Apunts temari complert (0)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 2º curso
Asignatura Edafologia
Año del apunte 0
Páginas 11
Fecha de subida 14/06/2014
Descargas 7

Vista previa del texto

TEMA 1B Organització del sòl Perfil: tall vertical del terreny que permet estudiar el sòl en conjunt, des de la superfície fins al material originari.
La seva observació acostuma a poder diferenciar capes que, per la seva disposició horitzontal o subhoritzontal, anomenem horitzons.
Cada horitzó pot tenir uns atributs específics en funció de la formació del sòl.
Nomenclatura dels horitzons genètics • Horitzons principals: lletres majúscules • Subdivisions dels horitzons principals: lletres minúscules • Variacions quantitatives dels horitzons: índexs numèrics • Exemple: Bw2 o Indica la segona zona dins d’un horitzó de tipus B on predominen els processos d’alteració del material original (weathering) TEMA 2 Granulometria, textura i estructura Importància de la granulometria i la relació S/V • Sobre les propietats químiques o Reactivitat química o Alterabilitat o Grau de transformació o Propietats associades a la superfície (CIC) • Sobre les propietats físiques o Porositat i tipus de porus o Capacitat de retenció d’aigua o Capacitat d’infiltració i conductivitat hidràulica La textura La textura del sòl és la proporció numèrica (en pes) de sorres, llims i argiles a la terra fina del sòl.
Les combinacions percentuals possibles s’agrupen en diferents categories que anomenem classes texturals.
Classes texturals Són agrupacions de proporcions granulomètriques (textures) que proporcionen al sòl unes característiques o propietats similars.
1 Com podem avaluar la textura? Al camp, avaluem la textura del sòl mitjançant proves senzilles de plasticitat d’una mostra de la terra fina saturada d’humitat.
Al laboratori, podem separar les partícules de dimensions diferents tot aprofitant llur diferent diàmetre i velocitat de sedimentació.
Desenvolupament de l’estructura És funció del tipus de partícules i de les forces d’atracció-repulsió Estructura: • Empaquetament Apareix quan no hi ha forces de superfície, en funció de la mida i la forma de les partícules. L’aigua pot contribuir a estabilitzar l’empaquetament.
• Unitats de fàbrica Condueix a la formació d’agregats. S’origina per forces de superfície (càrregues elèctriques), que poden ser d’atracció (electrostàtiques o de Van der Waals) o de repulsió (electrostàtiques).
Forma dels agregats • Granular composta • Prismàtica En blocs • Columnar • Laminar • Granular simple • Massiva Relacions massa/volum: densitat • Densitat real o Correspon a la densitat mitjana de la fase sòlida o densitat de les partícules. És pràcticament constant en el temps, ja que no depèn de l’estructura De manera general, es pren un valor mitjà de 2650 kg m-3.
• Densitat aparent o Correspon a la relació entre la massa de sòl i el volum que ocupa al camp. Informa sobre la compactació del sòl i permet inferir-ne Correspon al volum que ocupen les fases líquida i gasosa del sòl.
És la relació entre el volum buit i el volum total.
Porositat • Micropòrus: porus de diàmetre inferior a 30 μm. Elevada energia de retenció d’aigua, tot i que no participa en la translocació de components.
• Macropòrus: porus de diàmetre superior a 30 μm. Contenen aigua retinguda amb menor energia, que pot circular fàcilment a través del perfil.
Porositat i densitat aparent Destrucció de l’estructura • Per mineralització de la matèria orgànica sense que hi hagi noves aportacions • Per acidificació del sòl i pèrdua de cations divalents • Per sodització • Per efectes mecànics 2 TEMA 3 Components minerals del sòl La fracció mineral del sòl • Té el seu origen en el material original • És el component majoritari de la fase sòlida (95-99%) o Minerals primaris (presents al material original) - Alterables, però encara no alterats - No alterables o Minerals secundaris (complex d’alteració) • És una fracció sotmesa a reaccions de transformació Transformació dels components minerals • Factors edàfics o Règim de temperatures o Règim d’humitat o pH, composició química de l’aigua o Vegetació i tipus de matèria orgànica o Activitat microbiològica Alteració dels components minerals • L’aflorament del material original a la superfície implica un canvi en les condicions ambientals • Això genera unes modificacions en les seves característiques que genera un nou material Aquests canvis afecten: • La massivitat • La composició química • La constitució mineralògica Alteració dels components minerals MINERAL ORIGINAL + REACTIUS EN SOLUCIÓ MINERAL SECUNDARI Factors que afecten les transformacions minerals: 1. CONDICIONS LITOLÒGIQUES • Composició química i mineralògica 2. CONDICIONS FÍSICO-QUÍMIQUES • Composició dels reactius d’atac • pH de la solució • Concentracions de soluts 3. CONDICIONS TERMODINÀMIQUES • Temperatura • Temps de contacte • Pressió • Velocitat de circulació de la solució Principis estructurals dels silicats • Nesosilicats (olivina, zircó, granat) • Sorosilicats (epidot) • Ciclosilicats (beril·li, turmalina) • Inosilicats cadena simple (piroxè, diòpsid) • Inosilicats cadena doble (hornblenda) • Fil·losilicats (argiles, miques) • Tectosilicats (quars, feldspats) 3 + SOLUCIÓ DE RENTAT Principis estructurals de les argiles Conjunt de minerals de mida de partícula petita que pertanyen al grup dels fil·losilicats.
