Caracterización de ultisoles en la cuenca del río capaz,Mérida-Venezuela

Jajaira Oballos* y Guido Ochoa**

*Profesores.. Universidad de Los Andes. Facultad de Ciencias Forestales y Ambientales. Centro de Estudios Forestales y Ambientales de Postgrado y

**Laboratorio de Suelos del Instituto de Geografía. Mérida. Venezuela. E-mail: oballos@ula.ve

RESUMEN

Catorce Ultisoles desarrollados sobre lutitas fueron caracte­rizados en la cuenca del río Capaz, Mérida-Venezuela. La textura fina, reacción ácida, dominancia de minerales resistentes a la alteración y coexistencia en la fracción arcilla de caolinita bien cristalizada e ilitas degradadas con interestratificados desorganizados y vermiculitas bien crista­lizadas se asocia a la herencia de la roca madre (lutitas cretácicas ácidas que han sufrido varios ciclos de transfor­mación) y a una alteración moderada. El desarrollo de Ultisoles en la zona estudiada esta fundamentalmente aso­ciado a la presencia de un material parental de origen sedimentario con textura fina y baja reserva de minerales alterables (lutitas), independientemente de las condiciones bio-climáticas.

Palabras Clave: Suelos de montaña tropical andina;Ultisoles; material parental.

Characterization of ultisols in the capaz river basin, Merida-Venezuela

SUMMARY

Fourteen mudstone-formed Ultisols located in Capaz River basin (Mérida, Venezuela) were characterized. Aspects such as fine texture, acid reaction, abundance of resistant materials, and coexistence of well-crystallized clay fraction kaolinite, degraded illite through interstratified minerals under disorder arrangement, and well-crystallized vermiculite are associated with inheritance from parent rock (cretaceous and acid mudstone having undergone various transformation cycles) and moderate alteration. Ultisols development in the region of this study is mainly related to parent material of sedimentary origin, being characterized by fine texture and low deposits of unstable minerals (lutite or mudstone), independent of the bioclimatic conditions.

Key Words: Humid tropical mountain soils; Ultisols;parent rock.

RECIBIDO: junio 11, 2007  ACEPTADO: junio 04, 2008

INTRODUCCIÓN

Las características más importantes para el diagnóstico de los Ultisoles son la presencia de un horizonte argílico o de un horizonte cándico, acompañado por una satu­ración de bases, por suma de cationes, inferior a 35% a una profundidad de 125 cm por debajo del límite superior del horizonte argílico o cándico o hasta  una profundidad de 180 cm desde la superficie del suelo (Soil Survey Staff, 1999)

Los Ultisoles necesitan para su formación climas cálidos y húmedos, con un período de precipitación deficiente. Dichos suelos se forman en una amplia variedad de mate­riales parentales, pero con muy pocos contenidos de mine­rales primarios que contengan bases con excepción de algunas micas. La fracción arcillosa está constituida principalmente por caolinita, gibsita y arcillas interestra­tificadas con aluminio interlaminar. Los Ultisoles pueden formarse bajo cualquier régimen de temperatura, con excepción del frígido e isofrígido. El régimen de humedad puede ser ácuico, údico, xérico o ústico. El proceso más importante en su formación es la migración de arcilla desde la parte superficial hasta el horizonte iluvial Bt (Soil Survey Staff, 1999). Los Ultisoles se pueden formar tanto en regiones templadas como en regiones tropicales con vegetación boscosa o no, ellos se encuentran en super­ficies más jóvenes que los Oxisoles (Buol et al., 2003).

En los Llanos Bajos venezolanos se han descrito Plinthaquults sobre posiciones geocronológicas del Q₃, con arcillas de tipo caolinita, cloritas e ilitas (Malagón et al., 2004).

