Metodologías para Análisis Químico de Suelos

Por: Felipe Calderón Sáenz y Margarita Pavlova; Junio 6/1999

CONTENIDO

Diagrama General
Secado de las Muestras
Tamizado
Preparación de la Pasta Saturada
Obtención del Extracto de Saturación
Determinación de Sodio en le Extracto de Saturación
Determinación de Nitrogeno-Nítrico (N en forma de Nitratos) en el Extracto de Saturación.
Determinación del pH del Suelo
Determinación del pH en Suspensiones de Suelo Agua 1:2 P/V
Determinación del pH en Pasta Saturada
Determinación del Aluminio Intercambiable
Determinación de Bases (K, Ca, Mg), Fósforo (P), y Elementos Menores (Fe, Mn, Cu, y Zn) por el Método Morgan Modificado. (Mod Dr. Calderon Labs)
Determinación de Bases (K, Na, Ca, Mg)
Determinación de la Capacidad de Intercambio Catiónico -CIC- C.I.C
Determinación de la Conductividad Eléctrica -C.E.-
Determinación del Porcentaje (%) de Saturación de Agua
Determinación del Nitrógeno Total en el suelo.

El análisis agroquímico del suelo se hace sobre una muestra homogénea de suelo que represente un continuo de suelo de un terreno.  Se toma aproximadamente de 1.0 a 2.0 kg de muestra, se almacenan en bolsas apropiadas para enviar al laboratorio y se coloca una etiqueta con toda la información.  Inmediatamente entra la muestra al laboratorio se le asigna su respectivo número y comienza el proceso para las diferentes determinaciones.

Secado de las Muestras 

Cuando el suelo se procesa en base a peso es necesario secar la muestra para poder tomar la respectiva alícuota. Para tal efecto, la muestra se extiende sobre un papel limpio y seco en una capa delgada en un cuarto o estufa de secado. Excento de toda clase de contaminación. Se deja secar por 72 horas. Se puede ayudar por medio de calor suave pero esto puede distorsionar los resultados analíticos.

Tamizado 

Con el fin de homogenizar las muestra una vez seca, la muestra se muele con un rodillo de madera y luego se pasa por un tamiz de 1-2 mm de diámetro. Posteriormente se empaca en bolsas plásticas y así queda lista lista para el análisis agroquímico.  Las muestras Patrón se deben preparar de la misma forma para el Control de Calidad Analítico.

Preparación de la Pasta Saturada   

Un método muy conveniente de analizar el suelo es en base volumétrica de pasta saturada. Este método tiene la ventaja de que no es necesario secar el suelo. Se gana tiempo y espacio. Las condiciones de pasta saturada son bastante reproducibles. Durante el proceso de Saturación y amasado se elimina el aire de los poros. Los resultados suelen ser bastante fieles y reflejan muy bien la realidad del campo. Como precaución especial, a la pasta saturada se le debe medir el pH lo mas pronto posible ya que este variará con el tiempo. Igualmente la filtración del extracto debe realizarse lo antes posible. Cuando el suelo es arcilloso y contiene mucho Hierro, este reacciona con los Nitratos, formando oxido Nitroso, el cual forma un complejo con el Hierro Ferroso, el cual no es extraido en el filtrado y se obtienen falsos bajos resultados para los Nitratos.

Para este fin se colocan de 0.5 a 1.0 kg de suelo en el cono de saturación (Figura No. 1, Foto No. 1, Foto No. 2, Foto No. 3) se le agrega agua destilada lentamente y se va amasando hasta obtener una pasta lo mas homogénea posible. Se agrega tanta agua como sea necesaria para obtener una pasta Saturada. Se debe eliminar el aire lo mas completamente posible. Esto permitirá obtener una alícuota volumétrica de suelo lo suficientemente representativa. A partir de esta pasta es posible obtener tantas alícuotas como sea necesario a base de cilindros volumétricos (Foto No. 4) Se llenan los cilindros y luego con la ayuda de un émbolo se extrae su contenido (Foto No. 5).

Obtención del Extracto de Saturación 

Para obtener el extracto de Saturación, se coloca aproximadamente 1 kg de Pasta saturada, preparada como se dijo anteriormente y se extrae en un filtro a presión como los que se muestran en la fotografía adjunta (filtros a presión, Foto No. 6, Foto No. 7). Se debe tomar la precaución de no dejar la pasta saturada de suelo demasiado tiempo antes de extraerla. Esto puede afectar los resultados.

