MEMORIA LABORATORIO EDAFOLOGÍA (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad de Valencia (UV)
Grado Ciencias Ambientales - 2º curso
Asignatura EDAFOLOGÍA
Año del apunte 2015
Páginas 20
Fecha de subida 25/04/2016
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Unybook: Egarciamarin MEMORIA LABORATORIO EDAFOLOGÍA García Marín, Elena 2º CC.AA ÍNDICE PÁGINAS PRÁCTICA 1 2 PRÁCTICA 2 7 PRÁCTICA 3 13 PRÁCTICA 4 16 1 PRÁCTICA 1. INTRODUCCIÓN A LA METODOLOGÍA PARA EL ESTUDIO DEL SUELO. PROSPECCIÓN DE SUELOS, DESCRIPCIÓN DE PERFILES Y TOMA DE MUESTRA.
TRATAMIENTO DE LA MUESTRA Y CARACTERÍSTICAS PRELIMINARES.
Nuestro estudio es conocer qué tipos de suelos hay en un espacio determinado, y una de las técnicas más comunes para hacerlo es por sondeo: s = f (r,v, tp, c, Ti, h) Pero, sondeo es menos eficaz que realizar un perfil en el suelo, porque se estudia menos volumen que haciéndolo in situ.
Una vez realizado el estudio del perfil, y tras haber separado los materiales de los horizontes, se han de recolocar siguiendo el orden de los perfiles, para poder “reestructurar” las condiciones iniciales.
Las unidades cartográficas pueden ser: - Puras.
Intrusiones, mixtas.
Al describir un perfil, se han de tener en cuenta cinco parámetros fundamentales: - Permeabilidad: facilidad de circulación del agua en el material de un horizonte.
Drenaje: propiedad del perfil en eliminar el exceso del agua.
Humedad: puede tener influencia en el color del perfil/horizonte.
Presencia de rocas: nos indican que ha habido transporte de materiales.
Afloramientos rocosos: indican erosión en el perfil.
En su descripción, además de indicar la longitud y la profundidad de éste, ha de ser dibujado para su posterior descripción teórica y, así, reconocer las diferencias de: colores, textura, dureza, poros, presencia vegetal, intrusiones de piedras, etc.
Si hay dudas en zonas intermedias de dos horizontes, se deben tomar muestras de ambos horizontes, sobre todo, del centro de ambos.
También se describen los límites inferiores del perfil: abrupto, neto, gradual y difuso. Con ello, se indica con qué rapidez cambia y su geometría.
Aunque con menos detalle, la cantidad de raíces y de poros, su tamaño, etc., también se añaden a la descripción.
Si tomamos muestras para analizar, se han de estudiar en seco, pues, al ser tan relativa la humedad, cada medida daría un peso diferente al anterior y al posterior. Para saber el agua que se encuentra en la muestra, se sigue la siguiente fórmula: g muestra húmeda – g muestra seca = g de agua A continuación, se expone los fundamentos de esta práctica: 2 - - - Aunque nos indiquen “x” gramos para pesar, nunca se va a poder pesar eso, por lo que se ha de anotar el peso real que usamos (aproximado al que nos piden).
El material sobre el que se pesa la muestra influye, así que se usa papel de aluminio (muy ligero). Primero pesar el papel de aluminio solo, tarar la báscula y pesar la muestra sobre el papel.
Antes de pesarla, se tamiza la muestra, separando la fracción gruesa de la fracción fina, que es la que se analiza.
Esto es debido a que la fracción gruesa tiene muy poca superficie respecto a la fina, por lo que tiene una menor reacción frente a la presencia de carbonatos.
Ahora, explicaremos el procedimiento de la práctica de forma breve: 1. Reacción de la muestra tras la adición de HCl y describirla.
2. Indicar el color mediante las tablas Munsell.
3. Describir la textura al tacto. Para ello debemos intentar realizar un anillo de un milímetro de diámetro; si esto es posible, realizar seguidamente un anillo de 3 mm y curvarlo, y, por último, realizar una bola si la anterior figura se ha podido hacer.
