Jose P. Guerrero-Alves*, Ildefonso Pla-Sentis** y Angel Valera*

¹ Trabajo financiado por el FONACIT (Proyecto PEM 2001001622).

* Profesores. Universidad "Romulo Gallegos". Centro de Investigacion y Extension en Suelos y Aguas (CIESA). San Juan de los Morros 2301, Guarico-Venezuela.

** Profesor. Universidad Central de Venezuela . Instituto de Edafologia. Maracay 2101, estado Aragua. Venezuela.

RESUMEN

De los 831 millones de hectareas que la FAO/UNESCO senala mundialmente para suelos afectados por sales, mas del 50% (434 millones de hectareas) son suelos sódicosalcalinos. Con el proposito de identificar factores y procesos que intervienen en la genesis de suelos sódicos, un pedon sódico-alcalino en la planicie aluvial del rio Portuguesa se caracterizo morfologica, física, quimica y mineralogicamente. Los resultados senalan: porcentajes de sodio intercambiable (PSI) hasta 43%, acumulacion de NaHCO₃, pHs elevados (> 8,5), densidades aparentes (Da) muy altas (hasta 2,03 Mg m^-3), conductividades hidraulicas (<0,5 mm h^-1) y macroporosidades muy bajas (<3,4%) en el Btn y Cn, precipitación de CaCO₃, mineralogia mixta destacada por clorita, interestratificado 10/14m, cuarzo y micas. Se infiere que el suelo se origina, primero, con materiales trabajados por acción del hielo glaciar en los Andes venezolanos durante el periodo arido Pleistocenico. Posteriormente, durante el Holoceno mas humedo y calido, fueron acarreados y depositados en la planicie del rio Portuguesa donde interaccionaron con aguas con NaHCO₃ en las microdepresiones. Estas sales de sodio en solucion se formaron por intemperizacion de silicatos sódicos del núcleo cristalino de la cordillera andina o por acumulacion de materia organica, en ambiente reductor, que elimino sulfatos como H₂S. La evolucion del suelo permitio migracion de arcilla, sustitucion progresiva en el complejo de cambio de iones divalentes por sodio, precipitación de CaCO₃, formacion del horizonte natrico, eliminacion de sales en drenaje y, finalmente, cuando las sales totales disminuyeron hasta niveles criticos, ocurrio degradacion de estructura.

Palabras Clave: Genesis de suelos; hidrolisis alcalina; carbonato de sodio; carbonato de calcio.

Morphological, physical, chemical and mineralogical characterization and genesis of an alkaline sodic pedon from papelon, Portuguesa state ¹

SUMMARY

Key Words: Soil genesis; alkaline hydrolysis; sodium carbonate; calcium carbonate.

RECIBIDO: junio 12, 2007 ACEPTADO: mayo 14, 2008

INTRODUCCION

Los suelos afectados por sales (salinos y alcalinos) corresponden a una de las principales causas que limitan el crecimiento de las plantas y la productividad de los cultivos a escala mundial. De los 831 millones de hectareas que la FAO/UNESCO señala para suelos afectados por sales, mas del 50% (434 millones de hectareas) corresponde a suelos sódicos alcalinos (Jin et al., 2006). Las principales limitaciones que experimentan estos suelos son la drastica restriccion en el movimiento del agua, la gran compactacion natural subyacente que les confiere una gran dureza y que impide un adecuado desarrollo radicular y los elevados valores de pH producto de los contenidos relativamente elevados de bicarbonato de sodio. Esto ultimo practicamente excluye la presencia de iones divalentes (Ca y Mg) y oligoelementos en la solucion del suelo y trae como consecuencia desordenes nutricionales en las plantas.

En Venezuela, suelos sódicos y salino-sódicos han sido estudiados en la cuenca del Lago de Maracaibo, llanos Centro-Occidentales (estados Apure, Cojedes, Guarico y Portuguesa), algunas areas dispersas en los estados Falcon, Lara y Yaracuy, la cuenca del Lago de Valencia y en parte del estado Monagas (Comerma y Arias, 1974; Schargel, 1984 y 1988; Pla Sentis, 1985; Garcia- Miragaya et al., 1990; Guerrero, 1998; Guerrero-Alves et al., 2004 y 2007).