Determinación del Sodio en el Extracto de Saturación

Para la determinación del Sodio en el extracto de saturación se toma una alícuota del extracto y se lee directamente por absorción atómica o por emisión de llama contra estandares apropiados.

Determinación de Nitrogeno-Nítrico (N en forma de Nitratos) en el Extracto de Saturación.

El Nitrógeno-Nítrico se determina mediante colorimetría con Difenil-Amina en Medio Sulfúrico.

Determinación del pH del Suelo 

La acidéz del suelo se presenta en dos formas fundamentales:

1.  Activa:   En la cual los H⁺ actúan directamente sobre el sistema radicular y en la dinámica de los elementos nutritivos en los suelos.

2.  Potencial:  La cual depende del porcentaje de saturación de Bases del suelo y se mide con soluciones extractoras con el KCl 1N.

La acidez activa ó pH  es la concentración de H⁺ (libres) que contienen el extracto del  suelo.  Se expresa como el lógaritmo negativo de la concentración de los H⁺.

                         pH = - Log [H⁺]

En la práctica se utilizan varias relaciones suelo-agua para la determinación del pH bien sea en peso ó en volumen. En muchos laboratorios se suele utilizar una relación suelo agua 1 : 2 peso/volumen sin embargo esta relación no es muy apropiada ya que dista mucho de la realidad que vive el sistema radicular de las plantas.  El método de lectura, generalmente es el potenciométrico. El potenciómetro, como su nombre lo indica, mide una diferencia de potencial en milivoltios entre un electrodo de referencia, y otro electrodo de vidrio inmerso en la muestra. Generalmente se utiliza un electrodo combinado que lee directamente el pH. 

Determinación del pH en Suspensiones de Suelo Agua 1:2 V/V  

Se toman 30 ml de suelos en pasta Saturada, se le agregan 60 mls de agua destilada se agita durante una hora y se hace lectura. directamente sobre la suspensión.

Cálculos : El equipo dá la lectura directa del pH.

Este método tiene el inconveniente de que no refleja muy bien la realidad del campo. Primero la relación agua/suelo es muy elevada. Las raices normalmente no están en dicha relación. Segundo, en agua destilada el resultado difiere del que ocurre realmente en el suelo con el agua de riego de las fincas

Reactivos
-  Agua destilada
-  Solución Tampón pH7
-  Solución Tampón pH4

Equipos
-  Potenciómetro
-  Vasos de precipitado de 100 mls
-  Varillas de vidrio o plástico

Determinación del pH en Pasta Saturada  

Para determinar el pH de la Pasta Saturada preparada tal como se describió anteriormente, se introduce el electrodo del potenciómetro directamente en la pasta saturada y se toma la lectura.

Determinación del Aluminio Intercambiable  

Los iones de H+ y Al+++ se extraen del suelo con una solución neutra de NaCl.   Con dicha solución se realiza un intercambio catiónico de la fase sólida del suelo con la solución obteníendose HCl libre y la sal facilmente hidrolizable AlCl3

Por efecto del agua el AlCl3 se hidroliza y por consiguiente se aumenta la cantidad de HCl.
 
            AlCl₃ + 3 H₂O  ==>  Al (OH)₃ + 3HCl

Principio del Método
La acidez del extracto se determina por titulación con NaOH utilizando como indicador la Fenoftaleina.

            HCl + NaOH  ==>  NaCl +  H₂O
         AlCl₃ + 3NaOH  ==>  Al (OH)₃ + 3NaCl

Procedimiento
Se miden 10 ml de pasta saturada de suelo (Volumen de Muestra), se agregan 100 ml de NaCl 1N (Solución extractante), se agita durante una hora, se filtra.  Del filtrado se toman una alícuota de 25 ml, se adicionan dos gotas de Fenoftaleina.  Se titula con NaOH 0.1 N

Cálculos
meq Al⁺³/100 ml suelo = V.NaOH x N.NaOH x V de Sol. Extractante x 100/Alicuota x Volúmen de la Muestra de suelo.

Volúmen de la muestra de suelo  = 10 ml
Alicuota = 25 ml

Reactivos y equipos

NaCl 1N se pesan 58.5 gramos de NaCl y se afora a 1 lt en agua destilada se ajusta en pH entre 5.5 - 6
NaOH 0.1N se pesan 4 gramos de NaOH y se aforan a 1 lt en agua destilada.
Fenoftaleina al 1%. Se pesa 1 gramo fenoftaleina y se disuelven en una mezcla de 5 ml de H₂O + 95 ml de Etanol.

