El documento define el suelo y describe sus propiedades físico-químicas. Define el suelo como un sistema poroso formado por procesos biológicos, geológicos e hidrológicos que contiene horizontes y es abierto, intercambiando materia y energía. Explica la estructura del suelo, incluyendo la formación de agregados, la distribución de poros y la estabilidad proporcionada por microorganismos. También describe las propiedades químicas como la carga eléctrica de minerales y su

1. PROPIEDADES FÍSICO-
QUÍMICAS DEL SUELO
N. W. Osorio, Ph.D.
Profesor asociado
Universidad Nacional de Colombia

2. DEFINICION DEL SUELO
El suelo es un medio poroso formado en la superficie terrestre por
procesos de intemperismo derivados de fenómenos biológicos,
geológicos e hidrológicos. El suelo difiere de la roca meteorizada
por la presencia de estratos aproximadamente horizontales
(horizontes) que se producen por una continua influencia de la
percolación del agua y de la acción de los organismos vivos.

3. DEFINICION DEL SUELO
el suelo es un sistema multicompuesto, abierto y biogeoquímico que
contiene sólidos, líquidos y gases. El que sea abierto significa que
el suelo intercambia materia y energía con el medio (atmósfera.
biosfera e hidrósfera) (Profesor Garrison Sposito). Estos flujos de
materia y energía hacia o desde el suelo son variables en el tiempo
y en el espacio, pero son esenciales para el desarrollo del perfil del
suelo y determinan la fertilidad del suelo, y en buena parte la
nutrición vegetal.

4. DEFINICION DEL SUELO
• Según el Soil Survey Staff el suelo es un cuerpo natural compuesto
por materiales orgánicos y minerales que cubre la mayoría de la
superficie terrestre, contiene materia viva y sostiene la vegetación.
El suelo esta constituido por estratos (horizontes) cuya formación y
características son el resultado de la actividad de organismos y
factores climáticos sobre el material parental (roca, sedimento o
deposito orgánica a partir del cual se forma el suelo). Éste efecto
está condicionado por el relieve y el tiempo. Para fines prácticos el
límite inferior del suelo esta definido por la presencia de la roca dura
o un límite de 2 m.

7. Procesos de formación del suelo

8. Los procesos de formación
Definen la presencia y espesor
De los horizontes.
En la superficie hay adición
de materia orgánica que influye
sobre los horizontes O y A
En la parte intermedia del perfil
Se acumulan las arcillas y óxidos de Fe y
Al arrastrados por el agua.
Las sales mas solubles pueden ser
transportadas a mayor profundidad, en
algunos casos se pierden del perfil del
suelo

9. El tiempo es un factor muy importante en
la formación y evolución del suelo.
Suelos poco meteorizados tienen la roca
cerca a la superficie.
La evolución del suelo implica la formación
de horizontes y mayor espesor de los
mismos.
Ultisol
(Suelo último)
Entisol
(Suelo reciente)
Inceptisol
(Suelo incipiente)

10. El relieve regula la intensidad de los procesos de formación del suelo
Esto genera variación espacial del suelo en una zona relativamente pequeña

13. Estructura del suelo
Las partículas finas del suelo (Arena, limo, arcilla y materia orgánica) se
agrupan para formar agregados de formas y tamaños diferentes.
Esto controla la aireación y retención de agua en el suelo
requerida por los microorganismos

15. Iones floculantes (Ca, Al)
permiten unir las partículas
Iones dispersantes (Na)
separan las partículas

16. Jerarquía de los agregados

17. Distribución de poros
• Macroporos: entre los agregados hay un espacio poroso por el cual
circula aire y agua. A través de este espacio crecen las raíces
gruesas de las plantas.
• Microporos: dentro de los agregados hay poros pequeños en los
cuales se retiene el agua, crecen la raíces finas encargadas de la
absorción de nutrientes

18. Agregado Macroporo
(aire, agua)
Arena
Materia
orgánica
Limo
Arcilla
Arena
Limo
Arcillas
Materia
orgánica
Raíz fina
Solución
del suelo

19. Estabilidad estructural y
microorganismos del suelo
• Los microorganismos excretan sustancias que actúan como
“pegantes” de las partículas finas del suelo (exopolisacaridos y
glomalina)
• Las hifas de los hongos rodean las partículas finas del suelo
manteniéndolas agregadas

20. 10µm
50µm
320µm
espora
hifa

21. P: exopolisacaridos C: arcillas B: bacterias
Sección delgada de un agregado estable al agua
~2µm

22. Glomalina
• Glicoproteína segregada por la hifas micorrizales
•Lubricación que facilita la penetración de las hifas a través del suelo
•“Pegamento” que mantiene partículas del suelo adheridas entre sí
Londoño et al . 2009. Suelos Ecuatoriales 39(2)
0
10
20
30
40
50
60
Control no inoculado G. aggregatum
AEA
(%)
Suelos degradados por minería en
Taraza
a
b
Brachiaria decumbens
Cambio en los agregados estables al
agua (120 d)

