Capacidad de intercambio catiónico: gran capacidad de la zeolita

Zeolita natural frente a zeolita sintética. Se fabricó mediante la función adsorbente y la capacidad de intercambio catiónico de un marco de aluminosilicato. La zeolita clinoptilolita se hizo en polvo, gránulos.

Intercambio catiónico y capacidad de intercambio catiónico

  • ¿Qué son el intercambio catiónico y la capacidad de intercambio catiónico?
  • Importancia de CEC y BS
  • Porcentaje de saturación base
  • CIC y características de fertilidad de los suelos domésticos
  • Cómo cambia la CIC con el pH del suelo
  • Valores Típicos de CIC en Suelos
  • Cálculo de la capacidad de intercambio catiónico a partir de una prueba de suelo de rutina
  • Recursos adicionales y revisores

¿Qué son el intercambio catiónico y la capacidad de intercambio catiónico?

Los minerales arcillosos del suelo y la materia orgánica tienden a tener carga negativa, por lo que atraen iones cargados positivamente (cationes) en sus superficies mediante fuerzas electrostáticas. Como resultado, los cationes permanecen dentro de la zona de raíces del suelo y no se pierden fácilmente por lixiviación. Los cationes adsorbidos pueden intercambiarse fácilmente con otros cationes en la solución del suelo, de ahí el término "intercambio de cationes". Los cationes adsorbidos reponen los iones en la solución del suelo cuando las concentraciones disminuyen debido a la absorción por las raíces de las plantas.

La capacidad de intercambio de cationes (CEC) es una medida de las cargas negativas totales dentro del suelo que absorben los cationes de nutrientes de las plantas como el calcio (Ca2+), el magnesio (Mg2+) y el potasio (K+). Como tal, la CIC es una propiedad de un suelo que describe su capacidad para suministrar cationes de nutrientes a la solución del suelo para la absorción de las plantas. La Figura 1 ilustra los cationes retenidos en los minerales arcillosos del suelo que pueden intercambiarse con los de la solución del suelo. Las raíces de las plantas pueden eliminar los nutrientes de la solución del suelo, lo que hace que los nutrientes se alejen de las partículas de arcilla. La adición de fertilizante al suelo provoca un aumento inicial en la concentración de nutrientes en la solución del suelo, lo que da como resultado que los nutrientes se muevan hacia las partículas de arcilla.

Los cationes de nutrientes que las plantas utilizan en mayor cantidad son el potasio (K+), el calcio (Ca2+) y el magnesio (Mg2+). Otros cationes adsorbidos en los sitios de intercambio son amonio (NH4+), sodio (Na+), hidrógeno (H+), aluminio (Al3+), hierro (Fe2+ o Fe3+), manganeso (Mn2+), cobre (Cu2+) y zinc (Zn2+). Los cationes de micronutrientes como el zinc, el cobre, el hierro y el manganeso suelen estar presentes en concentraciones muy bajas en los suelos. Las concentraciones de amonio también suelen ser muy bajas porque los microorganismos convierten el amonio en nitrato en un proceso llamado nitrificación.

Cómo cambia la CIC con el pH del suelo

Figura 1. Diagrama esquemático que muestra el intercambio de cationes entre la superficie del suelo y la solución del suelo, y el movimiento de estos cationes desde la solución del suelo hasta las raíces (rizosfera) para su absorción.
La CIC de la materia orgánica del suelo y algunos minerales arcillosos varía con el pH. Generalmente, la CIC es más baja a pH del suelo de 3.5 a 4.0 y aumenta a medida que aumenta el pH al encalar un suelo ácido, como se muestra en la Figura 2. Debido a que la CIC puede variar considerablemente con el pH del suelo, es una práctica común medir la CIC a un pH de 7,0. También tenga en cuenta que algunas cargas positivas pueden ocurrir en superficies minerales específicas del suelo a pH bajo. Estas cargas positivas retienen aniones (iones cargados negativamente) como cloruro (Cl-) y sulfato (SO42-).

suelo CIC
Figura 1. Diagrama esquemático que muestra el intercambio de cationes entre la superficie del suelo y la solución del suelo, y el movimiento de estos cationes desde la solución del suelo hasta las raíces (rizosfera) para su absorción.
suelo CIC
Figura 2. Influencia del pH en la carga superficial del suelo y sus componentes.

