El pH del suelo es importante porque los vegetales sólo pueden absorber a los minerales disueltos, y la variación del pH modifica el grado de solubilidad de los minerales. Por ejemplo, el aluminio y el manganeso son más solubles en el agua edáfica a un pH bajo y al ser absorbidos por las raíces son tóxicos a ciertas concentraciones. Determinadas sales minerales que son esenciales para el crecimiento vegetal, como el fosfato de calcio, son menos solubles a un pH alto, lo que hace que esté menos disponible para las plantas.
También el pH del suelo afecta al proceso de lixiviación de las sustancias nutritivas para las plantas. Un suelo ácido tiene una capacidad menor de retención catiónica porque los iones hidrógeno desplazan a los cationes como el de potasio y el de magnesio.
En un suelo con pH ácido, los iones H+ reemplazan a los de Ca2+, Mg2+ y K+, los cuales son posteriormente lavados del suelo, disminuyendo la riqueza de nutrientes disponibles. |
El pH de la mayor parte de los suelos varía entre 4 y 8, pero algunos se salen de este rango. El pH de algunos bosques varía entre 2.8 y 3.9, es decir, es muy ácido, pero en suelos salinos el pH es mayor de 8.5.
El rango óptimo del pH del suelo para el crecimiento de la mayor parte de los vegetales es de 6.0 a 7.0 porque la mayor parte de las sustancias nutritivas de las plantas están disponibles en este intervalo.
El pH del suelo influye en el desarrollo de las plantas y a su vez el pH del suelo es afectado por los vegetales y otros organismos. Por ejemplo, el intercambio catiónico realizado por las raíces de las plantas reduce el valor del pH del suelo, la descomposición del humus y la respiración celular de los organismos edáficos. (para saber más acerca del pH conviene consultar Energía y cambios. pH )
La lluvia ácida (un tipo de contaminación del aire, del agua y del suelo producida por los ácidos sulfúrico y nítrico generados por actividades del hombre) altera la composición química del suelo y reduce gravemente el pH del suelo. Este fenómeno provoca la destrucción forestal debido a la alteración química del suelo y al deterioro gradual de los árboles de los bosques como ocurrió en Europa y Estados Unidos de América.
El agua en el suelo
Como el suelo tiene partes ocupadas por agua y por aire, en términos generales, el agua es retenida en los poros más pequeños del suelo y el aire atmosférico en los poros más grandes.
El agua edáfica proviene de la precipitación pluvial o de depósitos subterráneos y contiene concentraciones de sustancias disueltas que llegan a las raíces y son absorbidas por éstas. El agua edáfica que no se une a las partículas de suelo o que no es absorbida por las raíces arrastra a través del suelo a los materiales disueltos en ella. Al proceso mediante el cual el suelo pierde a los minerales disueltos en el agua se le llama lixiviación. También es posible que el agua de los depósitos subterráneos al ascender arrastre consigo materiales disueltos.
El agua y los minerales disueltos que entran al córtex (su principal función es de almacenamiento y está formado principalmente por células parenquimatosas de disposición laxa con grandes espacios intercelulares, comprende el grueso de la raíz de una dicotiledónea herbácea) radicular desde la epidermis se desplazan en solución por dos rutas: el apoplasto (pasa por las paredes celulares porosas interconectadas) y el simplasto (va del citoplasto de una célula al de la siguiente a través de los plasmodesmos).
El agua y los minerales disueltos se transportan en el xilema y el azúcar (sacarosa) disuelta se transporta en el floema. El agua después de pasar por las células endodérmicas ingresa en el xilema radicular. Tras entrar en el xilema, el agua es transportada en dirección ascendente a través del xilema radicular hasta el xilema del tallo y de ahí al resto de la planta.
El aire en el suelo
El suelo tiene numerosos huecos o poros de distintos tamaños entre sus partículas, que están llenos de proporciones variables de aire y agua edáficos. El agua y el aire son necesarios para formar un suelo húmedo y bien aireado que mantenga a las plantas y otros organismos edáficos. En términos generales, el aire atmosférico es retenido en los poros más grandes del suelo y el agua en los poros más pequeños. El aire atmosférico ocupa los poros que deja el escurrimiento del agua después de la lluvia.
El aire edáfico está formado por los mismos gases que contiene el aire atmosférico, aunque en proporciones diferentes. Por ejemplo, el proceso de la respiración aerobia de los organismos del suelo disminuye la proporción de oxígeno e incrementa la cantidad de bióxido de carbono en relación a la proporción del aire atmosférico.
El oxígeno que las células radiculares necesitan para la respiración aerobia se difunde desde los espacios aéreos del suelo hacia los espacios intercelulares del córtex (su principal función es de almacenamiento y está formado principalmente por células parenquimatosas de disposición laxa con grandes espacios intercelulares, comprende el grueso de la raíz de una dicotiledónea herbácea) y de aquí a las células de la raíz.
Entre los gases importantes para los proceso que ocurren en el suelo están el oxígeno necesario para la respiración aerobia de los organismos edáficos; el nitrógeno es utilizado por las bacterias fijadoras de nitrógeno y el bióxido de carbono (CO2) es aprovechado por las bacterias y también forma ácido carbónico (H2CO3) al reaccionar con el agua favoreciendo el proceso de intemperismo.
La respiración celular puede ser aerobia o anaerobia y los dos procesos son exergónicos, es decir, que liberan energía.
