Acidificación del suelo
Acumulación de cationes de hidrógeno, que reduce el pH del suelo.

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

La acidificación del suelo ocurre de forma natural cuando los líquenes y las algas comienzan a descomponer las superficies rocosas. Los ácidos continúan con esta disolución a medida que el suelo se desarrolla. Con el tiempo y la erosión, los suelos se vuelven más ácidos en los ecosistemas naturales. Las tasas de acidificación del suelo pueden variar y aumentar con ciertos factores como la lluvia ácida , la agricultura y la contaminación. [1]

Causas

Lluvia ácida

La lluvia es naturalmente ácida debido al ácido carbónico que se forma a partir del dióxido de carbono en la atmósfera [ cita requerida ] . Este compuesto hace que el pH de la lluvia sea de alrededor de 5,0 a 5,5. Cuando la lluvia tiene un pH más bajo que 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 conducir a la producción de 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 por emisiones antropogénicas . [2] 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. [3] [4]

Los ácidos nítrico y sulfúrico presentes en la lluvia ácida y en la nieve pueden tener diferentes efectos en la acidificación de los suelos forestales, en particular estacionalmente en regiones donde se puede acumular una capa de nieve durante el invierno. [5] 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 filtrarse a través de los suelos forestales de gran altitud durante un corto período de tiempo en la primavera. [6] Este volumen de agua puede comprender hasta el 50% de la precipitación anual. La descarga 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. [7] La ​​disminución del pH puede solubilizar el Al 3+ que es tóxico para los peces, [8] especialmente los alevines recién nacidos 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 la descarga de agua de deshielo de la nieve, 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 los ácidos orgánicos, lo que la hace menos tóxica para los peces. En caso de lluvia, la proporción de ácidos nítrico y sulfúrico disminuye a aproximadamente 1:2. El mayor contenido de ácido sulfúrico de la lluvia también puede no liberar tanto Al 3+ de los suelos como el ácido nítrico, en parte debido a la retención (adsorción) de SO 4 2- por los suelos. Este proceso libera OH − en la solución del suelo y amortigua la disminución del pH causada por el H + agregado de ambos ácidos. Los horizontes (capas) orgánicos del suelo del bosque que son altos en materia orgánica también amortiguan el pH y disminuyen la carga de H+ que posteriormente se filtra a través de los horizontes minerales subyacentes. [9] [10]

Meteorización biológica

Las raíces de las plantas acidifican el suelo liberando protones y ácidos orgánicos para erosionar químicamente los minerales del suelo. [11] Los restos en descomposición de plantas muertas en el suelo también pueden formar ácidos orgánicos que contribuyen a la acidificación del suelo. [12] La acidificación de la hojarasca en el horizonte O es más pronunciada bajo árboles coníferos como el pino , el abeto y la picea , que devuelven menos cationes básicos al suelo, en lugar de bajo árboles de hoja caduca ; sin embargo, las diferencias de pH del suelo atribuidas a la vegetación a menudo preexistían a esa vegetación y ayudan a seleccionar especies que las toleran. La acumulación de calcio en la biomasa existente también afecta fuertemente el pH del suelo, un factor que puede variar de una especie a otra. [13]

Materiales para padres

Ciertos materiales parentales también contribuyen a la acidificación del suelo. Los granitos y sus rocas ígneas afines se denominan "ácidos" porque tienen mucho cuarzo libre , que produce ácido silícico al meteorizarse. [14] Además, tienen cantidades relativamente bajas de calcio y magnesio. Algunas rocas sedimentarias como el esquisto y el carbón son ricas en sulfuros , que, cuando se hidratan y oxidan, producen ácido sulfúrico que es mucho más fuerte que el ácido silícico. Muchos suelos de carbón son demasiado ácidos para soportar un crecimiento vigoroso de las plantas, y el carbón emite fuertes precursores de la 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

Las enmiendas del suelo, como los fertilizantes químicos, pueden causar acidificación del suelo. Los fertilizantes a base de azufre pueden ser altamente acidificantes, como el azufre elemental y el sulfato de hierro, mientras que otros, como el sulfato de potasio, no tienen un efecto significativo en 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. [15] Los fertilizantes nitrogenados a base de amoníaco incluyen sulfato de amonio , fosfato diamónico , fosfato monoamónico y nitrato de amonio . Las fuentes de nitrógeno orgánico, como la urea y el compost , son menos acidificantes. Las fuentes de nitrato que tienen poco o nada de amonio, como el nitrato de calcio , el nitrato de magnesio , el nitrato de potasio y el nitrato de sodio , no son acidificantes. [16] [17] [18]

Contaminación

La acidificación también puede ocurrir a partir de emisiones de nitrógeno al aire, ya que el nitrógeno puede terminar depositándose en el suelo. [19] El ganado es responsable de casi el 65 por ciento de las emisiones de amoníaco de origen humano . [20]

Las fuentes antropogénicas de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno desempeñan un papel importante en el aumento de la producción de lluvia ácida. [ aclaración necesaria ] El uso de combustibles fósiles y los gases de escape de los motores son los mayores contribuyentes antropogénicos a los gases sulfúricos y los óxidos de nitrógeno, respectivamente. [21]