Tras realizarla, estos son los datos que hemos obtenido: Presencia de Carbonatos Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Color Ligera (1% - 5% CaCO3) Muy fuerte, reacción rápida y violenta (15% CaCO3) No hay reacción.
No hay carbonato.
Muestra 4 Muy fuerte, (15% CaCO3) Muestra 5 (Turba) No hay reacción.
Textura 5YR 4/3 Dull reddish brown Muy arcillosa.
2,5Y 6/3 Dull yellow (f) Muy limosa.
5YR 2/1 Brownish black 10YR 6/4 Light yellow brown 10YR 2/2 Brownish black Arcillas y materia orgánica.
Arenosa. Poco limo.
Materia orgánica y poca arcilla.
TABLA 1. Datos obtenidos en la práctica 1.
Por último, procedemos a la interpretación de los datos recogidos en la tabla anterior.
Sabemos que la muestra 1, antes de realizar ninguna prueba y debido a su color rojizo oscuro, que tiene poca cantidad de carbonatos y sales, que tiene una gran cantidad de nutrientes, que es impermeable y que está compuesto por óxidos de hierro. La prueba de CaCO3 confirma esa poca presencia de carbonatos, y la prueba de textura demuestra que es arcilla, al conseguir realizar todas las estructuras anteriormente citadas.
3 MUESTRA 1.
La muestra 2 presenta un color marrón amarillento claro, que en los suelos indica datos tales como: presencia de muchas sales, pH elevado y alta conductividad (por las sales mencionadas anteriormente). La prueba de CaCO 3 muestra altas cantidades de carbonatos, con una reacción rápida y violenta. La prueba de la textura nos confirma que se trata de un suelo formado por limos, ya que tan sólo se pudo realizar una bola al humedecerse pero, no se consiguieron realizar más formas.
MUESTRA 2.
La muestra 3 tiene un color marrón, lo que nos indica que no tendrá una gran concentración de sales ni de carbonatos, y que su conductividad será baja.
La prueba del CaCO3 nos confirmó la nula presencia de carbonatos. Al aplicar agua a la muestra de para realizar la prueba de textura, comprobamos que se trataba de un suelo impermeable formado por materia orgánica y algo de arcilla.
No se puede formar ningún tipo de estructura y suena al roce.
4 MUESTRA 3.
La muestra 4 suena al roce, por lo que denota que podía estar compuesto por arena. La prueba del CaCO3 produjo una reacción muy fuerte, por lo que no presenta carbonatos en su estructura. La prueba de textura no pasó de la primera fase, fue imposible formar estructuras. Eso nos acabó de confirmar que se trataba de un suelo arenoso.
MUESTRA 4.
La muestra 5 presenta un color marrón oscuro casi negro, viéndose de forma clara que se trata de turba. Formada casi en su totalidad por materia orgánica y algo de arcillas. No presenta nada de arena, ni de limo en su estructura. La prueba del CaCO3 no ocurre nada, por lo que tampoco existen carbonatos. La prueba de textura revela que se trata de un suelo semipermeable con el que es imposible crear estructuras. El suelo de la muestra 5 es del tipo de turba con materia orgánica bastante triturada.
5 MUESTRA 5.
Para finalizar la práctica, se dispuso un poco de muestra de turba humedecida en un recipiente de cerámica y se metió en el horno. Al evaporarse el agua comprobamos que la turba ocupa menos espacio al perder el volumen ocupado por el agua.
Hay que tener en cuenta, para las descripciones de las muestras, que existen unas arcillas especiales con carbonato cálcico en su estructura que tienen un color amarillento, llamadas Margas. Este es un caso raro en los que un suelo de color claro no presenta pH alto, ni una alta presencia de sales y conductividad.
6 PRÁCTICA 2. PROPIEDADES FÍSICAS. GRANULOMETRÍA Y TEXTURA.
ENSAYOS DE FLOCULACIÓN Y DISPERSIÓN.