Los suelos sódicos se caracterizan por presentar porcentajes de sodio intercambiable (PSI) > 15 o relaciones de adsorcion de sodio (RAS) > 13 (mmol l^-1)1/2, conductividades electricas en el extracto de saturacion (CE) < 4,0 dS m^-1 (Salinity Laboratory Staff, 1954; Soil Survey Staff, 1999) y pH en pasta saturada que puede ser > 8,5 (Salinity Laboratory Staff, 1954); aunque el pH no es un criterio diagnostico de sodicidad (Van Beek y Van Breemen, 1973) porque existen suelos sódicos con pH menor que 8,5. No obstante, suelos con valores elevados de pH (>8,5) tienen generalmente grandes cantidades de sodio asociadas a la acumulacion de sales de sodio (bicarbonatos y carbonatos) con hidrolisis alcalina (Cruz-Romero y Coleman, 1975; Gupta y Abrol, 1990; Guerrero-Alves et al., 2002, 2004, 2007) y relativamente elevado contenido de carbonatos precipitados (insolubles) de iones divalentes (Ca y Mg; Gupta y Abrol, 1990).

Por su parte, Guerrero (1998) senalo que un recuento de los procesos que determinan la magnitud de la alcalinidad residual (ALCR) puede ser util para identificar los factores asociados con la formacion de suelos alcalinos (pH > 8,5). La ALCR, tambien denominada Carbonato de Sodio Residual (CSR) segun Guerrero- Alves et al., 2007, puede escribirse como:

ALCR = [Na⁺] + [K⁺–[Cl^–]–2[SO₄^2–]–[NO₃^–]           (1)

y corresponde a la porcion de la alcalinidad total asociada a bicarbonatos y carbonatos de iones monovalentes (Van Beek y Van Breemen, 1973) y los corchetes [ ] se refieren a concentraciones molares de las especies en solucion.

La intemperizacion de la albita (NaAlSi₃O₈), una plagioclasa sodica presente en rocas y sedimentos en alrededor de 0,60% (Lerman et al., 2007), puede ser escrita como:

NaAlSi₃O₈ + CO₂ + 2H₂O ----> Na⁺ + HCO₃^– + 3SiO₂ + Al(OH)₃             (2)

y da cuenta, entre otras, de la produccion de bicarbonato de sodio en la naturaleza.

Cuando se acumula en el suelo, el bicarbonato de sodio puede experimentar la serie de reacciones siguiente:

2NaHCO₃ + Ca₂⁺ ----> CaCO₃ + 2Na⁺ + CO₂ + H₂0         (3)

2NaHCO₃ + CaX₂ ----> 2NaX + CaCO3 + CO₂ + H₂0         (4)

Na⁺ + HCO₃– + H²0 ----> Na₊ + OH^– + CO₂ + H₂0          (5)

La 3 y la 4 (Guerrero-Alves et al., 2004) preven la precipitación de carbonatos de Ca-Mg y la 5 (hidrolisis del ion bicarbonato) del origen de valores de pH elevados en suelos sódicos alcalinos (Guerrero-Alves et al., 2004).

Por otra parte, la reacción 3 permite explicar la 191 acumulacion conjunta de sales neutras de sodio, como cloruros y sulfatos, y la 4 equivale a la sodificacion del complejo de intercambio. Por otra parte, el incremento de pHs con la dilucion (mayor relacion suelo-agua) en suelos sódicos alcalinos puede ser interpretado, basados en el inverso de la reacción 4:

donde la produccion de bicarbonato y su hidrolisis posterior justifica tal incremento.

El proposito de este trabajo fue el de caracterizar morfologica, física, quimica y mineralogicamente un suelo sódico alcalino de Papelon (estado Portuguesa) e inferir su posible genesis en el ambiente fisiografico de los llanos occidentales de Venezuela.

Se da particular atencion a los factores y procesos que en este suelo podrian estar involucrados en el desarrollo de acidez superficial, la formacion del horizonte natrico, la precipitación de carbonatos de Ca-Mg y el uso de la alcalinidad residual como un indicador cualitativo y cuantitativo de la acumulacion de sales alcalinas de sodio y la eventual sodificacion del complejo de cambio. Por otra parte, tambien se discuten aspectos relacionados con la dinamica climatica del Cuaternario en los Andes venezolanos para inferir si la concentracion de sales alcalinas de sodio en el suelo fue producto de la intemperizacion de silicatos por el CO₂, de la reduccion de sulfatos por acción de la materia organica del suelo o de ambas.

MATERIALES Y METODOS

Caracteristicas del area de estudio. El area de estudio se encuentra en la planicie aluvial del rio Portuguesa que, al igual que el rio Guanare, nace en la cordillera de los Andes y confluye con este, aguas abajo, antes de desembocar en el rio Apure, un tributario del Orinoco.

