Enmiendas calcareas completo

ACIDEZ DE SUELO Y ENMIENDAS CALCAREAS.
Hernán Pinilla Quezada. Universidad de La Frontera.
1. Introducción.
Uno de los principales problemas que enfrentan los suelos derivados de cenizas
volcánicas del sur de Chile, es la pérdida gradual y progresiva de su fertilidad natural,
situación que se ha producido, entre otros factores, por la alta susceptibilidad de los
suelos a la erosión, lo que genera pérdida de materia orgánica y cationes del suelo.
Además, esta pérdida progresiva de la capacidad productiva de los suelos se ve
incrementada por la alta pluviometría de la región; por el uso intensivo de los suelos
agrícolas, por la introducción de especies de mayor potencial productivo; por
fertilizaciones que no satisfacen la demanda de todos los nutrientes extraídos por los
cultivos; y por el uso frecuente de fertilizantes de reacción ácida, tales como la urea,
nitratos de amonio, sulfato de amonio y los fosfatos de amonio, que contribuyen en
forma importante a incrementar la acidez de los suelos.
El uso de este tipo de fertilizantes ha sido una alternativa que ha adoptado el productor
por el menor costo que representan por unidad de nutriente, lo que, unido a una
fertilización que tradicionalmente no restituye los nutrientes extraídos por los cultivos,
genera un cuadro preocupante sobre los niveles de fertilidad y productividad de algunos
suelos ubicados en zonas de alta pluviometría.
2. Enmiendas.
La alternativa más corriente para elevar el pH del suelo y disminuir el porcentaje de
saturación de aluminio , así como incrementar su suma de bases, es a través del uso de
materiales encalantes. El éxito de esta práctica va a depender de las características
químicas de la enmienda utilizada, de la dosis aplicada ,y de la forma y época de
aplicación. Además va a estar influenciada por aspectos de orden económicos
relacionados con el precio del material, como por los costos de aplicación e
incorporación al suelo.
Sin embargo, la utilización sostenida de fertilizantes de reacción alcalina como el salitre
sódico y potásico, el nitrato de calcio, el nitrato de potasio y mezclas fertilizantes con
nitrógeno nítrico y un adecuado aporte de bases son una estrategia alternativa que
mejora las propiedades químicas de un suelo acidificado y se complementa muy bien
con la corrección que realizan las enmiendas calcáreas.
2.1. Composición química de la enmienda
Los materiales comúnmente usados son el carbonato de calcio (CaCO3), carbonato
doble de calcio y magnesio [Ca(Mg) CO3], óxido de calcio (CaO), e hidróxido de calcio
[(CaOH)2]. Los dos primeros son los más utilizados en el país por razones de facilidad
de manejo.
2
•
Reacción del carbonato de calcio. Es el producto que más se utiliza para corregir
la acidez de los suelos y se obtiene por la molienda de rocas calcáreas cuyo
principal constituyente químico es el CaCO3. La acción neutralizante del carbonato
de calcio se debe a la siguiente reacción:
Ca CO3 + H2O
Ca +2 + CO3 –2
CO3 –2 + H2O
HCO-3 + OH-
HCO-3 + H2O
H2CO3 + OH-
H2CO3
H2O + CO2
En la reacción señalada anteriormente resulta fundamental la presencia de agua en
cada uno de los pasos, y como resultado de la hidrólisis del carbonato de calcio se
producen tres efectos favorables: incremento del pH y contenido de calcio y
disminución del aluminio de intercambio.
•
La reacción de hidrólisis de un carbonato doble de calcio y magnesio sigue los
mismos pasos anteriores, generándose a la vez un aumento en el contenido de
magnesio del suelo, el que estará relacionado con la concentración de magnesio del
material encalante. Según la presencia de magnesio en los materiales utilizados
como enmiendas, estos se clasifican en:
Calcáreo calcítico, los cuales tienen un contenido de MgO inferior al 5%.
Calcáreo magnesiano, con un contenido de MgO del 5,1% al 12 % de MgO.
Calcáreo dolomítico, con un contenido de MgO superior al 12%.