En esta práctica vamos a realizar cuatro experimentos, que iremos describiendo paulatinamente: 1. Estudio de la granulometría y la textura del suelo.
2. Estudio de la dispersión-floculación de los coloides del suelo.
Primero, vamos a aplicar la ley de Stokes para el estudio de la granulometría y la textura del suelo, que dice que las partículas caen a distintas velocidades dependiendo de su superficie de roce; la velocidad inicial es mayor que la final, y al final acaba siendo constante.
Con esto, buscamos individualizar (sedimentar) las partículas de nuestra muestra. Primero se han de romper los agregados, químicamente, adicionando reactivos. Y observaremos los tres componentes básicos: - Arenas: caen en primer lugar al tener menor superficie. Contienen trazas de limos y arcillas.
- Limos: caen en segundo lugar y contienen trazas de arcillas.
- Arcillas: caen en último lugar y, si son muy finas, pueden quedarse en suspensión.
También, la sedimentación puede depender de la viscosidad del agua y de la temperatura.
Mezclamos 40g de suelo con 100mL del agente químico dispersante Hexametafosfato sódico 5% y 200mL de agua, y lo colocamos en las batidoras durante cinco minutos.
Depositamos la mezcla en una probeta de 1000mL y la enrasamos hasta los 1000mL. Tras esto, agitamos la suspensión con un émbolo para 7 homogeneizar durante 2-3 minutos, y comenzamos a realizar las mediciones con el densímetro (nos da la densidad de la suspensión, Li, y con ella hallamos θ).
Para realizar los cálculos de la tabla, necesitamos preparar un blanco en el que se colocan 100mL del agente químico y 800mL de agua. En él, medimos la temperatura (T=20ºC), que nos da f, y su densidad (Lo=5 g/L).
Tiempo (min) 0.5 1 3 10 60 90 120 1320 Li 37 35 35 33 30 28 27 20 θ 41.536 42.219 42.219 42.842 43.881 44.525 44.849 47.03 d=[θ/(Ti)^0.5]xf 73.78 53.03 30.62 17.04 7.12 5.89 5.14 1.63 Ci=Li-Lo 32 g/L 30 g/L 30 g/L 28 g/L 25 g/L 23 g/L 22 g/L 15 g/L %Pi=(Ci/P ss)x100 80% 75% 75% 70% 62.5% 57.5% 55% 37.5% Tras esto, realizamos una gráfica en la que comparemos la relación presente entre el tamaño de las partículas y su porcentaje en peso para, así, poder averiguar la clase textural de nuestra muestra mediante el gráfico para la denominación de los suelos según la textura.
8 GRÁFICO PARA LA DENOMINACIÓN DE LOS SUELOS SEGÚN LA TEXTURA.
Para obtener la arena de la muestra, primero hacemos pasar la disolución por un tamiz de 50µm y las colocamos en la estufa durante unas horas.
Una vez pasado ese tiempo, las pesamos: - Cuenco + arena: 108’79g.
- Cuenco: 101’20g.
- Arena: 7’59g.
Con ello, sacamos el porcentaje de la arena: % 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 = 7′59 𝑥 100 = 18′ 97% 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 40′00 Tras hallar el porcentaje de la arena, lo comparamos con el valor resultado en la gráfica, que es de un 25%. Esta diferencia de 6% es debido a que, a la hora de coger la muestra, había muchas trazas de piedra, que pudimos verlo una vez secada la arena.
Por último, vamos a hallar los porcentajes, según el gráfico, para determinar la textura de nuestro suelo. Para ello, seleccionamos los puntos que corten las barras de 2 y 50µm, los alargamos hasta el eje y, teniendo en cuenta de que el eje y llega hasta el 100%, se van restando los porcentajes independientemente.
9 Ahora, determinamos el suelo de nuestra muestra con el gráfico para la denominación de los suelos según la textura: El punto de intersección de los tres porcentajes reside en el límite entre el tipo de suelo Arcilloso y el tipo de suelo Franco-arcilloso.