En los Altos Llanos Occidentales se encuentran Haplohumults y Hapludults (Ochoa y Oballos, 2002), las arcillas dominantes son la caolinita, ilita e interestra­tificados. En los andes venezolanos se han descrito Ultisoles sobre diferentes condiciones de material parental, clima, geomorfología, altitud y vegetación. Ellos se caracterizan por presentar: reacciones ácidas, bajos porcentajes de saturación de bases, bajos valores de capa­cidad de intercambio catiónico, medianos a altos conte­nidos de materia orgánica (MO) y caolinita dominando en la fracción arcilla (Oballos y Ochoa, 1991-1992).

Los grandes grupos (Soil Taxonomy, Soil Survey Staff, 1999) dominantes en los andes venezolanos son: Haplohumults, Haplustults y Hapludults (Oballos y Ochoa, 1991-1992). Estos suelos presentan contenidos de arcilla, valores de acidez de cambio y de aluminio intercambiable superiores a los descritos en planicies aluviales, estos últimos presentan mayores espesores (Ochoa y Oballos, 1994, 2002; Malagón et al., 2004).

El objetivo fundamental del trabajo consiste en analizar 14 perfiles clasificados como Ultisoles (Soil Survey Staff, 1999) desde el punto de vista físico, químico, mineralógico y micromorfológico, con el fin de contri­buir al conocimiento del desarrollo de Ultisoles en zona de montaña húmeda tropical.

MATERIALES Y MÉTODOS

Catorce perfiles similares en clasificación y en material parental, localizados a altitudes comprendidas entre 300 y 2500 m.s.n.m., en la cuenca del río Capaz, estado Mérida-Venezuela, fueron seleccionados (Figura 1; Cuadro 1).

FIGURA 1. Ubicación del área de estudio.

CUADRO1. Principales características del medio donde se desarrollan los suelos estudiados.

El material parental de los 14 perfiles está constituido por lutitas de diferentes formaciones (Colón, Capacho, Aguardiente y Palmar).

El relieve está muy influenciado por la tectónica y la litología que determina el modelado de la cuenca. El relieveP está formado por colinas en función de la plas­ticidad del material constitutivo.

Las pendientes varían entre 10 y 50%. Ellas presentan formas rectilíneas y débilmente onduladas (cóncavas y convexas). La acción del proceso de modelaje se mani­fiesta por la presencia de reptación, solifluxión y flujo de detritus.

La vegetación cambia con la altitud y la orografía local, hacia las partes más altas de la cuenca 1 500 a 3 000 m.s.n.m., se encuentra la Selva Nublada fuerte­mente intervenida por la acción antrópica, las especies dominantes en los relictos de bosque son: Retrophyllum rospligliosii, Retrophyllum oleifolia, Ocotea calophyllum, Weinmannia jahnni, Eschweilera monosperm, Brunellia integrifolia y Clusia sp. En la parte media e inferior (150-1700 m.s.n.m.) de la cuenca la eliminación de la vegetación original (Selva estacional montana y Selva submontana) es casi total, para dar paso a una vege­tación secundaria, constituida por sabanas secundarias y formaciones arbustivas densas.

El área estudiada se caracteriza por la presencia de clima tropical de montaña (Gwi), clima de bosque tropical (Ami) y clima de bosque amazónico lluvioso (Afi; Köppen, 1948) con temperaturas medias anuales que varían entre 12,6 y 26,9 ºC y precipitaciones entre 1 100 y 1 900 mm. El régimen de humedad de los suelos es údico.