Aluminio silicats hidratats amb estructura laminar, amb espais interlaminars i continguts interlaminars característics de cada mineral.
Gènesi i transformació de les argiles Reaccions implicades: hidròlisi, oxidació, substitució isomòrfica, hidratació, intercanvi iònic • Herència: Estructura cristal·lina igual a la del material original. Gènesi per disgregació o fragmentació del substrat • Transformació: Adaptacions dels minerals al medi edàfic, a través de canvis en la composició química l’estructura cristal·lina. Freqüent en argiles 2:1 i 2:1+1 • Neoformació: Cristal·lització a partir de components iònics. Forma estructures 1:1 o 2:1 a partir de sílice i alumini.
Al3+ + SiO2 + H2O → Caolinita Tipus bàsics d’argiles • Argiles Te-Oct (1:1) • Argiles Te-Oct-Te (2:1) • Argiles Te-Oct-Te + Oct (2:1+1) Minerals d’argila i càrrega elèctrica • La gènesi de minerals d’argila implica el creixement de les làmines en un medi ric en Si4+, Al3+ i Mg2+.
• La proporció d’aquests tres elements rarament és la justa per a conformar l’estructura model de les argiles.
• Aquest fet origina que d’altres cations es puguin col·locar en el seu lloc a l’estructura cristal·lina.
• Substitucions isomòrfiques comuns: 3+ 4+ o Capa tetraèdrica: Al en lloc de Si 2+ 2+ 3+ o Capa octaèdrica: Mg o Fe en lloc d’Al • Aquestes substitucions tenen com a conseqüència la generació d’un dèficit de càrrega positiva, o un excés de càrrega negativa Oxihidròxids de ferro o El Fe és un element molt abundant en el sòl o Es troba essencialment en forma d’oxihidròxids insolubles. Formes complexades i iòniques en medis reductors FORMA IÒNICA O INTERCANVIABLE o Pot trobar-se en ambients reductors, ambients gley o FeCO3, verdós o FePO4, blavós FORMES COMPLEXADES I AMORFES o Formes lligades a matèria orgànica, sovint en sòls àcids o Solubilitat variable en funció del grau de polimerització FORMES CRISTAL·LINES o Goethita FeOOH. Color ocre. Climes humits i poc contrastats.
o Hematites Fe2O3. Color vermell. Climes càlids i estacionalitat contrastada.
Oxihidròxids d’alumini o Un dels elements més abundants en el sòl o Constituent essencial de les argiles 4 FORMA IÒNICA O INTERCANVIABLE o Provinent de la hidròlisi d’argiles o Abundant en sòls de pH < 5,5 FORMES COMPLEXADES I AMORFES o Medis rics en matèria orgànica i pobres en argiles o Poden transformar-se en hidròxids amorfs insolubles FORMES CRISTAL·LINES o Gibbsita Al(OH)3. Sòls moderadament àcids, sòls poc orgànics, poc sílice soluble o Boehmita AlOOH.
Al·lofanes o o o o Aluminosilicats molt desordenats o amorfs (ordenació local o de curt abast) Té l’aspecte de microagregats de partícules unitàries de 3,5 a 5,5 nm de diàmetre Composició química variable dominada per Si, Al i O. Predomini d’enllaços Si—O—Al Superfície específica molt elevada. CIC depenent del pH. Elevada capacitat de retenció d’anions.
