Contenidos de elementos mayoritarios y minoritarios y su relación con propiedades físico químicas en perfiles de suelos de la provincia de Huelva

Resumen

El estudio del suelo corresponde a la parte más externa de la corteza terrestre, sometida a la acción atmosférica e influencia de la biosfera. Como sistema de componentes múltiples, el suelo está constituido por las fases sólida, líquida y gaseosa, siendo la primera la que mejor propicia su caracterización. La fase sólida puede ser policristalina o poliamorfa y, según su origen, los componentes amorfos y cristalinos pueden ser primarios o secundarios, inorgánicos u orgánicos. Los componentes inorgánicos provienen de la meteorización de las rocas y minerales o de las reacciones siguientes entre los productos de la meteorización, los segundos son fundamentalmente producto de la degradación biológica. Desde el punto de vista geoquímico, los suelos forman parte del ciclo endógeno o menor de la materia en la parte superior de la litosfera. Este se inicia en las rocas cristalinas sólidas terminando en las sedimentarias, y es una parte del ciclo mayor de la materia en la naturaleza. A diferencias de este último, que es cerrado, el ciclo menor es abierto, excepto para las rocas sedimentarias (RANKAMA y SAHAMA, 1954), y es un verdadero agente separador y concentrador de diversos elementos. Las rocas parenterales pueden tener una fuerte influencia en la formación del suelo, en sus propiedades y características. Los demás factores de formación: clima, relieve, agentes bióticos y tiempo, influyen fuertemente sobre la composición del suelo controlando las reacciones de meteorización, las cuales alteran los minerales aportados por la roca parenteral (JACKSON, 1968). Así pues el contenido total de un elemento mayoritario o minoritario es fundamentalmente nativo, es decir, depende del material geológico original que será posteriormente modificado en cuanto a su movilidad, contenido y formas de presentarse, por los procesos edáficos que tienen lugar. Un criterio inicial que orienta este trabajo, viene dado por la importancia del suelo y el conocimiento de sus constituyentes para la nutrición vegetal. Puede ser ésta la finalidad última del estudio, o bien quedar subordinados a los procesos edáficos, acumulando el interés sobre la genética. Pero no es posible hacer ambas cosas a la vez, se precisa conocer la existencia, contenido y distribución de los elementos para profundizar en su origen posteriormente. Los suelos de Huelva, debido a su amplia variedad geológica y climática son muy diversos y, por tanto, motivan una composición química muy variada. El interés de estos suelos, hoy día, se mueve por las aplicaciones agrícolas, minerales e industriales y como soporte de residuos. Así, el conocimiento de la composición química sirve como sustento de las plantas, niveles que pueden tener significación de toxicidad y conocimiento de enriquecimiento para determinar la presencia de determinados componentes. Hasta el momento no se ha realizado ningún estudio que abarque el conocimiento de la composición química de estos suelos, tan solo en puntos concretos del Andévalo oriental en función de las mineralizaciones y explotaciones existentes. Por eso se cree que realizar este estudio para la obtención de datos en perfiles representativos de toda la zona, tiene un indudable interés. Pero una serie de datos sin una correlación, no justifican un trabajo de este tipo. Esto obliga a un estudio más profundo, no limitándose al elemento en cuestión sino extendiéndolo a todos aquellos factores, como pH, textura, mineralogía, etc., permitiendo con esta relación una cierta predicción de la conducta seguida y el estado en que los elementos pueden encontrarse. En la provincia en cuestión, se ha procurado seleccionar suelos representativos, que abarquen todos los tipos presentes en la zona y con extensión suficiente para que tengan importancia. Por otra parte, los suelos elegidos deben representar las distintas zonas climáticas y geológicas que existen, en este caso muy marcadas y hasta cierto punto coincidentes. En base a todas las consideraciones anteriores se pretende: - Un conocimiento y distribución de elementos mayoritarios (aquellos que se han considerado de interés biológico, geológico y otros cuyo interés aún no está bien definido, de ahí su interés igualmente). - Saber el contenido en función de las distintas áreas geológicas de Huelva, con una distribución de los perfiles en grupos, con la característica común del material original. - Proponer la evolución de los elementos y en que medida intervienen las propiedades físico-químicas del suelo. - Obtener datos