Análisis físico-químicos: Las muestras de cada horizonte, después de secadas al aire, fueron suavemente trituradas y cernidas con tamiz de 2 mm, para los análisis físico, químico y mineralógico: distribución por tamaño de las partículas, método de la pipeta (National Soil Survey Center, 1996) y tamizado de arenas; retención de humedad a 0,033 MPa y 1,5 MPa, método ollas de presión; reacción del suelo, método potenciométrico, en H2O y KCl 1N relación 1:1; carbono orgánico método Walkley-Black (National Soil Survey Center, 1996); nitrógeno total, método micro-Kjeldhal (National Soil Survey Center, 1996); fósforo disponible, extracción con FNH4 y HCl, (Bray-Kurtz, 1945); capacidad de intercambio catiónico, método acetato de amonio 1N, pH 7 (National Soil Survey Center, 1996); acidez intercambiable, método de Yuan (1959); elementos totales de las arcillas método del fluoruro de hidrógeno y el sílice por el metaborato de litio; micromorfología, impregnación y consolidación según el método de Jongerius y Heintzberger (1963). Resina 11700 y estudio de las secciones finas según Brewer (1964) y Bullock et al. (1985); mineralogía de arcillas, difracción por Rayos X (equipo Siemens, ánodo de cobre, filtro de niquel), tratamientos: saturación con Mg, Mg - glicerol y K más calentamiento a 550 ºC por 1 h (Kittrick y Hope, 1963).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Morfología de los perfiles

Los suelos estudiados son relativamente profundos y presentan una textura fina (arcillosa, arcillo-limosa y franco arcillo-limosa), asociada a la naturaleza de grano fino del material parental. El análisis del esqueleto muestra la presencia de un material de origen bastante homogéneo, constituido fundamentalmente por lutitas. La masa basal proviene de su alteración, observación de segregación de arcilla y puentes plásmicos entre los fragmentos líticos (Figura 2).

FIGURA 2. Typic Haplohumult. Bt2 (43-75 cm). N. x4. Puentes plásmicos (A) entre los frag­mentos líticos. Estado de alteración de las lutitas (F).

Los perfiles texturales son bien diferenciados y muestran un aumento de arcilla en el horizonte B (Cuadro 2).

CUADRO 2. Principales características físico químicas de los suelos estudiados. Mérida-Venezuela.

ag = 2 - 0,5 mm; am = 0,5 - 0,25; af = 0,25 mm; Lg = 0,02 - 0,002 mm;A = < 0,002 mm

El proceso de iluviación de arcilla es confirmado por presencia de revestimientos arcillosos con estructura microlaminar y zonas de extinción netas (Figura 3).

FIGURA 3. Typic Haplohumult. Bt1(18-43 cm). NX. x10. Detalle de los revestimientos arcillosos (R)

Los argilanes se localizan principalmente en los poros de los horizontes B, con una mayor proporción en su parte baja, presentan un espesor variable y en la mayoría de los casos se trata de arcillas con impurezas. Se observa también una movilización de hierro que se expresa con la presencia de revestimientos ferruginosos de tipo hiporevestimientos sobre las paredes de los poros, manchas rojas y nódulos ferruginosos (Figura 4).

FIGURA 4. Typic Haplohumult. Bt1 (18-43 cm). NX. x4. Micromasa de color no uni­forme, zonas grisáceas. Hipo-reves­timientos ferruginosos (H). Fragmentos de lutitas muy alterados.

La acumulación de hierro es posterior a la formación de las películas de arcilla, lo que es caracterizado por Fedoroff (1969) como una iluviación secundaria, y es a partir de este momento que la evolución pedológica se acelera.

pH y cationes cambiables

Los suelos son ácidos, con valores de pH en agua que varían entre 3,60 y 5,80 (Cuadro 2), en la mayor parte de los casos son inferiores a 5,0. La reacción del suelo es un reflejo de la composición de los materiales geológicos a partir del cual se han formado (Erlich et al., 1955; Miles y Franzmeier, 1981; Singer, 1988; Ochoa y Oballos, 1994; Shaw et al., 200; Ochoa et al., 2004). En este caso se trata de lutitas cretácicas ácidas.