En segundo lugar, el estudio de la dispersión-floculación de los coloides del suelo lo vamos a realizar en tres tipos de diluciones.
En la primera de ellas es de muestra de suelo sin la adición de ningún compuesto. Preparamos cinco gramos de nuestro suelo (muestra 2) y agua en exceso, y la agitamos durante dos minutos.
Pasado un tiempo, vemos que el suelo no se dispersa, pues las partículas están agregadas, es decir, unidas por un tipo de fuerza que, con el agua y la agitación, no se separan. Pero, sí se van depositando las partículas en el fondo.
10 La segunda de ellas es una dilución en cinco tubos de ensayo, en los que adicionamos en cada uno cinco gramos de suelo, agua en exceso y un compuesto agregado en cada uno: • • • • • Tubo 1: blanco (agua y suelo).
Tubo 2: Calcio.
Tubo 3: Magnesio.
Tubo 4: Aluminio.
Tubo 5: Sal.
La teoría de esta dilución consiste en que, cuando aparece una partícula de mayor tamaño y se pega a las partículas presentes, agrupándolas, como ocurre en las arcillas, que se van agrupando con el compuesto adicionado y acaban precipitando.
Para que exista un equilibrio de cargas, se encuentra presente el Na + en las arcillas, pues éstas se comportan como cambiadores de iones, convirtiéndose en una disolución de intercambio iónico en equilibrio. Pero, podemos desplazarlo al añadir el Na-hexametafosfato.
Cuando todas las arcillas son sólidas, se rompe la unión de las láminas y éstas quedan individualizadas y tienden a separarse.
Cundo ponemos una base fuerte, en una superficie de protones, ésta los perderá y de formará H2O.
Visto esto, procedemos a interpretar los resultados de las adiciones.
En el tubo 1 observamos que ha ocurrido lo mismo que en la primera dilución que hemos realizado, el suelo no se dispersa debido a que las partículas continúan agregadas.
En el tubo 2 vemos ha comenzado a flocular la dilución y las arcillas se están depositando en el fondo, aunque, aún quedan algunas en la superficie.
11 En el tubo 3 la muestra de suelo se ha depositado casi por completo en el fondo pero, aún podemos ver partículas en suspensión En el tubo 4 el material ha floculado la muestra en la parte superior, mientras que en la inferior se han depositado las arcillas.
Por último, en el tubo 5 vemos que no han floculado las arcillas, sino que se están depositando.
En conclusión, respecto a esta segunda dilución, cuanto mayor es la carga, más precipita. Para que precipiten las arcillas hemos tenido que añadir sulfato de Aluminio y Cloruro de hierro. Pero, para que flocularan, hemos tenido que añadir el resto de compuestos (Ca y Mg).
La tercera, y última, dilución la realizamos en la probeta grande, donde se encuentran 40g de suelo de nuestra muestra, 100mL de Na-hexametafosfato y agua en exceso. En ella, añadimos dos dedos de Mg, que sirve como puente para unir a las arcillas (al igual que el Ca), y dejamos pasar el tiempo mientras comienza a flocular.
Pasados 40 minutos, observamos que ha floculado casi la mitad de la probeta (foto 1).
12 También vemos como en la parte más superior no se observan partículas en suspensión (foto 2), mientras que en la parte media todavía quedan algunas en suspensión (foto 3).
FOTO 1.
FOTO 2.
13 FOTO 3.
PRÁCTICA 3. PROPIEDADES QUÍMICAS. REACCIÓN DEL SUELO (pH), SALINIDAD (PRUEBA PREVIA Y ESTUDIO DEL EXTRACTO DE SATURACIÓN) Y CARBONATO CÁLCICO EQUIVALENTE.
En esta tercera práctica vamos a estudiar tres parámetros del suelo de nuestra muestra 2, y son: pH, salinidad-conductividad térmica y el carbonato cálcico equivalente.