TEMA 4 L’aigua del sòl Tipus d’aigua del sòl • Gravitacional: Ocupa els porus més grans, es perd fàcilment per drenatge • Capil·lar: Ocupa els porus de petit diàmetre. Pot ser absorbible o no per les plantes • Higroscòpica: Fixada a partir de la humitat atmosfèrica, forma una capa molt fina sobre les partícules • Cristal·lina: De constitució de les estructures cristal·lines Mètodes de mesura • Gravimetria: Pèrdua de pes d’una mostra de sòl en assecar-la a 105ºC. Mètode universal destructiu.
• Reflectometria: Mètode no destructiu i molt ràpid.
Estat energètic de l’aigua Forces que hi actuen: o Forces gravitacionals o Forces derivades de la matriu Forces d’adhesió, a la superfície de les partícules • D’origen molecular (ponts d’hidrogen) • Curt abast, però gran intensitat • Capa fina a la superfície de les partícules Forces de cohesió, per efectes capil·lars • Unions entre molècules d’aigua per ponts d’hidrogen 5 • Fan engruixir la làmina d’aigua adsorbida Forces de difusió • Aigua associada a ions i superfícies sòlides carregades o Forces derivades dels ions en solució Aigua d’hidratació dels ions Gran importància en sòls salins o Forces externes Canvis en la geometria de la matriu del sòl (i dels porus) Pressió dels gasos sobre l’aigua Pressió hidrostàtica en sòls saturats Potencial hídric • Per extreure aigua del sòl cal efectuar un treball proporcional a l’energia de retenció (succió) • Aquest treball s’expressa en termes de potencial respecte a un valor de referència (aigua lliure) • Presenta valors negatius, ja que cal fer una succió per extreure l’aigua del sòl • Expressió del potencial hídric (energia/volum): ΨT = Ψm + Ψg + Ψo + Ψp ΨT : Potencial hídric total Ψm : Potencial matricial o capil·lar Ψg : Potencial gravitacional Ψo : Potencial osmòtic o de soluts Ψp : Potencial de pressió Mesura del potencial hídric • Cambres de pressió (Cambra de Richards): Olla a pressió on s’aplica una determinada pressió i es mesura l’aigua extreta • Tensiòmetres: Càpsules de porcellana porosa connectades a un tub tancat • Blocs porosos (Bouyoucos): Blocs de guix que actuen com a resistència variable en funció de l’aigua que hi penetra Relacions potencial-contingut: funcions característiques d’humitat Histèresi: un mateix contingut d’humitat pot estar retingut amb més o menys energia segons si el sòl s’està assecant o s’està hidratant.
El fenomen s’origina per: • La tortuositat i irregularitat dels porus • L’ordre de rebliment és diferent del d’assecament • La presència de bombolles d’aire dins de l’aigua Circulació d’aigua en el sòl • L’aigua circula perquè existeix un gradient de potencial hídric (ψh) • En situacions d’equilibri, ψh és constant • Models per a explicar la circulació de l’aigua 1. Medi porós uniforme: Llei de Poiseuille 2. Medi porós no uniforme saturat: Llei de Darcy 3. Medi porós no saturat: Llei de Darcy modificada 1.
Medi porós uniforme: Llei de Poiseuille El flux és • directament proporcional al radi dels capil·lars i al gradient de potencial • inversament proporcional a la viscositat del fluid i a la longitud del capil·lar 6 2. Medi porós no uniforme saturat: Llei de Darcy El flux és directament proporcional al gradient de potencial hídric i a una constant K (conductivitat hidràulica) que depèn de les característiques de la matriu porosa del sòl La conductivitat hidràulica mesura la resistència del sòl a la circulació de l’aigua. És constant en sòls saturats L : longitud de la columna de sòl A: secció d'una columna de sòl z : distància entre dos punts H i H1 2 3. Medi porós no saturat: Llei de Darcy modificada K no és constant, sinó que depèn del contingut d’humitat del sòl TEMA 5 Components orgànics del sòl Expressió de la matèria orgànica Massa sobre terra fina (seca) Indica la quantitat de matèria orgànica per quantitat de sòl útil (terra fina). La quantitat total pot ser molt variable en funció de la pedregositat del sòl.
Massa per unitat de superfície Indica la quantitat de matèria orgànica per unitat de superfície de sòl. No dóna cap indicació sobre l’estat de la matèria orgànica o la seva distribució.
La humificació • Canvis en l’estructura i complexitat química de la matèria orgànica • Incrementa la resistència a la degradació o Per degradació dels compostos més fàcilment mineralitzables o Per formació de compostos molt resistents a la degradació La humificació implica una transformació molt profunda de la matèria orgànica que s’incorpora al sòl.