Reacción del óxido de calcio. Este material se prepara calcinando los carbonatos
los cuales se descomponen según la siguiente reacción:
Ca(Mg)CO3
Ca(Mg)O + CO2
850 º C
Ca(Mg)O + 2H2O
Ca +2 (Mg+2) + 2OH- + calor
El óxido de calcio o cal viva preparada de esta manera reacciona con gran rapidez
produciéndose el efecto corrector en forma muy rápida. Sin embargo su uso no está
muy difundido por tratarse de una substancia cáustica y de difícil manejo. El calor
generado puede dañar las semillas, las plántulas e incluso a los microorganismos.
Para evitar daños, el óxido de calcio precisa ser aplicado con cierta antelación, y la
única dificultad que se puede producir en el suelo es que el agua absorbida pueda
producir gránulos endurecidos al recubrirse con una capa de CaCO3, retardando la
reacción.
3
• Reacción del hidróxido de calcio. Se denomina cal apagada y se obtiene
según la siguiente reacción:
Ca(Mg)O + 2H2O
Ca+2 (Mg+2) (OH)2 + H2O
Ca+2 (Mg+2) (OH)2 + calor
Ca+2 (Mg+2) + 2OH-
En este caso la acción neutralizante es inmediata, por la disolución del hidróxido, y
este material es más manejable que el óxido, por ser químicamente menos activo.
2.2. Valor de neutralización de la enmienda
El valor de neutralización (VN) del material correctivo está dado por la cantidad de ácido
que es capaz de neutralizar, lo que depende de su composición química y grado de
pureza. El carbonato de calcio puro se considera como patrón de referencia, siendo su
poder de neutralización de un 100%. Por esta razón el valor de neutralización se
expresa como “porcentaje equivalente en carbonato de calcio”. El peso equivalente del
CaCO3 es 50 (PM/2) y el del MgCO3 es 42 (PM/2). Por lo tanto 42 gr de MgCO3
neutraliza la misma cantidad de ácido que 50 gramos de CaCO3, de ahí que el
porcentaje equivalente en carbonato de calcio del carbonato de magnesio puro sea
119%. De acuerdo al procedimiento indicado, en el Cuadro 2 se señala el valor de
neutralización de las principales especies químicas presenten en diversos materiales
correctivos.
Cuadro 2. Valor de neutralización de las principales especies químicas presentes en
diversos materiales correctores de acidez del suelo.
Valor neutralización
Kilogramos equivalentes
(%)
a 1000 kg de CaCO3
Especie química
CaCO3
100
1000
MgCO3
119
840
CaO
179
560
MgO
248
400
Ca(OH)2
135
740
Mg(OH)2
172
580
CaSiO3
86
1160
MgSiO3
100
1000
Por convención los niveles de calcio y magnesio de un material encalante son
expresados, respectivamente, como % CaO y MgO. Así por ejemplo, si el análisis
químico de un material corrector indica que tiene 38% de CaO, un 12% de MgO, un 8%
de Ca(OH)2, un 3% de agua y un 5% de inertes, su valor de neutralización se calcularía
de la siguiente forma:
VN = (% CaO * 1,79) + (% MgO * 2,48) + (% Ca(OH)2 * 1,35) + (%H2O * 0) + (% In*0)
VN = 68,0 + 29,8 + 10,8 + 0 + 0 = 109 %
Por lo tanto 917 kg de este material correctivo tienen un poder neutralizante equivalente
a 1.000 kg de carbonato de calcio puro.
4
2.3. Eficiencia relativa
La eficiencia de los materiales encalantes va a depender del tamaño de las partículas,
debido a que la velocidad de reacción está directamente relacionada con el área
superficial de contacto de la partícula con el suelo. Cuanto menor es el diámetro de la
partícula mayor va a ser su velocidad de reacción. Este factor es sumamente importante
para los materiales calcáreos ya que el tamaño de las partículas es determinante en la
elección de una enmienda. En el país no existe una legislación respecto a la fineza de
los materiales correctivos, siendo común utilizar como referencia la utilizada en Brasil.
En el Cuadro 3 se presentan los valores de eficiencia relativa, según el grado de
molienda del material corrector.
Cuadro 3. Eficiencia relativa de las diferentes fracciones granulométricas
de los materiales encalantes.
Tamaño en mm Nº malla ASTM*
Eficiencia relativa en %
>2
> 10
0
0,84 – 2,00
10 – 20
20
0,30 – 0,84
20 – 50
60
< 0,3
< 50
100
ASTM: American Society for Testing Materials.