Equipo

-  Bureta
-  Pipetas
-  Vasos de precipitado de 100 mls
-  Agitadores
-  Papel filtro Whatman #42

Determinación de Fósforo, Bases y Elementos Menores (P, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn).  Método Morgan Modificado (Mod. Dr. Calderon Labs).   

Un método muy conveniente de analizar estos elementos en el suelo es a traves de la extracción simultánea de los mismos mediante un reactivo a base de Cloruro de Sodio y Acido Cítrico. Este reactivo tiene la virtud de que extrae las bases intercambiables por el Sodio, extrae el Fósforo soluble en agua mas el soluble en Citrato (Fósforo Asimilable) y extrae los elementos menores quelatables por el Acido Cítrico.

Reactivos y equipos

Solución Extractora: NaCl 29.25 gr, Acido Cítrico 5 gr, Benzoato de Sodio 2 gr. Se disuelven y aforan a 1 lt con agua destilada. La función de cada reactivo es la siguiente: El Cloruro de Sodio sirve para extraer las bases intercambiables. El Acido Cítrico sirve para extraer el Fósforo y los Elementos Menores (Fe, Mn, Zn y Cu). El Benzoato de Sodio sirve para conservar el reactivo evitando la presencia de Hongos y Levaduras que suelen alterar el Acido Cítrico.

Procedimiento

Se toman 10 ml de pasta Saturada de Suelo, se agregan 100 ml de Solución Extractora y se agita durante una (1) hora, se filtra.  Del filtrado se toman 24.5 mls y se agregan 0.5 ml de solución de Oxido de Lantano al 5% P/V.  En esta alícuota se leen las Bases (K, Ca y Mg). En otra alícuota se leen los cationes (Fe, Mn, Cu y Zn) por Absorción Atómica directamente contra patrones preparados en el reactivo de extracción.

Determinación de Bases Intercambiables en Acetato de Amonio 1N y Neutro (K, Na, Ca, Mg)   

La determinación de las bases (K, Ca, Mg, Na) se fundamenta en el equilibrio que se establece entre una solución extractora de Acetato de Amonio y la muestra del suelo donde se efectúa éste intercambio.

Principio del Método:  Para este intercambio catiónico se utiliza CH₃COONH₄ 1N y neutro.  Los cationes K, Ca, Mg, Na, se determinan en la solución extractora por espectrofotometría de absorción atómica.

Marcha Analítica
Se toman 10 ml de pasta Saturada de Suelo de suelo, se agregan 100 ml de CH₃COONH₄ 1N y neutro se agita durante una (1) hora, luego se filtra.  Del filtrado se toman 24.5 mls y se agregan 0.5 ml de solución de Oxido de Lantano al 5% P/V. Se leen los cationes por Absorción atómica directamente.

Cálculos:
Volumen de aforamiento = 100 mls
Cantidad de Muestra = 10 ml

meq  K/100 ml = ppm K Leidas x Volumen de aforamiento x 100 ml / (1000 x 39.1  x 10 ml muestra)
meq Ca/100 ml = ppm Ca Leidas x Volumen de aforamiento x 100 ml / (1000 x 40.08  x 10 ml muestra)
meq Mg/100 ml =  ppm Mg Leidas x Volumen de aforamiento x 100 ml / (1000 x 24.3 x 10 ml muestra)
meq Na/100 ml =  ppm Na Leidas x Volumen de aforamiento x 100 ml / (1000 x 23  x 10 ml muestra)

Reactivos y equipos
1.  Acetato de amonio 1N y neutro (CH₃COONH₄ ) se pesan 77.08 gramos de CH₃COONH₄  y se afora a un (1) litro de agua destilada.
2.  Oxido de Lantano al 5%; se pesan 58.64 gramos de La₂O₃, se agregan 200 mls de agua destilada y 200 mls de HCL concentrado hasta disolución del Oxido de Lantano, se agite y afore a un (1) litro con agua destilada.
3. Solución patrón mixto de K, Ca, Mg, Na, de 1000 ppm.