El aluminio es uno de los pocos elementos capaces de acidificar el suelo. [22] Esto se consigue porque el aluminio extrae los iones de hidróxido del agua, dejando atrás los iones de hidrógeno. [23] Como resultado, el suelo es más ácido, lo que lo hace inhabitable para muchas plantas. Otra consecuencia del aluminio en los suelos es la toxicidad del aluminio, que inhibe el crecimiento de las raíces. [24]

Prácticas de gestión agrícola

Los enfoques de gestión agrícola como el monocultivo y la fertilización química a menudo conducen a problemas del suelo, como la acidificación, la degradación y las enfermedades transmitidas por el suelo, que en última instancia tienen un impacto negativo en la productividad y la sostenibilidad agrícolas. [25] [26]

Efectos

La acidificación del suelo puede causar daños a las plantas y a los organismos que se encuentran en él. En las plantas, la acidificación del suelo produce raíces más pequeñas y menos duraderas. [27] Los suelos ácidos a veces dañan las puntas de las raíces, lo que reduce el crecimiento posterior. [28] 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 da como resultado una cobertura reducida y una menor densidad de plantas. En general, se observa un retraso en el crecimiento de las plantas. [29] La acidificación del suelo está directamente relacionada con una disminución de las especies de plantas en peligro de extinción. [30]

En el suelo, la acidificación reduce la diversidad microbiana y macrofaunal . [31] Esto puede reducir el deterioro de la estructura del suelo, lo que lo hace más sensible a la erosión. Hay menos nutrientes disponibles en el suelo, mayor impacto de elementos tóxicos para las plantas y consecuencias para las funciones biológicas del suelo (como la fijación de nitrógeno ). [32] Un estudio reciente mostró que el monocultivo de caña de azúcar induce acidez del suelo, reduce la fertilidad del suelo, cambia 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. [33] Por lo tanto, mitigar la acidez del suelo, mejorar la fertilidad del suelo y las actividades enzimáticas del suelo, incluida la estructura microbiana mejorada con servicio beneficioso para las plantas y el suelo, puede ser una medida eficaz para desarrollar un sistema de cultivo de caña de azúcar sostenible. [25]

A mayor escala, la acidificación del suelo está vinculada a pérdidas de productividad agrícola debido a estos efectos. [31]

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 fatalidad de la vida vegetal se incluyen; plantas menos sensibles a las condiciones ácidas o lluvia ácida menos potente. También en casos menores, la planta eventualmente morirá debido a que el agua ácida reduce el pH natural de las plantas. El agua ácida ingresa a la planta y hace que los minerales importantes de la planta se disuelvan y se los lleven; lo que finalmente hace que la planta muera por falta de minerales para la nutrición. [34] 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. Del mismo modo, la lluvia ácida que cae sobre el suelo y sobre las hojas de las plantas provoca 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. Para ver si una planta está siendo afectada por la acidificación del suelo, uno puede observar de cerca las hojas de la planta. Si las hojas son verdes y se ven saludables, el pH del suelo es normal y aceptable para la vida vegetal. Pero si las hojas de la planta tienen un color amarillento entre las venas de las hojas, eso significa que la planta está sufriendo de acidificación y no está sana. Además, una planta que sufre de acidificación del suelo no puede realizar la fotosíntesis. [35] La desecación de la planta debido al agua ácida destruye los orgánulos del cloroplasto. Sin poder realizar la fotosíntesis, una planta no puede crear nutrientes para su propia supervivencia ni oxígeno para la supervivencia de los organismos aeróbicos, 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. [36]

Prevención y gestión

La acidificación del suelo es un problema común en la producción de cultivos a largo plazo que se puede reducir con cal, enmiendas orgánicas (por ejemplo, paja y estiércol) y la aplicación de biocarbón . [37] [25] [38] [39] [40] 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 de las raíces y mejor salud de las plantas. [26] [41]

También se pueden aplicar diferentes estrategias de manejo para prevenir una mayor acidificación: usar fertilizantes menos acidificantes, considerar la cantidad de fertilizantes y el momento de aplicación para reducir la lixiviación de nitrógeno y nitrato, manejar bien el riego con agua neutralizante de ácidos y considerar la relación entre nutrientes básicos y nitrógeno en los cultivos cosechados. Los fertilizantes azufrados solo se deben usar en cultivos que respondan y tengan una alta tasa de recuperación. [42]

Al reducir las fuentes antropogénicas de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno y con medidas de control de la contaminación del aire, tratemos [¿ quiénes? ] de reducir la lluvia ácida y la acidificación del suelo en todo el mundo. [43]

Esto se ha observado en Ontario, Canadá, en varios lagos y ha demostrado mejoras en el pH y la alcalinidad del agua. [44]

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

  • Fenn, ME; Huntington, TG; McLaughlin, SB; Eagar, C.; Gomez, A.; Cook, RB (2006). "Estado de la acidificación del suelo en América del Norte" (PDF) . Journal of Forest Science . 52: 3–13. Archivado desde el original (PDF) el 2011-10-20 . Consultado el 2019-01-13 . El agotamiento del Ca es un mecanismo primario de los efectos de la deposición ácida en el este de América del Norte
  • "Acidificación del suelo". ScienceDirect . Elsevier. nd
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