El aluminio es el catión dominante en el complejo de intercambio. Los contenidos de calcio, magnesio, sodio y potasio son bajos a muy bajos en todos los perfiles. Entre los cationes básicos, el calcio es el catión domi­nante en el complejo de intercambio de los horizontes A de los perfiles (excepto el perfil 13), mientras que en los horizontes B y C domina el potasio (excepto perfil 10). El mayor contenido de calcio es asociado a la acción de los ciclos biogeoquímicos en superficie y el de potasio a los altos valores de potasio que presentan los materiales parentales lutíticos (Cuadro 3).

CUADRO 3. Composición química de las lutitas para algunos perfiles estudiados. Mérida- Venezuela.

Los porcentajes de saturación de bases son muy débiles, dios varían entre 2,1 y 38,1 %. Los valores son mayores en superficie que en profundidad, resultados similares se observan en buena parte de los suelos estudiados en Los Andes venezolanos (Ochoa el al., 2004).

El aluminio cambiable aumenta con la profundidad. El proceso de redistribución del aluminio en el seno del perfil es poco probable ya que los contenidos en los horizontes B y C son similares. En superficie parece estar inhibido por la presencia de la MO. El proceso responsable de la disponibilidad de aluminio intercambiable en la solución :el suelo es una reacción de hidrólisis de aluminio a pH inferior a 5, caso común en los suelos analizados Chamayou y Logros, 1989).

Los resultados del análisis de los componentes del complejo de intercambio parecieran indicar que estos suelos han sufrido una fuerte alteración, pero la natura­leza de los materiales parentales (rocas sedimentarias de textura fina que han sufrido varios ciclos de transfor­mación), sugieren que estas características son funda­mentalmente asociadas a la naturaleza ácida de estos . materiales, a pesar de que estos suelos se han desarrollado en medio húmedo.

Mineralogía de los suelos y de las rocas

La fracción ligera de la arena (50 - 500 µm) está princi­palmente constituida por cuarzo y fragmentos líticos. El cuarzo representa más del 85% del total. Los fragmentos líticos son fragmentos de rocas silíceas (lutitas), chert y calcedonia. En la mayor parte de los casos el chert y la calcedonia son fósiles de foraminíferos, con una estruc­tura perfectamente observable. Los fitolitos están presentes en la mayoría de los perfiles. Los feldespatos están presenten bajo la forma de trazas en todos los perfiles, salvo el perfil 1 (1 a 3%). Como se observa, en esta fracción sólo están presentes minerales muy resis­tentes a la alteración, excepto cantidades menores de carbonatos en el perfil 10.

El estado de conservación del cuarzo es similar en todos los perfiles estudiados, su fuerte proporción con relación a los feldespatos potásicos, puede ser debida a la transfor­mación de los feldespatos en caolinitas o a la poca proporción de feldespatos en los materiales parentales.

Los óxidos de hierro y los minerales poco alterables como el circón, turmalina, rutilo, titanita, anatasa y moscovita constituyen más del 90% y hasta 99% de la fracción pesada de la arena (50-500 µm). Los óxidos están repre­sentados principalmente por la goetita y limonita. Los piróxenos (tipo hiperstena) y los anfiboles (tipo horblenda), así como otros minerales alterables (biotita y clorita) presentan una distribución inversa a la de los óxidos. Esta distribución sugiere que no existe relación entre el grado de evolución de los suelos y su composición mineralógica. Comportamiento que está relacionado con la naturaleza y la composición de los materiales paren­tales. Igualmente, la débil proporción (inferior a 10% o generalmente en forma de trazas) de minerales alterables no es el resultado de una intensa alteración en los suelos, sino, el producto de la herencia de la roca madre, lo cual constituye el factor determinante de la pedogénesis de los suelos estudiados.

La fracción arcilla de los suelos esta constituida por caolinita, vermiculita, ilita y diversos tipos de interestratificados (10-14Ǻ); su distribución en el perfil muestra cierta evolución, la caolinita y vermiculita aumentan en los horizontes de superficie, mientras que la ilita y los interestratificados tienden a disminuir (Cuadro 4). En los horizontes A y Bt las arcillas dominantes son las caolinitas, excepto los perfiles 2, 3 y 8 donde domina las vermiculitas. Los contenidos de ilita son bajos en el conjunto de los perfiles, pero aumentan en los suelos desarrollados a altitudes superiores a los 2000 metros.