Para K : Se pesan 2.2283 gramos de K₂SO₄ y se disuelven en 200 ml de agua destilada.
Para Ca: Se pesan 2.4972 gramos de CaCO₃ se agregan 50 ml de agua destilada, se agrega una cantidad mínima de HCL 6N hasta disolución del Carbonato, llevandose a un volumen de 200 ml con agua destilada.
Para Mg: Se pesan 8.8213 gramos de (CH₃COO)₂Mg.4H₂O y se disuelven en 200 ml de agua destilada.
Se mezclan las tres soluciones patrón de K, Ca, Mg. y se aforan a un (1) litro con  agua destilada, quedando un patrón mixto de 1000 ppm de cada uno de los elementos.
Para Na: Se pesan 2.5420 gramos de NaCl y se aforan a un (1) litro con agua destilada.

Patrones secundarios:  Se preparan a partir de los patrones primarios, patrones secundarios de 5, 10, 20, 40, 80, y 160 ppm, tomando la respectiva alícuota del patrón primario, agregando 2 ml de Oxido de Lantano y aforando a 100 mls con Acetato de Amonio.

Equipos:
-   Espectofotómetro de Absorción Atómica
-   Vasos de precipitado
-   Pipetas
-   Agitadores
-   Papel de filtrado Whatman 42.

Determinación de la Capacidad de Intercambio Catiónico -CIC- C.I.C. 

La determinación de la Capacidad de Intercambio Catiónico de un suelo implica la saturación de dicha capacidad por medio del Sodio, el lavado del exceso de Sodio, (Sodio soluble No Intercambiable) por medio del alcohol y la medida de dicha capacidad mediante extracción de todo el Sodio con Acetato de Amonio y la lectura del Sodio por absorción Atómica. Algunos laboratorios reportan la capacidad de intercambio catiónica efectiva como la suma de las bases totales que pueden extraerse de dicho suelo. Para la saturación del suelo se utiliza acetato de Sodio 1N.  Se sealizan lavados con etanol con el fin de eliminar el exeso de sales y de la solución de Acetato de Sodio no intercambiada.

Principio del Método
Para el intercambio catiónico se utiliza el acetato de Sodio 1N, luego el suelo se lava con etanol del 95% varias veces hasta que los lavados den una conductividad menor de 0.5 mmhos/cm. Se hace después un intercambio con acetato de amonio 1N y neutro. El Na extraido se determina por absorción Atómica.

Marcha Analítica
Se toman 5 ml de suelo, se agregan 100 mls de Acetato de Sodio 1N, se agita durante una (1) hora, se filtra (papel Whatman 42).

El residuo se lava cinco (5) veces con Etanol, se deja secar durante 24 horas. Una vez seco se agrega 100 mls de Acetato de Amonio 1N y neutro, se agita durante una (1) hora y se filtra (papel de filtro Whatman 42). Del filtrado se toma un (1) ml. más 8.8 mls de Acetato de Amonio y 0.2 mls de oxido de Lantano al 5% se lee el Na por emisión de llama o por absorción atómica.

Cálculos:
La capacidad de Intercambio catiónico se expresa como meq de Na en 100 ml de suelo.
             meq Na/100 ml =  ppm Na Leidas x 10/1 x 100/5 x 100 / 1000 / 23

                                          =  ppm leidas Na x 0.8695

Reactivos y Equipos
-  Acetato de Sodio CH₃COONa.3H₂O  1N
Se pesan 136 gramos de Acetato de Sodio y se aforan a un (1) litro con agua destilada.

-  Acetato de Amonio CH₃COONH₄ 1N y neutro:
-  Etanol C₂H₅OH al 95%
-  Oxido de Lantano al 5%

Equipos
-  Equipo de Absorción Atómica
-  Vasos de precipitado
-  Papel de filtro (whatman 42)
-  Varillas agitadoras.

Determinación de la Conductividad Eléctrica -C.E.- 

La medida de la Conductividad Eléctrica de los extractos obtenidos de un suelo permite establecer una estimación aproximadamente cuantitativa de la cantidad de sales que contiene. La relación suelo-agua tiene influencia sobre la cantidad y composición de las sales extraidas, siendo necesario especificar la relación.

Principio del Método
Para obtener la Conductividad Eléctrica del suelo en el extracto de Saturación inicialmente se prepara la pasta saturada; se extrae luego el extracto en un filtro a presión. En el extracto obtenido se lee la conductividad Eléctrica.

Marcha Analítica
Se toma una alícuota de pasta saturada de suelo de aproximadamente 750 ml.  Se extrae a continuación el extracto por medio de un equipo de filtración a presión.  Deben salir al menos 25 ml. Luego se lee la Conductividad Eléctrica por medio de un conductivímetro

Cálculos
El extracto obtenido se lee directamente en el conductivímetro, ajustando la temperatura, la constante de Celda y la escala de lectura. El resultado se puede expresar en mmhos/cm, en ms/cm o en ds/mt.