A modo de ejemplo, un material con 75% de carbonato de calcio, con un tamaño menor
a 0,3 mm; un 12% de su tamaño entre 0,3 a 0,84 mm; un 8% entre 0,84 a 2,0 mm, y un
5% sobre 2 mm, tendría la siguiente eficiencia relativa:
ER (%) = (5 % * 0) + (8 % * 0,2) + (12 % * 0,6) + (75 % * 1,0) = 84 %
2.4. Poder relativo de neutralización total
El poder relativo de neutralización total (PRNT) de un material calcáreo va a depender
de su valor de neutralización el que ésta estrechamente relacionado a su composición
química, y de su eficiencia relativa dependiente del grado de fineza del material.
VN x ER
PRNT =
100
Por ejemplo, un material calcáreo con un Valor de Neutralización (VN) de 109% y una
Eficiencia Relativa (ER) de 84% tiene un poder de neutralización total de 92%. En el
cálculo de las necesidades de cualquier material encalante, está implícito el uso de un
material con un PRNT de 100%. Por lo tanto la dosis recomendada debe ser corregida
utilizando la siguiente expresión.
Dosis recomendada x 100
Cantidad a aplicar =
PRNT
Es decir, si la dosis recomendada es de 1,5 ton/ha, se debería aplicar en la práctica
1,63 ton/ha, si el material a utilizar tiene un PNRT de 92%.
5
3.1. Cálculo de dosis.
Existen varias metodologías para determinar las dosis de enmiendas, algunas de ellas
incluyen factores de corrección según textura del suelo, sensibilidad de los diferentes
cultivos al aluminio de intercambio, por niveles de saturación de bases, y por la
corrección del pH.
El método de cálculo de dosis de enmienda más utilizado en Chile se basa en corregir
el pH del suelo a aquéllos valores que sean los más adecuados para cada en cultivo en
particular, utilizando para ellos la siguiente expresión.
pH adecuado - pH del suelo
Dosis de enmienda (t/ha)
=
Capacidad tampón del suelo
En el cuadro 4 se presentan valores adecuados para algunos cultivos, teniendo
presente que no todas las variedades dentro de una misma especie tienen igual
tolerancia a la acidez del suelo, y en la cuadro 3 se señalan las capacidades tampón
para las diferentes agrupaciones de suelos andisoles, según textura predominante.
Cuadro 4. Niveles adecuados de pH para el desarrollo de las principales especies
cultivadas.
Cultivo
Alfalfa
Apio
Arándano
Arroz
Avena
Azalea
Brócoli
Cebada
Cebolla
Centeno
Cerezo
Clavel
Rango óptimo
de pH y factor
cultivo
6,2 – 7,8 (3)
5,8 – 7,0 (2)
4,0 – 5,0 (1)
5,0 – 6,5 (2)
5,5 – 7,5 (2)
4,5 – 5,0 (1)
5,8 – 7,0 (2)
6,2 – 7,8 (3)
5,8 – 7,0 (2)
5,0 – 7,0 (1)
6,0 – 7,5 (3)
6,0 – 7,5 (3)
Cultivo
Coliflor
Crisantemo
Durazno
Espárrago
Espinaca
Frambuesa
Fresa
Lechuga
Maíz
Manzano
Papa
Pepino
Rango óptimo
de pH y factor
cultivo
5,5 – 7,5 (2)
6,0 – 7,5 (3)
6,0 – 7,5 (3)
6,0 – 8,0 (3)
6,0 – 7,5 (3 )
5,5 – 7,0 (2)
5,0 – 6,5 (2)
6,0 – 7,5 (3)
5,7 – 7,5 (2)
5,0 – 6,5 (2)
5,2 – 6,5 (2)
5,5 – 7,0 (2)
Cultivo
Poroto
Remolacha
Repollo
Rododendro
Ruibarbo
Sorgo
Soya
Tabaco
Tomate
Trébol blanco
Trigo
Tomate
Cuadro 5. Capacidad tampón de algunos
suelos según textura
Suelos ñadis
0.11 – 0.15
Suelos trumaos
0.15 – 0.17
Suelos rojos arcillosos
0.16 – 0.19
Rango óptimo
de pH y factor
cultivo
6,0 – 7,5 (3)
6,5 – 8,0 (3)
6,0 – 7,5 (2)
4,0 – 6,0 (1)
5,5 – 7,0 (2)
6,0 – 6,5 (3)
6,0 – 7,0 (3)
5,5 – 7,5 (2)
5,5 – 7,5 (2)
5,7 – 7,0 (2)
5,6 – 7,0 (2)
5,5 – 7,5 (2)
6
A modo de ejemplo se realiza el cálculo de dosis de enmienda para un suelo con las