matemático-estadísticos fiables que evalúen la relación de los elementos con los diversos parámetros físico-químicos del suelo y la implicación de los propios elementos entre sí. - Graduar estadísticamente las relaciones entre los parámetros, de manera que se pueda considerar el orden de importancia en la intervención de ellos con la existencia y evolución de los elementos, pudiéndose anular aquellos parámetros que no tengan una incidencia importante, dando definitivamente una mayor simplificidad al estudio con el rigor suficiente e intentando siempre la mayor claridad posible. Como resumen del trabajo expuesto y discutido se pueden establecer las siguientes conclusiones: 1. Se ha realizado por ver primera un estudio acerca de los contenidos de elementos mayoritarios (Si, Al, Fe, Ti, Mg, Ca, Na y K) y los minoritarios (Mn, Zn, Cu, Ni, Co, Cd, Pb, Cr, Zr, Y, Sr, Rb, Ba, La, Nb, Ga y Sn), encontrándose extensas relaciones entre estos y las distintas propiedades físico-químicas de un conjunto de 29 perfiles de suelos, que se han considerado representativos de la Provincia de Huelva. Estos perfiles se han distribuido en seis grupos según el material original: a) suelos sobre areniscas; b) suelos arenosos y sedimentos arcillo arenosos; c) suelos sobre calizas y margas; d) suelos sobre pizarras; e) suelos sobre granitos; f) suelos sobre vulcanitas. 2. Los valores encontrados de los parámetros físico-químicos más importantes para las 119 muestras tratadas, son los siguientes: a) Los suelos sobre areniscas contienen carbonatos en dos de los cuatro perfiles, variando desde 3% hasta 55% con valores más altos en los horizontales más profundos. La materia orgánica no es muy alta (0,3% a 3,3%), sin sobrepasar el 1% la mayoría de las muestras. En los perfiles calizos el pH varía entre 7,8 y 8,2, con valores de 4,6 a 6,4 en los otros dos. Tienen proporciones altas de arena fina y arcillas en los horizontes intermedios. Son altos también los valores de filosilicatos, disminuyendo en aquellos horizontes con alta proporción de calcita. La capacidad de cambio se puede consideraredia. b) Los suelos arenosos y sedimentos arcillo arenosos solo contienen carbonatos en uno de los perfiles, variando el pH para todos ellos en torno a 7 con algunos horizontes moderadamente ácidos, sobre todo los B. La materia orgánica, en estos suelos, no presenta valores importantes a excepción del perfil CS-14 con u 7% en el horizonte superficial. En cuanto a la textura la arena gruesa es la fracción predominante, alcanzado valores hasta del 900%, la fracción limo tiene los valores más bajos, solo un 10% de los horizontes superan el 11%; la arcilla es más abundante en los horizontes más profundos, al igual que los filosilicatos, superando en algunos casos el 80%. c) Los suelos sobre calizas y margas contienen carbonatos entre 4,9% y 53%, sólo en uno de ellos no se ha detectado como corresponde a su propia naturaleza con un sustrato de caliza dura. El pH varía entre 6,7 y 8,2, correspondiendo los valores más bajos al perfil anteriormente citado. Este mismo perfil presenta el valor más alto de materia orgánica (2%) en su horizonte superficial, siendo en general bajos. La arcilla es la fracción predominante, con valores notables en arena fina y limo. d) Los suelos sobre pizarras tiene valores de pH que varían de ácidos a moderadamente ácidos, entre 4,6 a 6, siendo bastante uniformes en cada uno de los perfiles. En estos suelos, se ha encontrado una acumulación muy notable de materia orgánica en los horizontes superficiales y también horizontes de acumulación de arcillas, estos últimos se corresponden con valores de filosilicatos en torno al 90%. e) En los suelos sobre granitos el pH tiene un carácter moderadamente ácido y siendo la arena gruesa la fracción predominante. Excepto en uno de los perfiles con alta proporción en cuarzo predominan los filosilicatos. Hay que considerar la alta capacidad de cambio del perfil SG-5. f) Las características físico-químicas encontradas en los dos perfiles de suelos sobre vulcanitas están muy diferenciadas, destacando sobre todo la mayor acidez del perfil AR-10 y el alto contenido en materia orgánica. La fracción limo es la más abundante en estos suelos. 3. Los contenidos de Silicio (expresados en óxidos), presentan un rango de variación entre 26 y 97,3% con un valor medio de 75,63%. En la mayoría de los suelos estudiados se han encontrado correlaciones positivas y de alta significación con Zr, Pb y Rb, lo que relaciona a estos elementos con las fracciones más gruesas. 