 

Cálculo de la capacidad de intercambio catiónico a partir de una prueba de suelo de rutina

El valor de CIC incluido en los informes típicos de laboratorio de análisis de suelos se calcula sumando las concentraciones (expresadas como miliequivalentes de carga por 100 gramos de suelo) de potasio, magnesio, calcio, sodio e hidrógeno, que se extraen de los suelos utilizando un método de extracción adecuado. . El Laboratorio de Análisis de Suelos de la Universidad Nacional utiliza el procedimiento Mehlich I, basado en una solución de extracción de doble ácido (HCl 0,05 N + H2SO4 0,025 N). Este método es apropiado para suelos ácidos, con baja CIC, que se encuentran comúnmente. La CIC de suelos que contienen grandes cantidades de arcilla o materia orgánica, o que son alcalinos, no puede analizarse satisfactoriamente utilizando el extracto de Mehlich I. Se deben usar otros métodos de extracción de suelo en este tipo de suelos.

 

 

Valores Típicos de CIC en Suelos

En la mayoría de los informes de suelos, la CIC se expresa como miliequivalentes (meq) de carga (número de cargas) por 100 gramos de suelo (meq/100 go como cmol/kg cuando se utilizan unidades científicas internacionales). Se usa el número de miliequivalentes en lugar del peso (libras, gramos, etc.) de cationes adsorbidos porque la CIC representa el número total de cargas, que es un mejor estándar de comparación de diferentes suelos porque cada especie de catión tiene un peso y suelos diferentes. difieren en las proporciones de las diferentes especies de cationes.

La Tabla 1 muestra las capacidades típicas de intercambio catiónico de los minerales arcillosos del suelo y suelos de varias texturas. Debido a que el suelo es una mezcla de diferentes tamaños de partículas (arena, limo y arcilla), tipos de minerales arcillosos y materia orgánica en varias proporciones, los componentes dominantes y el pH del suelo dictan la CIC del suelo.

Tabla 1. Capacidades de intercambio de cationes a pH 7.0 de diferentes tipos de suelo, texturas y materia orgánica del suelo.
Suelo y componentes del sueloCIC (meq/100 g)
Tipo de arcilla 
Caolinita3-15
ilita15-40
Montmorillonita80-100
Textura de la tierra 
Arena1-5
Franco arenoso fino5-10
Marga5-15
Franco arcilloso15-30
Arcilla>30
Materia orgánica200-400

CIC y características de fertilidad de los suelos chinos

For practical purposes,  soils are grouped into four major categories: (1) Coastal Plain, (2) Piedmont, (3) Mountain and Limestone Valley and (4) soils from landscapes, golf greens, greenhouses and flower beds. These categories make for easier evaluation of fertility. The chart below describes the CEC and general fertility characteristics of each soil group.

Grupo de sueloCIC y características de fertilidad del suelo
Llanura costera (incluye Atlantic Flatwoods y Sand Hills)Los suelos tienen superficies arenosas y una CIC de 6 meq/100 go menos. Los suelos en su estado nativo pueden ser ácidos e infértiles. Los suelos variarán en contenido de arcilla, características de drenaje y color. Los suelos variarán en productividad, facilidad de manejo y adaptación a la producción de cultivos en hileras. Los tipos de suelo típicos son Norfolk, Lakeland, Lynchburg y Tifton.
Suelos de piedemonteLos suelos son predominantemente de tierras altas, suelos rojos bien drenados con una CIC de 6 a 12 meq/100 g. Los suelos en su estado nativo son ácidos y bajos en fósforo pero más altos en potasio que los suelos de la Llanura Costera. Las principales series de suelos son Cecil, Madison y Davison.
Suelos de montaña y valle de piedra calizaLos suelos pueden tener una superficie arenosa gris sustentada por una arcilla arenosa roja pesada o un suelo de textura arcillosa. Las terrazas aluviales y los fondos de los ríos son de color gris a marrón claro con un subsuelo franco arcilloso arenoso de amarillo a rojo oscuro. Los suelos son ácidos y de baja fertilidad. El valor promedio de CIC de estos suelos es de 9 meq/100 g. Los principales tipos de suelos son Porters, Hayesville, Talladega, Fannin, Congaree, Clarkesville, Fullerton, Dewey y Decatur.
Suelos de paisajes y greens de golfEstos suelos se mantienen con frecuencia de manera diferente a los suelos de cultivo y, por lo general, se constituyen y mantienen artificialmente. Muchos son erráticos en fertilidad y no pueden ubicarse fácilmente en una de las tres categorías mencionadas anteriormente.