siguientes condiciones:
Tipo de suelo:
pH inicial:
Cultivo:
Franco arcilloso
5,2
Tabaco
Capacidad tampón:
pH adecuado:
0.16
5,80
5,8 - 5,2
Dosis de enmienda (t/ha)
=
= 3,75 ton/ha
0.16
En el estado de Minais Gerais, Brasil se utiliza una fórmula de cálculo que
considera la textura del suelo, los niveles de Al, Ca, y Mg de intercambio y la
sensibilidad del cultivo a la acidez del suelo, integrándose los diferentes factores en la
siguiente expresión:
Dosis enmienda (t/ha) = Y * Al + {X – ( Ca + Mg)}
Siendo Y el factor que representa la capacidad tampón del suelo en función de la
textura, y X un factor de la planta, según su sensibilidad a la acidez.
Y = 1 ( Suelos arenosos con menos de 15 % de arcilla)
Y = 2 ( Suelos de textura media con 16 a 35 % de arcilla
Y = 3 ( Suelos arcillosos con mas de 35 % de arcilla)
X = 1( Para cultivos poco sensibles a la acidez o menos
calcio
X = 2 ( Para la mayoría de los cultivos)
X = 3 ( Para los cultivos más sensibles a la acidez o más
calcio )
exigentes en
exigentes en
Ejemplo: Calcular la dosis de carbonato de calcio para una pradera mixta, cultivada en
un suelo de textura media con 25 % de arcilla, y con 0,7; 1,6; y 0,4 meq/100 g de Al, Ca,
y Mg; respectivamente.
D.E. = 2 * 0,7 + { 3 – ( 1,2 + 0,4)} = 2,8 ton de CaCO3/ha con 100 % PRNT
Si la sumatoria de calcio y magnesio fuera superior a 3; la dosis de CaCO3 a
aplicar sería de 1,4 ton/ha.
3.2. Efecto residual, época y forma de aplicación de las enmiendas.
La frecuencia de aplicación de los materiales calcáreos va a depender de la magnitud
del efecto residual el cual estará influenciado por varios factores:
•
•
•
Uso de fertilizantes nitrogenados amoniacales y fosfatos de amonio.
Remoción de bases de los cultivos.
Pluviometría de la zona.
7
•
•
•
•
Cultivo de plantas que acidifican la rizósfera.
Baja capacidad tampón del suelo.
Uso de materiales correctivos de elevada eficiencia relativa o fineza.
Dosis de enmienda utilizada.
En todo caso la forma más exacta de determinar el efecto residual es a través de un
análisis de suelo al inicio de la próxima temporada agrícola y establecer así, el efecto
residual de la enmienda aplicada.
En relación a la época de aplicación, hay que considerar que las plantas son más
sensibles a la acidez en sus primeros estados de desarrollo, por lo tanto la aplicación de
calcita o dolomita debería ser 3 a 4 meses antes de la siembra.
En el caso que la siembra sea de una leguminosa como alfalfa es altamente
recomendable que la aplicación se realice de 4 a 6 meses antes debido a la alta
sensibilidad a la acidez de las bacterias fijadoras de nitrógeno.
Los óxidos e hidróxidos, por ser materiales de reacción casi instantánea, pueden ser
aplicados muy próximos a la siembra. Sin embargo, para evitar daños a las semillas y
plántulas por el efecto cáustico de tales productos, es altamente conveniente que su
aplicación se realice con un mes de anticipación.
3.3. Encalado superficial en un suelo con praderas permanentes.
En la Figura 5 se presenta el efecto de la aplicación de CaCO3 en una pradera
permanente. Los resultados señalan para el ensayo en praderas un comportamiento
similar al obtenido en un suelo sembrado con trigo, en el sentido que el efecto corrector
del carbonato de calcio se concentra en la primera estrata del suelo.