En primer lugar, para hallar el pH preparamos dos muestras siguiendo el siguiente procedimiento:  Muestra 1: o 10 gramos de suelo en un bote; o 25 mL de agua; o se agita durante 10 minutos y se deja reposar.
 Muestra 2: o 10 gramos de suelo en un bote; o 25 mL de Cloruro Potásico; o se agita durante 10 minutos y se deja reposar.
Con el pH, además de saber si es un suelo ácido, básico o neutro, podemos también saber otros datos, como que los valores más altos de pH darán mayor conductibilidad, o que, conforme el pH es mayor, más clarito es el suelo.
Teóricamente, el pH sebe ser mayor en el bote con suelo y agua, y que entre ambos valores no debe haber una diferencia entre 0’5-1.
En nuestro caso, el pH en el bote de suelo + agua medido es de 8’16; mientras que en el bote de suelo + Cloruro Potásico, 8’32, por lo que nuestro suelo es básico (además, presenta un color clarito nuestra muestra).
Con ello, concluimos que no cumple la regla de que en el agua sea mayor pero, esto puede haberse producido porque la mezcla no haya sido homogénea o por la presencia de piedras en la disolución. Aunque, sí es cierto que cumple la regla de que no puede haber una diferencia entre ellos mayor de 1, siendo en nuestras medidas una diferencia de 0’16.
El pH es una de las propiedades más importantes a la hora de estudiar un suelo, pues nos describe cómo es su sistema tampón, quien le permite ser un sumidero de contaminantes.
Este sistema es quien modula el pH del suelo, y consigue mantenerlo en valores estables, sin que se modifiquen, aunque se viertan contaminantes sobre él. Los coloides del suelo absorben los contaminantes que caen, sin modificar su pH hasta el punto en que el tampón no puede mantener más el equilibrio, y éste se desplaza hacia uno de los extremos.
14 Los suelos básicos necesitan una gran cantidad de contaminación ácida para que su pH se modifique y descienda. Por el contrario, los suelos arenosos son más problemáticos debido a su gran permeabilidad (los contaminantes se concentran más en poco tiempo). En relación con el agua, el pH cumple la siguiente norma:  Suelos con mucha agua = menor es el pH.
 Suelos con poca agua = mayor es el pH.
En segundo lugar, vamos a estudiar la salinidad – conductividad térmica de nuestra muestra de suelo. Para ello preparamos en un bote:  10 gramos de suelo,  50 mL de agua  y agitamos durante un minuto.
Con la medida de la conductividad podemos saber la salinidad de nuestra muestra, pues ambas son directamente proporcionales. La medida que nos da es de 280 µS/cm, lo que equivale a 0’28 dS/m, lo cual significa que nuestro suelo tiene una cierta concentración salina, es decir, un ligero problema de salinidad, lo cual significa que no afecta en gran medida a las plantas, siempre y cuando estén adaptadas a esas concentraciones de sal.
Por último, vamos a estudiar el carbonato cálcico equivalente, propiedad relacionada con la fertilidad y la capacidad de fijación de algunos contaminantes.
Para determinar el contenido de carbonatos del suelo, usaremos una valoración gasométrica, en la que se produce una reacción espontánea cuando reacciona el carbonato cálcico con el ácido clorhídrico, y desprenderá CO2, siendo éste medido mediante el calcímetro de Bernard comparándolo frente a un patrón de CaCO3 puro.
Con este instrumento, mediremos el punto de inicio en el que la reacción comienza, y el punto (final) en el que finaliza ésta.
Debemos estar atentos durante la reacción e ir moviendo el émbolo que contiene al patrón, pues es el que nos mantiene el líquido de la probeta-regla.
15 Introducimos un dedo de HCl en la parte inferior del tubo de cristal y le añadimos –en nuestro caso (tenemos un suelo “blanco”, donde hay mucha presencia de carbonatos)– 0’5g de suelo.