Los elementos químicos y el crecimiento de las plantas
En la Tierra se han encontrado 92 elementos químicos y alrededor de 60 de ellos forman parte de las plantas, pero se ha demostrado que sólo 16 de ellos son esenciales para el crecimiento y desarrollo normal de las plantas. A 9 de ellos se les conoce como macronutrientes porque se encuentran en cantidades mayores de 0.05 % en peso seco y son: el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio, azufre, calcio y magnesio. A los 7 elementos químicos que se encuentran en cantidades menores al 0.05% en peso seco y que son necesarios para el crecimiento y el desarrollo normal de las plantas se les conoce como micronutrientes o elementos traza y son: el fierro, boro, manganeso, cobre, molibdeno, cloro y zinc.
El carbono, el hidrógeno, el oxígeno y el nitrógeno provienen del aire y del agua, y los otros 12 elementos químicos esenciales los obtienen del suelo plantas como iones disueltos en el agua (provienen de la roca madre de la que se formó el suelo).
El carbono, el hidrógeno y el oxígeno forman parte de la estructura de las moléculas de importancia biológica como los lípidos, los carbohidratos, las proteínas y los ácidos nucleicos. El nitrógeno forma parte de la estructura de las proteínas, los ácidos nucleicos y la clorofila. El fósforo es un componente de los ácidos nucleicos, los fosfolípidos (esenciales para la membrana celular) y de las moléculas de transferencia de energía como el ATP (adenosin trifosfato o trifosfato de adenosina). El calcio tiene una función estructural fundamental como componente de la lámina media (capa cementante entre las paredes celulares de las células vegetales adyacentes). También se considera que el calcio participa en otras actividades fisiológicas de las plantas como la modificación de la permeabilidad de las membranas. El magnesio es parte fundamental de la estructura de la molécula de la clorofila y el azufre forma parte de la estructura de algunos aminoácido y vitaminas.
El potasio lo utilizan las plantas en forma de ion (K+) para el mantenimiento de la turgencia de las células mediante el fenómeno de la ósmosis. La presencia del ion potasio en el citoplasma hace que la célula tenga una mayor concentración de solutos que las células circundantes. También el potasio participa en la apertura y cierre de los estomas.
El cloro en forma de ion (Cl1-) es esencial para el proceso de la fotosíntesis y también participa en el mantenimiento de la turgencia de las células.
El boro interviene en proceso del transporte de los carbohidratos a través de la membrana celular y en el aprovechamiento del calcio.
El níquel participa en reacciones enzimáticas de las leguminosas nitrificantes como el chícharo y el frijol. El silicio favorece el crecimiento de varios pastos.
Los elementos químicos esenciales y sus principales funciones en las plantas.
en que lo capta | ||
Azufre | Componente de algunos aminoácidos y vitaminas | |
Boro | Participa en el transporte a través de la membrana celular y en el aprovechamiento del calcio | |
Calcio | Componente cementante de las paredes celulares,; participa en la permeabilidad de la membrana; activador enzimático | |
Carbono | Reactivo de la fotosíntesis; componente de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos | |
Cloro | Participa en la fotosíntesis y en el balance iónico | |
Cobre | Activador enzimático de la fotosíntesis | |
Fierro | Participa en reacciones enzimáticas y en moléculas de transporte de electrones en los procesos de la fotosíntesis, respiración y fijación del nitrógeno | |
Fósforo | En ácidos nucleicos, fosfolípidos, ATP (en la transferencia de energía) | |
Hidrógeno | Componente de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos | |
Magnesio | Componente de la clorofila; activador enzimático en el metabolismo de los carbohidratos | |
Manganeso | Activador de enzimas que participan en la respiración y en el metabolismo del nitrógeno; necesario para la fotosíntesis | |
Molibdeno | Activador de enzimas que participan en el metabolismo del nitrógeno | |
Nitrógeno | Componente de proteínas, ácidos nucleicos, clorofila, algunas coenzimas | |
Oxígeno | Componente de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos | |
Potasio | Participa en el balance iónico celular mediante la ósmosis; apertura y cierre de estomas; activador enzimático | |
Zinc | Activador de enzimas en la respiración y en el metabolismo del nitrógeno |
Los cultivos pueden agotar los minerales del suelo.
En un ecosistema natural los elementos químicos esenciales que las plantas o los animales toman de los minerales del suelo para su crecimiento y desarrollo son reincorporados cuando las plantas y los animales que los consumen mueren y son descompuestos. Pero en un suelo agrícola este patrón es alterado cuando los cultivos son cosechados y consumidos por las personas o los animales. Como los nutrimentos no pueden ser reincorporados al suelo después de un cierto tiempo el suelo pierde su fertilidad (capacidad de producir cultivos en cantidad apropiada).
El crecimiento vegetal depende de ciertos factores limitantes como el agua, la luz solar y ciertos elementos químicos esenciales para el crecimiento vegetal como el nitrógeno, el fósforo y el potasio. Para sostener la productividad de los suelos agrícolas se utilizan periódicamente productos químicos solubles en agua llamados fertilizantes para reponer los elementos químicos que actúan como factores limitantes. Los fertilizantes inorgánicos son de acción inmediata y de tiempo de duración corto en comparación con los orgánicos. Un fertilizante inorgánico, por ejemplo, 10, 20, 20, indica las concentraciones relativas de nitrógeno, fósforo y potasio respectivamente. A los fertilizantes orgánicos se les llama abonos y consisten, por ejemplo, en estiércol de bovinos, vacunos, caballar, residuos de cultivos, harina de huesos, sangre y composta. Son complejos y son de composición variable; son de acción lenta y duración prolongada.