8
5,7
8
0 ton CaCO3
5,65
5,66
0 ton CaCO3
7
2 ton CaCO3
7,15
5,6
Ca Inter. Meq/100g
5,55
pH
5,56
5,5
5,45
5
4
4,16
3
5,4
2
5,35
1
5,35
0 -10 Cm
10 - 20 Cm
2 ton CaCO3
0 ton CaCO3
0,94
0,95
30
2 ton CaCO3
28,70
25
% Sat. Aluminio
Al Inter. Meq/100g
0 ton CaCO3
0,7
0,6
0,5
0,4
0,2
10 - 20 Cm
35
1,0
0,3
1,95
0
0 -10 Cm
0,8
1,66
5,35
5,3
0,9
2 ton CaCO3
6
0,40
26,80
20
15
10
0,26
5
0,1
0
0,0
0 -10 Cm
10 - 20 Cm
7,07
3,30
0 -10 Cm
10 - 20 Cm
Figura 5. Efecto de diferentes formas de aplicación de carbonato de calcio sobre el pH,
Ca, Al de intercambio y % de saturación de aluminio a diferentes profundidades en un
suelo andisol con pradera permanente.
4. Parámetros de acidez en un suelo sembrado en forma tradicional y con cero labranza.
En la Figura 6 se presentan los valores de pH, calcio, aluminio de intercambio y porcentaje de
saturación de aluminio, en diferentes estratas del suelo bajo condiciones de manejo tradicional y
cero labranza. Los resultados corresponden al promedio de las mediciones realizadas en
diferentes etapas fenológicas del crecimiento del cultivo.
Los resultados demuestran claramente que los efectos de la aplicación de dos toneladas de
carbonato de calcio fueron muy similares cuando se incorporó al suelo con un vibrocultivador
(siembra tradicional) o cuando el carbonato de calcio fue aplicado en cobertera sobre el suelo
(siembra directa). En ambos casos el efecto corrector se produjo, principalmente, en los primeros
5 cm del suelo, debido a que el vibrocultivador es un equipo que remueve el suelo en forma
superficial, sin invertirlo.
El efecto corrector del carbonato de calcio disminuyó notoriamente en las estratas más profundas
del suelo. En la Figura 6 se observan, por ejemplo, incrementos promedios de pH, respecto al
testigo, de 0,65 unidades en la estrata 0 – 5; de 0,25 unidades de pH en la estrata 5 – 10 cm, y de
9
0 unidad de pH a la profundidad 10 – 20 cm. Un efecto similar se produjo con el calcio de
intercambio el cual subió 5,15 meq/100 g en los primeros 5 centímetros y 0,3 meq/100 g entre los
10 – 20 cm de profundidad. El aluminio de intercambio y porcentaje de saturación de aluminio,
disminuyeron notoriamente en los primeros 5 centímetros del suelo, y no presentaron mayores
variaciones en las estratas más profundas del suelo. Numerosos autores señalados por Escobar
(1993) han indicado los fundamentos y reacción de hidrólisis del carbonato de calcio que
permiten explicar el incremento de pH, de calcio de intercambio y la disminución del porcentaje
de saturación de aluminio.
0,2
6,0
0 ton CaCO3
0,19
2 ton CaCO3 Tradicional
0,14
0,12
0,13
0,11
0,08
0,04
2 ton CaCO3 Tradicional
5,0
4,0
3,0
3,7
3,0
2,3
2,0
0,03
0,02
1,0
0,02
0,03
0,4
0,2 0,3
0,03
0
0,6 0,5
0,0
0- 5 Cm
5 - 10 Cm
10 - 20 Cm
0- 5 Cm
6
5 - 10 Cm
10 - 20 Cm
9
2 ton CaCO3 Cero Labranza
5,9
2 ton CaCO3 Tradicional
5,8
5,6
5,4
5,5 5,5
5,5
5,2
5,2
5,2
5,5
5,4
5
Ca inter.meq/100g
5,8
0 ton CaCO3
8
0 ton CaCO3
pH
2 ton CaCO3 Cero Labranza
5,0
% Sat. Aluminio
Al. inter meq/100g
0 ton CaCO3
2 ton CaCO3 Cero Labranza
0,16
2 ton CaCO3 Cero Labranza
7
2 ton CaCO3 Tradicional
8.0
6
6.7
5
4
4.4
3
3.6
3.3
2
1
2.2
3.7 3.6
2.3
0
4,8
0- 5 Cm
5 - 10 Cm
10 - 20 Cm
0- 5 Cm
5 - 10 Cm
10 - 20 Cm
Figura 6. Efecto de diferentes formas de aplicación de carbonato de calcio sobre el pH, Ca,
Al de intercambio y % de saturación de aluminio a diferentes profundidades en un suelo
andisol sembrado con trigo.