CUADRO 4. Composición mineralógica de la fracciónarcilla de algunos horizontes de los sue­los estudiados. Mérida-Venezuela.

K: Caolinita; V: Vermiculita; I: Ilita; 14C-14V, 10-14V, I-(10-14V), (10-14V)V: Interestratificados. Abundancia: +4: abundante; +3: moderado; +2: poco; tr: trazas

La caolinita presenta un alto grado de ordenamiento cristalino, excepción perfiles 2 y 3, donde los contenidos de caolinita son muy bajos (en trazas). El alto grado de cristalinidad de la caolinita esta asociado a la ausencia de gibsita (Segalen, 1965), en los suelos estudiados no hay gibsita, pero sí está presente hematita y goetita. Simonett y Bauleke (1963) indican, para algunos suelos del norte de Queensland, Australia, que la caolinita mal cristalizada está asociada a la presencia de gibsita, hematita y goetita.

Los filosilicatos secundarios como vermiculita, clorita, montmorillonita, caolinita y haloisita son más abundantes en suelos formados sobre materiales parentales modera­damente meteorizados (Knox, 1968).

Los altos valores de relación sílice/aluminio (3,18 - 5,65) sugieren a las arcillas tipo ilita y vermiculita como dominantes en la fracción arcilla (Cuadro 5). Esto no coincide con la relativa importancia de la caolinita determinada por difractometría, ello puede deberse a la importante proporción de cuarzo en la fracción, que eleva los contenidos de sílice. Los valores de la relación sílice/ sequióxidos son altos (2,47 - 4,81). En general, ellos disminuyen con la profundidad, los más bajos se encuentran en los horizontes Bt y A₂, lo cual indica una moderada movilización de los sequióxidos en el seno de los perfiles. La pérdida relativa de sílice y la concen­tración de aluminio y de hierro son procesos típicos de la ferralitización (Delvigne, 1965). De acuerdo con los resultados, se puede señalar que los suelos presentan una débil a moderada alteración, y en consecuencia se trata de suelos moderadamente evolucionados.

CUADRO 5. Composición química total de los suelos estudiados (fracción inferior a 2µm). Mérida - Venezuela.

Los difractogramas de las rocas constituyentes del material parental (Figura 5) presentan una gran homogeneidad a nivel de las especies mineralógicas presentes: cuarzo, caolinita, micas y minerales a 14Ǻ. El cuarzo es el mineral más importante, seguido por la caolinita. Las micas se encuentran en todas las muestras en proporciones variables. Los minerales a 14Ǻ se encuentran en menores proporciones. Esta composición mineralógica es muy similar a la observada en la fracción arcilla de los suelos. Los minerales de los perfiles pedológicos provienen directamente del material parental sin sufrir transfor­mación ni modificación, lo que puede ser considerado como una herencia según Edelman (1947), Camez (1947) y Millot (1964).

FIGURA 5. Difractogramas de las rocas “sanas” de algunos perfiles. (K: Caolinitas, M: Micas, Q: Cuarzo).

El medio donde se desarrollan los suelos puede aproxi­marse a un medio semi-confinado, con una lixiviación moderada, controlada por los altos contenidos de arcilla.

Las percolaciones verticales son relativamente lentas como lo confirma la presencia de fases de hidromorfía (manchas de color) en un cierto número de perfiles (1, 5, 8, 9, 10, 13).

La coexistencia en el complejo arcilloso de caolinita bien cristalizada e ilitas degradadas con interestratificados desorganizados y vermiculitas bien cristalizadas se asocia a la herencia de la roca madre y a una alteración moderada.