Comenzada la reacción, el punto del que parte es 15’8; mientras que el punto donde finaliza, 79.
Para hallar ahora el % de Carbonatos en nuestro suelo, preparamos un blanco con 0’2g de suelo, que también lo hacemos pasar por la valoración gasométrica. Una vez obtenidos los puntos, realizamos las siguientes proporciones: Pf – Pi de nuestra muestra ---------- x g x g --------- 0’5 g suelo muestra 2 51’4 (Pf – Pi del blanco) -------------- 0’2 g g% ------------------- 100% 63’2 ----------------- x g 51’4 ----------------- 0’2 g 0’25 g -------------- 0’5 g x = 0’25 g % = 49’18% de Carbonatos % ------------------- 100% 16 PRÁCTICA 4. PROPIEDADES DEL SUELO. CARBONO ORGÁNICO OXIDABLE Y ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE MATERIA ORGÁNICA (MOS).
En esta última práctica, vamos a calcular el carbono orgánico presente en el suelo de nuestra muestra 2 mediante la adición de K2Cr2O7. Para ello, vamos a realizar el siguiente procedimiento: - depositamos 1g de suelo en un matraz; - adicionamos 10 mL de K2Cr2O7; - añadimos H2SO4 para estabilizar la temperatura, la presión, etc.; - añadimos 100 mL de agua y dejamos pasar 5 minutos; - pasado ese tiempo, adicionamos tres gotas de O-Fenantrolina (indicador).
Para que el K2Cr2O7 se oxide, dejamos caer, gota a gota. Comienza a caer muy despacio, gota a gota, el (SO4)2Fe(NH4)2, que provocará que la disolución pase de color verdoso (punto inicial) a rojo pardo (punto final).
Una vez medidos, nuestros puntos son: - Punto inicial: 25 mL.
- Punto final: 18,3 mL.
Cambio de color de la muestra tras la adición del (SO4)2Fe(NH4)2 en el punto final.
17 Para realizar la corrección de la normalidad, debemos primero realizar un blanco, y después realizar la siguiente ecuación: Vo · No = V’· N’· f 10 mL · 1 = 19,9 mL · 0,5 · f f = 1’005 Siendo: Vo = dicromato V’ = Sulfato ferroso blanco No = 1N N’ = 0,5N El error nos da entre 0’9 y 1’1, por lo que entra dentro de los parámetros establecidos.
Ahora, vamos a proceder a hallar el % de materia orgánica del suelo siguiendo las siguientes fórmulas:  meq carbono orgánico oxidable = meq dicromato inicial – meq dicromato en exceso = 10 mL.
 meq dicromato en exceso = meq sulfato ferroso = 10mL.
 meq sulfato ferroso = Vm (volumen de sulfato ferroso consumido en la valoración de la muestra problema) · 0,5 · f = 6’7 ·0’5 ·1’005 = 3’37.
 meq carbono orgánico oxidable = (10 · 1) – (Vm · 0,5 · f) = (10 ·1) – (3’37 · 0’5 · 1’005) = 8’31.
 % carbono orgánico oxidable = (meq carbono orgánico oxidable · 12/4 · 10-3 · 100) / g ss = (8’31 · 12/4 · 10-3 · 100) / 1 = 2’5 %.
 % materia orgánica del suelo (MOS) = % carbono orgánico oxidable · 1,72 · 1,29 = 2’5 · 1,72 · 1,29 = 5’55% de MOS.
Como tenemos un % de MOS entre 4-8%, nuestra muestra es un suelo con alto contenido en materia orgánica.
Para terminar, realizamos un fraccionamiento de la MOS añadiendo a una cantidad de 1g de suelo NaOh y HCl (pH = 2), habiéndola sometido entre medias a centrifugación para separar los ácidos húmicos de los fúlvicos.
18 Tras pasar unos minutos, no vemos que se produzca ningún cambio, ni separación, en nuestro suelo, por lo que no podemos saber su solubilidad respecto a ambos compuestos.
19 ...