23. COLONIZACION DE LA SUPERFICIE DE
LA RAIZ DE UN CACTUS CARDON QUE
CRECE EN ROCAS EN AUSENCIA DE
SUELO
Puente et al. 2004a. Plant Biology
ROOT SURFACE
BACTERIA

24. Exopolisacaridos bacteriales
•Las bacterias producen y liberan EXOPOLISACARIDO
•EXP ayudan a las bacterias contra la desecación
•EXP sirven para protegerse de depredadores

25. P: exopolisacaridos C: arcillas B: bacterias
Sección delgada de un agregado estable al agua
~2µm

26. Microfotografias (SEM) del DNA de Bacillus subtilis
uniendo partículas de Caolinita (izquierda) entre sí y
de montomorillonita (derecha).
Las flechas muestras el DNA bacterial

27. Microfotografias (SEM) del DNA de Bacillus subtilis
uniendo partículas de Caolinita (izquierda) entre sí y
de montomorillonita (derecha).
Las flechas muestras el DNA bacterial

28. Concentración de O2 en el interior
de un agregado húmedo de un
Hapludoll
Al interior del agregado se generan
concentraciones anerobicas
Sextone et al., 1985

29. Reacción E´o (V)
O2 + 2e- + 2H+ ↔ H2O +0.82
Fe3+ + e- ↔ Fe2+ +0.77
NO3
- + 1 e- ↔ NO2
- +0.43
NO2
- + 1 e- ↔ NO +0.36
Mn4+ + 2e- ↔ Mn2+ +0.20
CO2 + 4e- + 4 H+ ↔ CH4 -0.24
SO4
2- + 8e- + 2H+ ↔ H2S -0.23
2H+ + 2e- ↔ H2 -0.42
Potencial de reducción estándar para algunas reacciones de importancia
metabólica para microorganismos del suelo. Fuente: Fuhrmann (1999).

30. Elemento Especies Reacción Microorganismo
Fe Fe3+, Fe2+ Oxidación: Fe2+ ↔ Fe3+ + e-
Reducción: Fe3+ + e- ↔ Fe2+
Acidithiobacillus ferroxidans
Geobacter, Desulfovibrio,
Pseudomonas
Mn Mn4+, Mn2+ Oxidación: Mn2+ ↔ Mn4+ + 2e-
Reducción: Mn4+ +2e- ↔ Mn2+
Arthrobacter, Pseudomonas
Bacillus, Geobacter, Pseudomonas
Hg Hg2+, Hg0 Oxidación: Hg0 ↔ Hg2+ + 2e-
Reducción: Hg2+ + 2e-↔ Hg0
Bacillus, Pseudomonas
Chlorella, Pseudomonas, Streptomyces
Cr Cr6+, Cr3+ Oxidación: Cr3+ ↔ Cr6+ + 3e-
Reducción: Cr6+ + 3e- ↔ Cr3+
No realizada por microorganismos
Aeromonas, Bacillus, Chlorella,
Pseudomonas
Se Se6+, Se4+,
Seo, Se2-
Oxidación: Se2- ↔ Se0 + 2e-
Reducción: SeO4
2- + 8e- ↔ Se2-
Bacillus, Acidiothiobacillus
Clostridium, Desulfovibrio, Microccus
Reacciones redox en suelos y sedimentos llevadas a cabo por
acción bacterial. Fuente: Mulleri (1999).

31. Concentración de elementos menores catiónicos (Fe2+ y
Mn2+) en función del pH.
-25
-23
-21
-19
-17
-15
-13
-11
-9
-7
-5
3 4 5 6 7 8 9
Log
Fe
2+
pH
Hematita(-O2)
Hematita(+O2)
-25
-23
-21
-19
-17
-15
-13
-11
-9
-7
-5
3 4 5 6 7 8 9
Log
Fe
2+
pH
Goetita(-O2)
Goetita(+O2)

32. Concentración de elementos menores catiónicos (Fe2+ y
Mn2+) en función del pH.
-25
-23
-21
-19
-17
-15
-13
-11
-9
-7
-5
3 4 5 6 7 8 9
Log
Fe
2+
pH
Fe(OH)3 (-O2)
Fe(OH)3 (+O2)
-15
-13
-11
-9
-7
-5
-3
-1
3 4 5 6 7 8 9
Log
Mn2+
pH
Pirolusita
Pirolusita
(-O2)
(+O2)

34. aerobico
Nitrificación: NH4+ + O2 → NO3
-
Desnitrificación: NO3
- → NO, N2
Fe2+, Mn2+
Sextone et al., 1986
Brady y Weil , 2004
Bashan et al., 2005

35. Suelo
Rizosfera del
suelo
pH 7.5 4.8
Fe 34 251
Mn 44 222
Zn 2.8 16.8
pH del suelo y disponibilidad de micronutrientes (DPTA-extraible, mol kg-1)
en el suelo y la rizosfera de lupino blanco (Lupinus albus).
Paul & Clark, 2004

36. Rizosfera
• Uno de los nichos microbiológicos mas importantes es el volumen
del suelo que rodea la raíz.
• Los nutrientes fluyen a través de la rizosfera y pueden ser
transformados por los microorganismos rizosféricos.
• La disponibilidad de los nutrientes para ser absorbidos depende, en
buena parte, de tales transformaciones.