Reactivos y Equipos
-   Agua destilada
-   Alcohol Etílico (para lavar los electrodos de pipeta)

Equipos
-   Conductivímetro
-   Filtro a Presión
-   Vasitos de 50 mls
-   Papel de filtro (whatman 42)
-   Vasijas plásticas
-   Varillas

Determinación del Porcentaje (%) de Saturación de Agua. 

Otra parte de la pasta saturada que se utiliza para realizar el extracto de saturación se utiliza para obtener el porcentaje de Saturación de humedad del suelo.

Marcha Analítica
Se toman 100 ml de pasta húmeda, se colocan en la estufa a una temperatura aproximada de 100 °C durante 24 horas, y se pesa la muestra seca. La pérdida de peso corresponde al porcentaje volumétrico de saturación de humedad del suelo.

Cálculos
% Saturación = (Peso Húmedo - Peso Seco)/Volúmen Inicial de suelo Saturado; % p/v

Determinación del Nitrógeno Total en el suelo. 

Las formas minerales del Nitrógeno en suelo provienen generalmente de la descomposición del los residuos orgánicos de Nitrógeno, materiales frecos orgánicos, abonos orgánicos, humus etc. Estas formas por lo general son Nitrógeno Amoniacal N-NH+4 y Nitrógeno Nítrico N-NO-3

Estos procesos biológicos y minerales ocurren debido a la influencia de los macro y microorganismos existentes en el suelo.

La determinación de Nitrógeno total en el suelo se realiza mediante el método Kjeldhal clásico o Kjeldhal modificado en algunas ocasiones.

Principio del Método
El proceso se desarrolla en dos etapas:

1. Digestión:  Por medio del ácido sulfúrico se destruye la materia orgánica. Este actua como oxidante, los gases de H2SO4 que se forman a una temperatura de 338°C se disocian en forma de SO3 y H2O.  El SO3 se descompone en SO2 y oxígeno, el oxígeno oxida el Carbono y el Hidrógeno de la materia orgánica para convertirlos en CO2 y H2O. El Nitrógeno se convierte en NH3 que con el acido Sulfúrico forma el Sulfato de Amonio.

 Este proceso se puede expresar en las siguientes reacciones:

1.   H₂SO₄  ==>  SO₃  +  H₂O
2.   2SO₃     ==>   2 SO₂ +  O₂
3.   C  +  O₂ ==>   CO₂
4.   2H₂ + O₂   ==>  2 H₂O
5.   NH_2CH2COOH + 3H₂SO₄   ==>   NH₃  +  2CO₂  +  4H₂O  +  3SO₂
6.   2NH₃ + H₂SO₄     ==>   (NH₄)₂SO₄

Los nitratos del suelo en presencia del acido sulfúrico forman acido Nítrico. Estos por lo general no entran en la digestión Kjeldhal normal salvo que se tomen medidas especiales como la incorporación de Zinc, Aleación Devarda y/o Tiosulfato de Sodio.

 H2SO4    +    Zn     ==>      Zn SO4  +  H2
 Na2S2O3    +  H2SO4   ==>      Na2SO4  +  H2O  +  S  +  SO2
 
2. Destilación: Se realiza con hodróxido de Sodio (NaOH) mediante el cual el  sulfato de Amonio se destila como amoníaco y se recibe en una solución de acido Bórico (H3BO4). Posteriormente el NH4+  se titula con acido Sulfúrico.

 (NH4)2 SO4  +  2NaOH   ==>     Na2 SO4  + 2 NH3  + 2H2O

Marcha Analítica
Se pesan 0.20 gramos de suelo, se llevan a un matraz de 250 ml,  se agregan 20 mls de H2SO4 concentrado, se añade 12 gramos de Sulfato de Sodio anhidro y de 0.5 - 1 gramos de CuSO4.5H2O

Se toma como punto final de la digestión cuando se dá un color verde esmeralda transparente, se deja enfriar.  Una vez frio se añade 130 mls de agua destilada y 70 ml de NaOH al 40% + granillos de Zinc, comenzandose la destilación. Se termina la destilación cuando el recipiente que contiene 25 mls de H3BO4 se hán recibido 100 mls del destilado el cual valora con H2SO4 N/7.