El pedon sódico alcalino alli seleccionado (UTM: 448.536 E; 989.886 N; Figura 1) correspondio a un Natraqualfs y se ubico en la Estacion Pecuaria Papelon (nombre que se usara en lo sucesivo para referirlo), perteneciente a la Empresa Rental de la Universidad Experimental de los Llanos Occidentales "Ezequiel Zamora" (REUNELLEZ).

FIGURA 1. Ubicacion aproximada del pedon Papelon (UTM: 448 536 E; 989.886 N) en el area de estudio.

Los Natraqualfs representan un area relativa de un 20% dentro de una asociacion con Tropaqualfs y Haplustalfs (Schargel et al., 1988). Desde el ano 1982, los suelos de la Estacion fueron deforestados y colocados bajo produccion; arroz durante el periodo de lluvias seguido por sorgo sembrado a finales del mismo periodo. No obstante, a pesar de obtenerse buenos rendimientos en terminos generales para el arroz, en los Natraqualfs el sorgo no logro completar su ciclo secandose las plantas antes de formar la panoja (Schargel et al., 1988).

Ademas, muestras disturbadas de suelo fueron tomadas desde la superficie, cada 10 cm, hasta los 250 cm. Los detalles del muestreo y del procesamiento de las muestras disturbadas para analisis fisico se encuentran en Guerrero-Alves et al. (2004). En las muestras disturbadas destinadas para analisis fisico se determino distribucion de tamano de particulas (metodo de Bouyoucos) y fraccionamiento de arena (Pla Sentis, 1983).

Analisis quimicos de laboratorio. Los detalles del procesamiento de las muestras con fines quimicos se encuentran en Guerrero-Alves et al. (2004). Estas muestras fueron utilizadas para medir pH en pasta saturada y obtener el extracto de saturacion (ES) para la determinacion de Ca⁺Mg, Na⁺, K⁺, HCO₃^–, Cl^–, SO₄^2– (iones solubles), relacion de adsorcion de sodio (RAS) y conductividad electrica (CE) como lo explica U.S. Salinity Laboratory Staff (1954). Como todos los extractos de Papelon fueron coloreados, se uso el procedimiento de Robbins (1989) para clarificarlos. Las sales solubles [Ca(HCO₃)₂+Mg(HCO₃)₂, NaCl, Na₂SO₄,NaHCO₃ y KCl] fueron ajustadas de acuerdo a la composicion de iones solubles siguiendo uns procedimiento sugerido por Guerrero-Alves (1998) para garantizar electroneutralidad en los ES. Ademas, tambien se determino la capacidad de intercambio cationico (CIC), el porcentaje de sodio intercambiable (PSI) segun lo planteado por U.S. Salinity Laboratory Staff (1954) y carbonatos precipitados de calcio y magnesio (Pla Sentis, 1969). Todas las determinaciones quimicas representan el promedio de tres determinaciones.

Mineralogia de las arcillas y de las arenas densas. Los tratamientos de saturacion y calentamiento de las muestras de arcilla orientada se realizaron segun Jackson (1969) y los espectros de difracción de rayos X fueron registrados con las condiciones delineadas en Guerrero-Alves et al. (2004). Los minerales identificados se cuantificaron como porcentaje (relativos al area total) basados en los picos de mayor intensidad (Malagon, 1979).

Las fracciones de las arenas densas se analizaron con un microscopio petrografico (Malagon, 1979). La preparacion de las muestras incluyo los procedimientos de Parfenoff et al. (1970) y Aleixandre y Pinilla (1968) y se describen con detalle en Guerrero-Alves et al. (2004). La cantidad de cada mineral identificado fue expresada en porcentaje, basado al total de todos los granos minerales identificados. Por otra parte, la proporcion de intemperismo (Malagon, 1979) fue determinada como la relacion de minerales resistentes (circon + turmalina) / minerales alterables (anfiboles + piroxenos) y fue usada como criterio para verificar posible uniformidad de materiales parentales.

RESULTADOS Y DISCUSION

Caracteristicas morfologicas y físicas. El pedon sódico alcalino Papelon fue clasificado como un Vertic Natraqualfs, limoso fino, mixto, activo, isohipertermico (Soil Survey Staff, 2006) y exhibio una secuencia de horizontes Ap-En-Btn-Cn con un espesor del solum de 104 cm (Cuadro 1). Los matices en humedo de los horizontes vienen principalmente representados por 10YR (diferentes tonos marrones); aunque en el Btn2 tambien se encontraron matices 2.5YR (colores olivaceos distintivos de condiciones de mal drenaje).