4. Para el Aluminio se ha encontrado un rango de variación entre 0,8% y 28% con valor medio de 7,98% (expresados en óxido). Los suelos sobre pizarras destacan como los más abundantes en este elemento y siendo los perfiles arenosos los más deficientes. En cuanto al Hierro, para todos los suelos estudiados, el rango es algo más estrecho, entre 0,1% y 13,6%, con un valor medio de 3,44%. Los perfiles sobre vulcanitas son los de contenidos más altos y los arenosos los más bajos. Existe una distribución paralela en todos los suelos para ambos elementos (Fe y Al), aunque con distinto orden de contenidos. Para ambos, en los suelos sobre calizas y margas, se han encontrado correlaciones negativas con los carbonatos. A excepción de los suelos sobre areniscas se observan correlaciones de altas significaciones entre el Fe y los elementos Ni, Co y Cr y, de forma general, del Al con el Cr. 5. El contenido medio de Ti (expresado en óxido) es de 0,72%. El perfil desarrollado sobre vulcanitas (SV-7) tiene los valores más altos de todos los suelos estudiados, alcanzado proporciones hasta del 3,8%. Este contenido duplica a más del 90% de las muestras tratadas. Se han encontrado correlaciones muy significativas entre los sesquióxidos y este elemento, a excepción de los suelos más arenosos. En general con la caolinita no se ha observado una relación importante. 6. El contenido medio de Magnesio (expresado como óxido) es de 0,56%, alcanzado el valor medio más alto y la desviación típica más baja en los suelos sobre calizas y margas. Los arenosos presentan los contenidos más bajos, superando el 1% solamente el 14% de la totalidad de las muestras. Se destaca el mayor contenido para este elemento en aquellos horizontes con presencia de dolomita. El magnesio se correlaciona positivamente con Sr y pH, y de forma negativa con SiO2, lo que indica la asociación de este elemento a parámetros de basicidad. El rango presentado por el Calcio está entre 0% y 33%. Existe acumulación de este elemento en los horizontes superiores, cuando se presenta con alta proporción. Destacan las correlaciones positivas y muy significativas con Fe y Al, debido a una mayor solubilidad de estos elementos a pH básico. 7. Los elementos Na y K tienen rangos entre 0,1 y 3%, con valores medios de 0,53% y 1,23% respectivamente. Estos elementos presentan una gran uniformidad de contenidos a lo largo de cada perfil. Para todos los suelos estudiados, el Na presenta correlaciones positivas muy significativas con el Sr, mientras que el K está muy estrechamente vinculado al Rb y, salvo algunas excepciones, ambos elementos (Na y K) con los feldepastos. En aquellos suelos donde se han tenido en cuenta los datos de la mineralogía de la arcilla, se encuentran también correlaciones significativas y positivas con la ilita y negativa con la caolinita. 8. Del estudio del Manganeso se deduce: Los altos contenidos presentados en los suelos sobre granitos, con un valor medio de 1344 ppm y alcanzando en el perfil SG-5 un contenido de 6240 ppm en el horizonte más profundo. Con la excepción de este perfil, generalmente se acumula en los horizontes superiores. Al contrario de lo que se podría esperar, no se han encontrado correlaciones destacadas de este elemento con la materia orgánica. Los perfiles arenosos y de sedimentos arcillo arenosos tienen los contenidos más bajos, con un valor medio de 104 ppm. Se puede establecer que el pH, Materia Orgánica y proporción de arcilla intervienen, fundamentalmente, en la variación del contenido del Mn en los perfiles. 9. Los elementos Zn, Cu, Ni y Co, presentan los contenidos más altos en los suelos sobre pizarras, siendo los valores medios, para estos elementos, doble de la media general de todos los suelos estudiados. Es destacable la similitud de comportamiento encontrada en todos los suelos estudiados de los elementos Co y Ni y, en la mayoría de ellos para Zn, Ni, Co y Cr, con la siguiente secuencia de contenidos: Cr>Zn>Ni>Co. En los suelos más ácidos se encuentra para el Zn unos contenidos más altos en los horizontes inferiores, mientras que en los suelos calizos lo hace en los horizontes superiores. Los elementos Co y Ni, están fuertemente correlacionados con la fracción arcilla, así como con todos aquellos parámetros vinculados a esta fracción. También con Fe y Al. 10. El elemento Cobre se acumula generalmente en los horizontes superficiales, sobre todo, cuando la materia orgánica presenta un alto contenido. El valor medio para este elemento es de 18 ppm. Hay que señalar el valor anormalmente alto encontrado en el horizonte superficial del perfil CE-15 (221 ppm) que debe estar causado por el empleo de fungicidas en zonas de viñedos. 