• Humina: compostos humificats de difícil extracció. Se’n diferencien diverses categories: • Microbiana: formada per cossos microbians i compostos que se’n deriven • Heretada: similar a la matèria orgànica fresca • Neoformada: resultat de processos d’immobilització amb cations 7 • Estabilitzada: resultat de la transformació lenta dels àcids húmics, per polimerització dels nuclis aromàtics i reducció de la solubilitat • Àcids húmics: Extractables amb reactius alcalins, i precipitats pels àcids, de color bru o negre, formats per macromolècules d’unitats aromàtiques unides a compostos més senzills. Se’n diferencien diverses categories: o Bruns: poc polimeritzats i fàcilment degradables. Solubles en NaCl o Grisos: molt foscos i polimeritzats, molt estables, de gran pes molecular, insolubles en NaCl o Himatomelànics: solubles en etanol • Àcids fúlvics: extractables amb reactius alcalins i no precipitats pels àcids. Pes molecular inferior a 2000 Acidesa dels grups funcionals Es comporten com a àcids febles.
Donen caràcter tampó al sòl.
Presenten una elevada CIC variable en funció del pH.
Poden formar complexos amb altres compostos, directament o a través de metalls. Per això se’ls relaciona amb la formació d’estructura i la capacitat depuradora de pesticides.
Carborxíl·lic —COOH + R −OH R −O− + H + R −COOH R −COO− + H Complexos òrgano-minerals Poden ser de tipus • argilo-húmic • organometàl·lic La descomposició dels materials orgànics que entren al sòl depèn de: (a) condicions ambientals • pH • Humitat • Aireació • Temperatura (b) qualitat de la matèria orgànica per a ser utilitzada pels microorganismes • Grau fraccionament • Contingut en lignines (difícil descomposició) i polifenols (inhibidors descomposició) • Relació C/N La relació C/N disminueix amb el temps de descomposició, a mesura que els microorganismes van alliberant la major part de C en forma de CO2 (quantitats molt més petites de N es poden perdre com a NH3).
Carboni no descompost Carboni descompost: • Assimilat (biomassa microbiana) 1/3 • Metabolitzat (CO2) 2/3 Els microorganismes descomponedors utilitzen el C, però no poden créixer només a base de C, ja que també necessiten incorporar N per a la síntesi proteica.
Com que només assimilen 8 parts de C per cada part de N (relació C/N de 8), el limitant per la descomposició és el N que conté la m.o.
Quan C/N residu >> 25 • Molt C, cal utilitzar el N del sòl per poder mineralitzar-lo tot.
• Risc de fam de nitrogen (manca de N disponible per a les plantes).
8 Quan C/N residu << 25 • Poc C i quantitats relativament importants de N, el C es mineralitza fàcilment.
Els microorganismes tenen C/N al voltant de 8, per tant….
… comptant que només s’utilitzés el N del residu, es podrien assimilar com a màxim unes 8 parts de C, mentre que es metabolitzarien 16 parts de C.
Si sumem, ens surt que es mineralitzarien unes 24 parts de C per 1 de N.
Per això, per conveni, prenem el valor de C/N=25 com el punt a partir del qual caldria prendre N del sòl per mineralitzar C del residu.
TEMA 6 Propietats químiques del sòl: pH i capacitat d’intercanvi catiònic Teoria de l’alumini i el ferro 3+ Al + n H2O Al (OH) 3+ Fe + n H2O Fe(OH) (3−n) + (3−n) + +nH +nH Reacció del sòl i pH • La mesura del pH constitueix el procediment més habitual per a diagnosticar l’acidesa del sòl, atesa la rapidesa d’aquesta mesura.