Las texturas entre el Ap y el Btn fueron siempre francas o franco limosas presentando el horizonte Cn, en algunos casos, mas del doble de arcilla que el de los horizontes precedentes y que lo clasifico como franco arcillo limoso (Cuadros 1 y 2).

El horizonte Ap mostro una consistencia ligeramente dura en seco y en humedo fue friable, ligeramente adherente y ligeramente plastico; infiriendo esto ultimo un bajo contenido de arcilla. Por debajo del Ap se encontro un horizonte En de 10 cm, sin estructura (masivo), duro en seco, friable, ligeramente adherente y ligeramente plastico en humedo. Subyacente al En se localizo un horizonte de acumulacion de arcilla, Bt, el cual fue subdividido, a su vez, en dos subhorizontes: Btn1 y Btn2.

El Btn1 se caracterizo por poseer una estructura prismatica entre moderada y fuerte y de gruesa a muy gruesa, mientras que el Btn2 presento una estructura prismatica debil y media. Ambos fueron duros en seco y en condicion humeda se presentaron como firmes a muy firmes, moderadamente adherentes y moderadamente plasticos lo que refleja un mayor contenido de arcilla que los horizontes suprayacentes y califican al Bt, conjuntamente con los elevados contenidos de sodio, como un horizonte natrico (Btn).

CUADRO 3. Mineralogia de arenas densas y proporcion de intemperismo (C+T)/(A+P) ¨, para horizontes geneticos seleccionados del suelo Papelon, obtenidos por microscopia de luz polarizada.

♦ (C+T) =Circón + Turmalina; (A+P) = Anfíboles + Piroxenos

Con relacion al horizonte Cn, este exhibio una estructura prismatica debil, media, con una consistencia dura en seco y de firme a muy firme, muy adherente y muy plastica en humedo lo cual es un reflejo del contenido de arcilla mucho mayor que el de los horizontes precedentes; especialmente hacia el fondo del perfil (Cuadro 2). Como esto no es consistente con la iluviacion de arcilla, pues en el C deberia bajar su contenido, es posible que este comportamiento en la variacion del contenido de arcilla (Cuadro 2) sea consecuencia de una discontinuidad litologica. Esto se desprende del analisis de las funciones de componentes estables con la profundidad (arena fina + arena muy fina sobre base libre de arcilla, Cuadro 2) y de la proporcion de intemperismo (Cuadro 3).

Por otra parte, valores muy elevados de Da (1,85-2,03 Mg m.3) estuvieron presentes en los horizontes Btn y Cn del suelo Papelon (Cuadro 4). Estas Da estuvieron asociadas a muy bajas macroporosidades (. 3,4%) y conductividades hidraulicas (. 0,5 mm h^-1; Cuadro 4) lo que confiere al suelo Papelon una muy baja permeabilidad al agua en esas zonas del perfil. Por esta razon, se infiere que el proceso de iluviacion de arcilla debio ocurrir en condiciones de mejor permeabilidad donde es posible excluir una condicion mucho mas salina que la actual; tal como se discute mas adelante. Por otra parte, estas caracteristicas tambien fueron tomadas como base para clasificar este Natraqualfs en el Subgrupo Vertic (Soil Survey Staff, 2006).

CUADRO 4. Conductividad hidraulica (K), densidad aparente (Da) por el metodo del hoyo, macroporosidad (MP) y porosidad total (PT) determinadas para horizontes geneticos descritos en el suelo Papelon.

*Promedio de tres determinaciones + desviacion standar.

Propiedades quimicas. Los valores de PSI (> 15%) y CE (< 4 dS m^-1; Cuadro 3) estan mostrando que el suelo Papelon satisface los requerimientos (Salinity Laboratory Staff 1954; Soil Survey Staff, 1999) para un suelo sódico, no salino, a todas las profundidades por debajo de los 10 cm. Sin embargo, valores de RAS > 13, tambien indicativos de suelos sódicos, solo se presentan entre los 20-110 cm de profundidad. Por otra parte,valores de pH en pasta saturada superiores a 8,5, que pronostican concentraciones elevadas de sales de sodio con hidrolisis alcalina, solo se encuentran entre los 40-100 cm de profundidad. Sin embargo, la distribucion de sales en el suelo Papelon (Cuadro 5) confirma, excepto para 0-10 cm, la acumulacion de NaHCO₃ en todo el perfil, indicando que esta es la mas abundante y donde las sales de sodio restantes, NaCl y Na₂SO₄, se encuentran en mucho menor proporcion y siempre por debajo de 1 mmol₍₊₎ l^-1 (excepto para Na₂SO₄ entre 0-10 cm). Por otra parte, el Ca+Mg alcanzo concentraciones ≥ 1,0 mmol₍₊₎ l^–1 solo en los primeros 10 cm del perfil del suelo (3,24 mmol₍₊₎ 1), estando practicamente ausentes los iones divalentes por debajo de esa profundidad.