39. Niveles jerárquicos del suelo
Global
Local
Morfológico
(perfil del suelo)
Micromorfológico
(agregados )
Químico y
mineralógico

40. Propiedades del suelo asociadas a las partículas finas del suelo. Fuente: Brady y Weil (1999).
Propiedad Suelo Arena Limo Arcilla
Retención de agua Baja Media a alta Alta
Aireación Buena Media Pobre
Drenaje Alta Lenta a media Muy lento
Materia orgánica del suelo Baja Media Alta
Descomposición de la materia orgánica Rápida Media Lenta
Compactabilidad Baja Media Alta
Erodabilidad eólica Moderada Alta Baja
Erodabilidad hídrica Baja Alta Baja si hay
agregados
Potencial de expansión-contracción Muy bajo Bajo Moderado a
muy alto
Sellamiento de estanques Pobre Pobre Alto
Mecanización después de una lluvia Buena Media Pobre
Potencial para lixiviación de contaminantes Alto Medio Bajo
Habilidad para retener nutrientes Pobre Media Alta
Resistencia a cambios en el pH Baja Media Alta

41. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Arena (%)
Arcillosa
Franco
arcillosa
Franca
Franco
limosa
Limosa
Franco
arenosa
Arenosa
Franca
Arenosa
Arcillo
arenosa
Franco arcillo arenosa
Arcillo
limosa
Franco arcillo
limosa
Textura del suelo

42. Suelo
Fase sólida Fase porosa
Aire del suelo
Solución del
suelo
Fracción orgánica Fracción mineral
Residuos
frescos
Humus Arena
Humina
Acido
húmico
N2, O2, CO2, CH4,
NH3, H2S, N2O, etc. H2O: NH4
+, K+, Ca2+, Mg2+,
Cu2+, Al3+, Fe2+, Mn2+
Cl-, H2PO4
-, NO3
-, SO4
2-,
H3BO3, H4SiO4, ácidos
orgánicos, azucares , etc.
Óxidos e Hidróxidos
de Fe y Al (cristalinos)
Aluminosilicatos
Cristalinos No-Cristalinos
Clorita
Caolinita
Imogolita
Alofana
Hematita
Gibsita
Recalitrante
(liginina,
polifenoles)
Lábil (celulosa,
proteínas, etc.)
Limo Arcilla
Acido
fúlvico
Vermiculita
Montmorillonita
Goetita
Composición mineralógica del suelo

43. La carga eléctrica de los componentes de la fase sólida del suelo
determina la disponibilidad de los nutrientes
y
puede regular la adsorción de células microbiales a sus superficies

44. Minerales con Carga eléctrica
• Los minerales de la fracción arcilla pueden tener carga
permanente y variable.
• La carga permanente se da por sustituciones
isomórficas en la formación de los cristales. Importante
para arcillas del tipo 2:1.
• La carga variable se da por cambios en el pH, se
adsorben o liberan H+ de la solución del suelo (arcillas
1:1, óxidos de Fe y Al, alofana).

45. OH
I
Si
I
O
I
Al
I
OH
H+
(-0.5)
(0)
(-0.5)
OH
I
Si
I
O
I
Al
I
OH
(-0.5)
(0)
(+0.5)
OH
I
Si
I
O
I
Al
I
OH
(+0.5)
(0)
(+0.5)
H+
H+
+ H+
+ OH-
+ H+
+ OH-
Carga neta: +
pH < 4
Carga neta: 0
~pH 4
Carga neta: -
pH > 4
OH
I
Si
I
O
I
Al
I
OH
H+
(-0.5)
(0)
(-0.5)
OH
I
Si
I
O
I
Al
I
OH
(-0.5)
(0)
(+0.5)
OH
I
Si
I
O
I
Al
I
OH
(+0.5)
(0)
(+0.5)
H+
H+
+ H+
+ OH-
+ H+
+ OH-
Carga neta: +
pH < 4
Carga neta: 0
~pH 4
Carga neta: -
pH > 4

46. + 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -
Positiva Negativa
Carga neta (cmolc kg-1)
pH
10
8
7
6
4
2
Montmorillonita
Alófana
Caolinita
Hematita
Gibsita
+ 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 -
Positiva Negativa
Carga neta (cmolc kg-1)
pH
10
8
7
6
4
2
Montmorillonita
Alófana
Caolinita
Hematita
Gibsita