11. El elemento Cadmio se encuentra con unos contenidos bajos en estos suelos, en gran número de ellos con niveles de traza y por debajo del límite de detección del método utilizado. Existen correlaciones muy significativas y positivas entre este elemento y los carbonatos. 12. El valor medio del Pb es de 23,47 ppm, destacando los suelos arenosos con contenidos más bajos y bastante semejantes en el resto de los perfiles. Se acumula en los horizontes superficiales, de acuerdo con los valores más altos de materia orgánica y con tendencia de aumento hacia los horizontes con altas proporciones de carbonatos, explicándose por esta causa las correlaciones significativas y positivas con el Sr. 13. El rango encontrado para el elemento Zr está entre 23 y 570 ppm, con un valor medio de 192 ppm. En general todos los suelos presentan acumulaciones de este elemento en los horizontes más superficiales. Según el análisis factorial realizado, se deduce una mayor vinculación de este elemento a parámetros de tipo silíceo que a los calcáreos. 14. Los elementos Y y La, en la mayoría de las muestras, tienen un comportamiento paralelo incluso con contenidos similares. La mayor frecuencia de contenidos para el Y se encuentra en el intervalo de 2 a 40 ppm y, para el La, entre 0 y 30 ppm. Ambos elementos tienen, para los suelos desarrollados sobre areniscas y en los perfiles arenosos, una manifiesta tendencia de acumulación hacia los horizontes arcillosos. 15. El elemento Sr presenta contenidos altos en los suelos desarrollados sobre calizas y margas, con un valor medio de 138 ppm, siendo de 61,48 ppm la media para el conjunto de todos los suelos. Los carbonatos tienen una correlación positiva al más alto nivel con este elemento, fundamentalmente en aquellos perfiles donde la proporción de materiales calcáreos es alta. En estos casos es donde las correlaciones con el Ba son muy significativas y de signo negativo. Existen, igualmente, correlaciones positivas del Sr con Mg y dolomita en suelos calizos, contraponiéndose con datos encontrados en la bibliografía. Se ha encontrado una asociación del elemento Ba con Rb y K en la mayor parte de los suelos y, solamente en algunos, se incluyen los feldespatos. 16. El elemento Rb presenta contenidos altos en los suelos sobre pizarras, con una media de 114,5 ppm, y siendo la media general de 64,23 ppm. Presenta correlaciones muy significativas y positivas con la ilita que puede afirmar su presencia en minerales micáceos, siendo negativa con la caolinita. 17. El Galio se caracteriza por la uniformidad de sus contenidos en todos los suelos estudiados, así como su distribución a lo largo de los perfiles. El valor medio es de 14,75 ppm, con un rango entre 8 y 29 ppm. La media más alta corresponde a los suelos sobre pizarras (18 ppm). Presenta correlaciones muy significativas y positivas con los feldespatos, arcilla y con los elementos Fe y Al. 18. Para el elemento Sn se encuentran contenidos más bajos para los suelos desarrollados sobre granitos y vulcanitas, a diferencia de lo que ha ocurrido con la mayoría de los otros elementos estudiados. Este elemento junto al Nb no tiene una definición clara en cuanto a su variación. 19. Se ha definido un “índice de variación” para los elementos minoritarios además del hierro y aluminio, este índice es el cociente entre el contenido en el perfil y el contenido en el horizonte C. Los valores de este índice de variación, son más significativos y permiten una comparación más fácil de los elementos entre suelos de diversas características que los propios valores absolutos. Observándose, con carácter muy general, un enriquecimiento de los elementos en los suelos más básicos frente a los más ácidos. 20. Del estudio estadístico realizado se han obtenido agrupaciones características de variables para cada tipo de suelo, con una evaluación de la intensidad de esta relación así como su sentido. Igualmente, se ha considerado la influencia de cada variable en las muestras del grupo así como el grado de explicación del sistema por cada conjunto de variables. 21. Las representaciones obtenidas de las puntuaciones, que caracterizan la influencia de cada grupo de variables en cada una de las muestras, han permitido agrupar los distintos horizontes con una cierta similitud respecto al carácter común del grupo de variables, pudiendo considerar también una evolución del grupo de muestras. 22. No se puede considerar significativo el estudio estadístico para un corto número de muestras, como es el caso del grupo de vulcanitas, puesto que se produce un único grupo de variables en un solo factor, al tener todas ellas una cierta relación y que, en la mayoría de los casos es causado por el corto número de valores empleados, considerándose una relación casual que desvirtúa el propio análisis factorial.