La caolinita, en los materiales parentales, presenta reflexiones largas y redondeadas (salvo perfiles 14 y 20) que indican un débil grado de ordenamiento cristalino. Mientras que en los suelos, ellas son estrechas y simétricas, indicando un buen grado de ordenamiento cristalino. Ello puede ser asociado a un estado de alteración más avanzado de la caolinita en el complejo de alteración de los suelos, es decir a una alteración por “envejecimiento”.

Las otras arcillas (ilitas, vermiculitas e interestratificados) tienen un doble origen. Ellas pueden ser heredadas de la roca madre o pueden ser derivadas de las micas (moscovita en particular) por microdivisión (ilitas), y por apertura de las láminas, acompañada de una desaparición parcial o total de los iones de K⁺ fijados y su reemplaza­miento por cationes intercambiables (vermiculita). Es posible, que debido a las condiciones de acidez del medio, estas vermiculitas sufran un proceso de aluminización. Una parte de los iones Al³⁺ de substitución es liberada y substituida por iones complejos hidratados Al(OH)⁺₂ o Al(OH)⁺² que forman islotes, lo cual disminuye la capa­cidad de intercambio catiónico (vermiculitas aluminosas). Esto concuerda con los análisis de capacidad de inter­cambio catiónico de las arcillas. La transformación de ilitas en vermiculitas se expresa mejor en los horizontes de superficie donde su presencia es más importante.

La caolinita, también es más importante en la parte superior del suelo. Se puede pensar entonces que la MO ejerce una acción considerable en la alteración (alteración bioquímica).

La MO, en el medio, está caracterizada por el tipo de humus Mull ácido oligotrofo (mull evolucionado con humificación biológica dominante, Duchafour, 1988), lo cual asociado a las condiciones de acidez y desaturación permiten señalar a la acidólisis como el proceso motor de la alteración de los suelos estudiados.

La abundancia y buena conservación de minerales no caoliniticos (vermiculitas en particular) sugieren que los minerales constituyentes de las lutitas (roca madre) no han sufrido una transformación intensa y que esta se ha ido intensificando poco a poco durante el tiempo, bajo las condiciones del medio húmedo y relativamente fresco.

Por lo tanto, se puede identificar a la vermiculita comoun mineral indicativo de la alteración moderada de los minerales de los suelos estudiados. Lo cual coincide con el débil estado de cristalización que presentan los óxidosde hierro.

CONCLUSIONES

-Las principales características que permiten identifi­car a los suelos como Ultisoles son: movilización de arcilla, reacción ácida y bajos porcentajes de satu­ración de bases. Ellos se clasifican como TypicHaplohumults (perfiles 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 11, 12, 14), Oxiaquic Hapludults (perfiles 10 y 13) y TypicHapludults (8 y 9).

-La textura fina, la reacción ácida, la dominancia de minerales resistentes a la alteración en la fracción arena y la coexistencia en la fracción arcilla de caolinita bien cristalizadas e ilitas degradadas con interestratificados desorganizados y vermiculitas bien cristalizadas se asocia a la herencia de la roca madre (lutitas cretácicas ácidas que han sufrido varios ciclos de transformación) y a una alteración moderada. La abundancia y buena conservación de minerales no caoliniticos (vermiculitas en particular) sugieren que los minerales constituyentes de las lutitas (roca madre) no han sufrido una transformación intensa y que esta se ha ido intensificando poco a poco durante el tiem­po, bajo las condiciones del medio húmedo y relati­vamente fresco.

-Por lo tanto, se puede identificar a la vermiculita como un mineral indicativo de la alteración moderada de los minerales de los suelos estudiados. Lo cual coin­cide con el débil estado de cristalización que presen­tan los óxidos de hierro.

-El desarrollo de Ultisoles en la zona estudiada está fundamentalmente asociado a la presencia de un material parental de origen sedimentario con textura fina y baja reserva de minerales alterables (lutitas), independientemente de las condiciones bio-climáticas.

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