uno de los pocos elementos capaces de acidificar el suelo. [ 26 ] Esto se produce cuando el aluminio extrae iones hidróxido del agua, dejando iones hidrógeno. [ 27 ] Como resultado, el suelo se vuelve más ácido, lo que lo hace inhabitable para muchas plantas. Otra consecuencia del aluminio en los suelos es la toxicidad por aluminio , que inhibe el crecimiento de las raíces. [ 28 ]

prácticas de gestión agrícola

Los enfoques de manejo agrícola, como el monocultivo y la fertilización química, a menudo provocan problemas en el suelo, como la acidificación, la degradación y las enfermedades transmitidas por el suelo, lo que en última instancia tiene un impacto negativo en la productividad y la sostenibilidad agrícola. [ 29 ] [ 30 ]

Fumigar los campos con pesticidas para proteger los cultivos de las plagas.

Los plaguicidas son una práctica agrícola común que puede tener un impacto negativo en los organismos microbianos y la salud de las plantas. La mayoría de los plaguicidas tienen un pH entre 5,5 y 7, que es ácido, por lo que después de un uso prolongado pueden disminuir el pH haciendo que el suelo sea más ácido. [ 31 ] Después del uso excesivo de plaguicidas, varios factores como la luz solar, la actividad microbiana y el agua descomponen los plaguicidas para liberar una cantidad excesiva de iones de hidrógeno en el suelo, disminuyendo el pH. Sin estos nutrientes, el suelo no puede sustentar la supervivencia de los organismos vivos, lo que les impide contribuir a la salud de las plantas y del suelo. Los microorganismos oxidantes de amoníaco (AOM) son sensibles a los plaguicidas y tienen una abundancia del gen amoA que ayuda a promover el ciclo del nitrógeno y a mantener la salud del suelo. [ 32 ] La nitrificación realizada por estos organismos beneficia a las plantas, pero libera un subproducto de iones de hidrógeno y ácido nítrico que continúa acidificando el suelo. Algunos plaguicidas que contienen nitrógeno liberan altas cantidades de amonio, que es un reactivo para el proceso de nitrificación.

Es fundamental revisar la etiqueta del plaguicida y realizar los cálculos necesarios para determinar la dosis adecuada y lograr una aplicación eficaz. Otros factores como la temperatura del agua, el tipo de suelo, la persistencia , el tipo de plaguicida y las restricciones legales deben considerarse y se debe investigar antes de la aplicación. [ 33 ]

Efectos

Efectos visuales de la lluvia ácida en Costa Rica: árboles sin hojas y en descomposición, suelo erosionado y una gran pérdida de vegetación.

La acidificación del suelo puede causar daños a las plantas y organismos que viven en él. En las plantas, la acidificación del suelo produce raíces más pequeñas y menos resistentes. [ 5 ] Los suelos ácidos a veces dañan las puntas de las raíces, lo que reduce el crecimiento. [ 34 ] La altura de las plantas se ve afectada y la germinación de las semillas también disminuye. La acidificación del suelo afecta la salud de las plantas, lo que resulta en una menor cobertura y una menor densidad de plantas . En general, se observa un crecimiento atrofiado en las plantas. [ 35 ] La acidificación del suelo está directamente relacionada con una disminución de especies de plantas en peligro de extinción. [ 36 ]

En el suelo, la acidificación reduce la diversidad microbiana y macrofaunística . [ 37 ] Esto puede reducir el deterioro de la estructura del suelo, lo que lo hace más susceptible a la erosión. Hay menos nutrientes disponibles en el suelo, mayor impacto de elementos tóxicos en las plantas y consecuencias para las funciones biológicas del suelo (como la fijación de nitrógeno ). [ 38 ] Un estudio reciente mostró que el monocultivo de caña de azúcar induce acidez en el suelo, reduce la fertilidad del suelo, altera la estructura microbiana y reduce su actividad. Además, la mayoría de los géneros bacterianos beneficiosos disminuyeron significativamente debido al monocultivo de caña de azúcar, mientras que los géneros fúngicos beneficiosos mostraron una tendencia inversa. [ 39 ] Por lo tanto, mitigar la acidez del suelo, mejorar la fertilidad del suelo y las actividades enzimáticas del suelo, incluyendo una estructura microbiana mejorada con servicios beneficiosos para las plantas y el suelo, puede ser una medida eficaz para desarrollar un sistema de cultivo de caña de azúcar sostenible. [ 29 ]

A mayor escala, la acidificación del suelo está relacionada con pérdidas en la productividad agrícola debido a estos efectos. [ 37 ]

La lluvia ácida provoca la caída y degradación de las hojas de los árboles en la República Checa.