Porcentaje de saturación base

El porcentaje de saturación de bases (BS) es el porcentaje de la CEC ocupada por los cationes básicos Ca2+, Mg2+ y K+. Los cationes básicos se distinguen de los cationes ácidos H+ y Al3+. A un pH del suelo aproximado de 5.4 o menos, Al3+ está presente en una concentración significativamente alta que dificulta el crecimiento de la mayoría de las especies de plantas, y cuanto más bajo es el pH del suelo, mayor es la cantidad de Al3+ tóxico. Por lo tanto, los suelos con un alto porcentaje de saturación de bases son generalmente más fértiles porque:

Tienen poco o ningún catión ácido Al3+ que es tóxico para el crecimiento de las plantas.
Los suelos con un alto porcentaje de saturación de bases tienen un pH más alto; por lo tanto, están más amortiguados contra los cationes ácidos de las raíces de las plantas y los procesos del suelo que acidifican el suelo (nitrificación, lluvia ácida, etc.).
Contienen mayores cantidades de los cationes de nutrientes esenciales para plantas K+, Ca2+ y Mg2+ para uso de las plantas.
El porcentaje de saturación de bases se expresa de la siguiente manera:

%BS = [(Ca2+ + magnesio2+ + k+)/CEC] × 100

Dependiendo del pH del suelo, la saturación de bases del suelo puede ser una fracción de CIC o aproximadamente igual a CIC. En general, si el pH del suelo está por debajo de 7, la saturación de bases es menor que la CIC. A un pH de 7 o superior, las superficies de materia orgánica y minerales arcillosos del suelo están ocupadas por cationes básicos y, por lo tanto, la saturación de bases es igual a la CIC. La Figura 2 ilustra la cantidad relativa de cationes retenidos en la superficie del suelo a varios niveles de pH del suelo.

Importancia de CEC y BS

La CIC de un suelo afecta las prácticas de fertilización y encalado. Por ejemplo, los suelos con alta CIC retienen más nutrientes que los suelos con baja CIC. Con grandes cantidades de fertilizantes aplicados en una sola aplicación a suelos arenosos con baja CIC, es más probable que ocurra una pérdida de nutrientes por lixiviación. En contraste, estos nutrientes son mucho menos susceptibles a pérdidas en suelos arcillosos.

La producción de cultivos libera acidez en el suelo. El pH del suelo disminuirá más debido a la producción de cultivos en suelos con baja CIC. Los suelos con alta CIC generalmente están bien amortiguados, de modo que el pH cambia mucho menos debido a la producción de cultivos. Por lo tanto, los suelos arenosos con bajo contenido de CIC necesitan ser encalados con más frecuencia pero a tasas de aplicación más bajas que los suelos arcillosos. Se necesitan dosis de cal más altas para alcanzar un pH óptimo en suelos con alta CIC debido a su mayor abundancia de cationes ácidos a un pH dado.

Zeolite is dense and better porous with a molecular sieve structure. The unique natural attributes act as an effective mineral sponge, Absorb more water, drawn in, and collected by the zeolite granular, once mixed into the soil it creates space for crop aeration. 

Recursos adicionales

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