• Generalment, el pH es determina en una suspensió 1:2,5 10 g sòl : 25 ml aigua + pH = -log(H3O ) En sistemes naturals, el valor del pH varia de 3 a 12 Acidesa actual i potencial o de canvi • Acidesa actual o activa: Protons lliures a la solució del sòl. Es mesura amb el pH en suspensió aquosa • Acidesa potencial o de canvi: Protons situats a les posicions d’intercanvi. Resulta de la hidròlisi de l’alumini i el ferro intercanviables 3+ Al + n H2O (3−n) Al(OH) + + nH Es mesura el pH en una suspensió on s’ha desplaçat l’alumini i el ferro amb una solució de KCl 1M Importància del pH sobre les propietats i processos edàfics • Propietats biològiques o Descomposició de la matèria orgànica o Proporció biomassa microbiana bacteriana/fúngica o Biomassa microbiana o Humificació de la matèria orgànica o Fixació de nitrogen • Propietats físiques o Dispersió/floculació de col·loides o Desenvolupament d’estructura o Porositat i airejament o Conductivitat hidràulica o Règims de temperatura i humitat • Propietats químiques o Meteorització química o Solubilitat d’elements potencialment tòxics o Disponibilitat de nutrients 9 Mecanismes de regulació del pH • La fracció col·loïdal del sòl actua com un àcid polifuncional parcialment salificat • El caràcter àcid de l’argila ve determinat per les diferents formes d’alumini i ferro que s’hi troben • L’equilibri de l’alumini i el ferro constitueix un sistema tampó que actua en sòls àcids El sistema amortidor de l’alumini Al 3+ 2+ + H2O + Al(OH) + H 2+ + Al(OH) + H2O + Al(OH)2 + H + Al(OH)2 + H2O + Al(OH)3 + H Al(OH)4- + H+ Al(OH)3 + H2O Mecanismes de regulació del pH • El caràcter àcid de la matèria orgànica va lligat essencialment als grups carboxíl·lics i fenòlics.
• La capacitat amortidora d’aquesta fracció és molt elevada en un ampli rang de pH Regulació del pH i saturació de bases La major part dels grups àcids de la superfície del sòl es desprotonen en valors de pH entre 4 i 8. Dins d’aquest rang, un sòl completament dessaturat pot assolir la màxima saturació Mecanismes de regulació del pH en sòls calcaris • El sistema absorbeix, d’aquesta manera, les incorporacions d’OH- i de H+ • En excés de CaCO3, l’equilibri depèn només de la pCO2 • El sistema regula el pH del sòl segons l’expressió: pH0 − 0,67 × log pCO2 +B B = f(t); B = 6,06 a 23ºC Modificació del pH del sòl pH bàsic pH àcid Disponibilitat de nutrients escassa Aportació en formes disponibles Mobilització d’elements tòxics Increment del pH Origen i funcionament de la sorció • Origen: Substitucions isomòrfiques dels minerals d’argila. Dissociació de grups funcionals orgànics • Funcionament: Reaccions d’intercanvi iònic Les reaccions d’intercanvi catiònic • Són reversibles, gairebé sempre. Els cations polivalents poden ser més difícils d’intercanviar si formen enllaços covalents • Son estequiomètriques. Les quantitats intercanviades són químicament equivalents • Són ràpides. Al laboratori són instantànies. Al camp es poden veure frenades per la taxa de difusió dels ions cap a la superfície del canviador i viceversa • Segueixen la llei d’acció de masses. La direcció de la reacció depèn de les concentracions relatives Capacitat d’intercanvi catiònic (CIC) • Cations intercanviables: cations que es troben adsorbits a la superfície dels components intercanviadors del sòl • La suma dels cations intercanviables que es troben a la superfície d’intercanviador s’expressa generalment en cmolc/kg material, i identifica la capacitat d’intercanvi de cations 10 Bases de canvi i grau de saturació + + 2+ 2+ • Bases de canvi: Na , K , Ca i Mg • Grau de saturació de bases: relació entre les bases de canvi i la capacitat d’intercanvi de cations + 3+ • El GSB varia amb el pH, que és un reflex de la concentració d’H i Al presents en el medi L’origen de la càrrega elèctrica de l’intercanviador • Estructura mineral o Independent de les característiques del medi (permanent) o Originades per substitucions isomòrfiques o Solen generar càrregues negatives • Ruptures a les vores i en grups funcionals de la matèria orgànica o Depenen de les condicions de pH (variables) o Grups OH Es poden dissociar en medi bàsic -> càrrega negativa + Es poden unir a H en medi àcid -> càrrega positiva o Grups funcionals —OH, —COOH, —C6H4OH i —NH2 Importància de la CIC • Controla la disponibilitat de nutrients • Intervé en els processos de floculació de les argiles i en el desenvolupament d’estructures estables • Condiciona el comportament depurador del sòl Valors de CIC comuns en components del sòl La CIC varia d’un horitzó a un altre, en funció del tipus i quantitat de matèria orgànica, i del tipus i quantitat de minerals d’argila Cations intercanviables • Provenen de l’alteració mineral, de la mineralització de la matèria orgànica i d’aportacions externes, superficials i/o subterrànies.
• La concentració de cations és molt major al complex d’intercanvi (99%) que no pas a la solució del sòl (1%) 11 ...