Los impactos del agua ácida y la acidificación del suelo en las plantas pueden ser menores o, en la mayoría de los casos, mayores. En los casos menores, que no resultan en la muerte de la planta, se incluyen: plantas menos sensibles a las condiciones ácidas y/o lluvia ácida menos intensa. También en los casos menores, la planta eventualmente morirá debido a que el agua ácida reduce su pH natural. El agua ácida entra en la planta y hace que los minerales importantes para la planta se disuelvan y sean arrastrados; lo que finalmente causa la muerte de la planta por falta de minerales para la nutrición. [ 40 ] En los casos mayores, que son más extremos, ocurre el mismo proceso de daño que en los casos menores, que es la eliminación de minerales esenciales, pero a un ritmo mucho más rápido. De igual manera, la lluvia ácida que cae sobre el suelo y las hojas de las plantas causa el secado de la cutícula cerosa de las hojas ; lo que finalmente causa una rápida pérdida de agua de la planta a la atmósfera exterior y resulta en la muerte de la planta. Esto hace que los cationes básicos esenciales en el suelo se lixivien y aumente la disponibilidad de iones tóxicos que dañan las raíces de las plantas. Si una planta se ve afectada por la acidificación del suelo, se puede observar de cerca que las hojas se ponen amarillas entre las nervaduras y/o que su crecimiento se ve atrofiado. [ 41 ] Si las hojas están verdes y se ven sanas, el pH del suelo es normal y aceptable para la vida de la planta. Sin embargo, el síntoma de hojas amarillas no es consistente con la acidificación del suelo, ya que también puede ser resultado de condiciones de suelo alcalino o de un suelo deficiente en nutrientes. Además, una planta que sufre acidificación del suelo tiene dificultades para realizar la fotosíntesis . [ 42 ] La desecación de la planta debido al agua ácida destruye los orgánulos cloroplastos . Sin poder realizar la fotosíntesis, una planta no puede crear nutrientes para su propia supervivencia ni oxígeno para la supervivencia de los organismos aerobios ; lo que afecta a la mayoría de las especies de la Tierra y, en última instancia, acaba con el propósito de la existencia de las plantas. [ 43 ]

Prevención y gestión

La acidificación del suelo es un problema común en la producción de cultivos a largo plazo que puede reducirse mediante la aplicación de cal, enmiendas orgánicas (por ejemplo, paja y estiércol) y biocarbón . [ 44 ] [ 29 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] En cultivos de caña de azúcar, soja y maíz cultivados en suelos ácidos, la aplicación de cal resultó en la restauración de nutrientes, aumento del pH del suelo, aumento de la biomasa radicular y mejor salud de las plantas. [ 30 ] [ 48 ] El encalado a mayor profundidad en el suelo es más efectivo que el encalado superficial, pero puede ser más costoso y difícil. [ 49 ]

También se pueden aplicar diferentes estrategias de manejo para prevenir una mayor acidificación: usar fertilizantes menos acidificantes, considerar la cantidad y el momento de aplicación del fertilizante para reducir la lixiviación de nitrógeno nítrico, un buen manejo del riego con agua neutralizante de ácidos y considerar la proporción de nutrientes básicos a nitrógeno en los cultivos cosechados. Los fertilizantes de azufre solo deben usarse en cultivos que respondan bien y tengan una alta tasa de recuperación. [ 50 ]

Al reducir las fuentes antropogénicas de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, y con medidas de control de la contaminación atmosférica, se puede reducir la lluvia ácida y la acidificación del suelo en todo el mundo. [ 51 ]

Esto se ha observado en Ontario, Canadá, en varios lagos y ha demostrado mejoras en el pH y la alcalinidad del agua . [ 52 ]

Distribución geográfica

La acidificación del suelo se encuentra con mayor frecuencia en el sudeste asiático, la selva amazónica, el África subsahariana y el este de los Estados Unidos. [ 53 ] [ 54 ] Cada región tiene diversas causas de la acidez de su suelo.

  • Sudeste asiático: la actividad volcánica y la lluvia ácida, la industrialización con el tiempo pueden aumentar la acidificación del suelo [ 55 ].
  • Selva amazónica: la meteorización biológica y la lluvia ácida, la contaminación del aire (vehículos motorizados y prácticas industriales) es la principal causa de la lluvia ácida en la selva [ 56 ].
  • África subsahariana: lluvia ácida y saturación de aluminio en la capa superficial del suelo [ 57 ]
  • Este de Estados Unidos: el material parental (granito y roca ígnea) y el suelo carecen de cationes después de décadas de industrialización que aumentan la acidez del suelo [ 58 ].

Véase también

Referencias

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Lecturas adicionales

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