La baja solubilidad del carbonato de calcio, la cual alcanzaría los 50 miligramos por litro
de agua (Rodríguez, 1993), y su baja movilidad, explicarían el escaso efecto corrector
en las estratas más profundas del suelo. Resultados similares obtuvo Bernier (1991) en
un suelo de la serie Osorno quien no encontró diferencias de pH, calcio de intercambio
y aluminio de intercambio en dicho suelo, en la estrata 10 – 20 cm, al aplicar diferentes
dosis de carbonato de calcio.
Los resultados obtenidos en suelos sembrados bajo sistemas de cero y mínima
labranza y aplicaciones de carbonato de calcio sobre praderas permanentes, permiten
10
concluir que el efecto corrector de la enmienda, durante el primer año de aplicación, se
concentra principalmente, en los primeros 5 centímetros del suelo.
5. Literatura citada.
Bernier, V. R., y Appelt, H. 1990. Encalado de suelos volcánicos. En : VI Congreso Internacional de la Ciencia del
Suelo. Sociedad chilena de la Ciencia del Suelo. Temuco, Chile. pp. 460-475.
Bernier, V. R. 1991. Respuesta de las praderas al encalado. En: Acidez y encalado de suelos volcánicos en la región
de Los Lagos. Serie Remehue Nº 15. INIA, Est. Exp. Remehue. Osorno-Chile.
Escobar, M. 1993. Efecto de diferentes formas de aplicación de carbonato de calcio sobre parámetros de acidez y
selectividad de intercambio de cationes en un andisol, IX Región. Tesis Ing. Agrónomo. Universidad de La
Frontera, Temuco-Chile..
Fassbender, H. W. y Bornemisza, E. 1987. Química de suelos con énfasis en suelos de América Latina. IICA. San
José, Costa Rica.
Kamprath, E. J. 1984. Crop response to lime on soils in the tropics as a constrain to food production. In: Soil Acidity
and Liming. Agronomy Monograph Nº 12. Madison, Wisconsin, USA ASA. Inc. pp 349-368.
Mora, M. L.1994. Efecto del uso de enmiendas sobre las propiedades químicas del suelo. En: F.Borie (Ed).
Alternativas de manejo de suelos con riesgo de acidificación. Boletín Nº 1 Fondef 2-88.pp 6-22.
Pinilla, H., y Bocaz, C. 1990. Efecto del uso sucesivo de salitre sódico y urea en una rotación de cultivos de
primavera. En: VI Congreso Internacional de la Ciencia del Suelo. Facultad de Cs. Agropecuarias,
Universidad de La Frontera. pp 139-144.
Pinilla, H. 1993. Efecto del uso sucesivo de nitrógeno nítrico y amoniacal en la acidificación de suelos trumaos.
Frontera Agrícola (Chile). 1(1)18-22.
Pinilla, H..1994. Alternativas de fertilización del cultivo del raps en suelos acidificados. En: alternativas de manejo de
suelos con riesgo de acidificación. Boletín FONDEF 2-88 (1): 53-63
Rodríguez, J. 1993. Manual de fertilización. Colección en Agricultura. Facultad de Agronomía. Pontificia Universidad
Católica de Chile. 362p.
Sadzawka, M. A. 1991. Propiedades químicas de los suelos. En: Acidez y encalado de suelos en la Región de Los
Lagos. INIA Remehue. Osorno. Serie Remehue 15:9-24.
Suárez F., Domingo. 1991. Diagnóstico de las necesidades de encalado. En : Acidez y encalado de suelos en la
Región de Los Lagos. Serie Remehue Nº 15, 77 - 94
Venegas, C. 1993. Estrategias de manejo de suelos acidificados. En: Seminario "La acidificación de los suelos
agrícolas y algunas alternativas de manejo". Traiguén. 40p.