Tomando como referencia el Extracto de Saturacion (ES) de 50-60 cm, que contiene 10,90 mmol(+) l^-1 de NaHCO₃ (Cuadro 4), aplicando el procedimiento de Nakayama (1970) se obtendria un pH de 9,19 si se tuviese esa cantidad de sal en agua pura a la presion de CO₂ atmosferico; valor que es ligeramente superior al de 8,95 (Cuadro 2) obtenido en pasta saturada (PS) para esa misma profundidad. Esta pequena discrepancia podria ser atribuida al efecto de la fuerza ionica (la solucion del suelo tiene otros iones, como Cl^- y SO₄ ^2-, que tienden a reprimir la hidrolisis de los carbonatos), la presion de CO2 en la pasta puede ser diferente de la atmosferica (aunque con esa concentracion se requeriria casi el doble de la presion del CO₂ atmosferico para bajar el pH hasta 8,95), al hecho de que el pH se midio en pasta (no en el extracto) o al hecho que se esta obviando la acción del suelo como intercambiador.

Guerrero-Alves et al. (2004) usaron regresion lineal multiple para correlacionar el contenido de Naint en un Typic Natrustalf de Guarico-Venezuela con la cantidad de sales solubles de sodio (bicarbonatos, carbonatos y cloruros) y la CIC. Mostraron un coeficiente de correlacion (r) elevado que les permitio estimar el 75% de los valores de Naint con un error <6%. La correlacion simultaneamente positiva con la CIC y al concentracion de sales alcalinas de sodio y negativa con la concentracion de NaCl, la emplearon como base para sugerir que la sodificacion progresiva del perfil por ellos estudiado tomo lugar a medida que se acumulaban sales alcalinas de sodio y los cloruros eran eliminados del sistema a traves del drenaje profundo. Usando las mismas premisas y un procedimiento similar, se obtuvo para el suelo Papelon la siguiente ecuacion de regresion lineal multiple (r = 0,9099):

Na_int = –2,5621.[NaCl] + 0,3625.[NaHCO₃+Na₂CO₃] + 0,0905.CIC + 1,6915         (7)

donde los corchetes [ ] hacen referencia a las concentraciones de las especies quimicas en mmol(+) l^-1. La ecuacion 7 permitio, en este caso, estimar el 75% de los valores de Na_int (Cuadro 2) pero solo con un error <12%. Sin embargo, es de hacer notar que los valores de Na_int en Papelon fueron mucho menores que los del suelo sódico de Guerrero-Alves et al. (2004) y, en consecuencia, cabria esperar que estuviesen afectados por mayores errores relativos. Por otra parte, quedo tambien de manifiesto la correlacion positiva con la cantidad de NaHCO₃ y negativa con la [NaCl] lo que permite reforzar la tesis de que la sodificacion de un perfil de suelo parece estar relacionada a la acumulacion de sales alcalinas de sodio y la eliminacion de NaCl (y tal vez sulfatos) a traves del drenaje profundo.

Para el pedon sódico Papelon, la recta de regresion entre los valores de relacion de sodio intercambiable (RSI) y RAS (no estudiada en este trabajo) produjo un coeficiente de selectividad de Gapon (KG) de 0,03030 (mmol l^-1).^1/2, el cual difiere en mas de 100% del valor de 0,01475 (mmol l^-1).^1/2 señalado por el Salinity Laboratory Staff (1954). Por esta razon, no es posible inferir los valores de PSI directamente a partir de los valores de RAS (Cuadro 2) sugiriendo este hecho, ademas, la acumulacion de sales de sodio con hidrolisis alcalina; tal como fue corroborado. Cuando este tipo de sales se acumulan, los KG (y por consiguiente los PSI) son sustancialmente mayores (Guerrero-Alves et al., 2002) y no se deberia estimar el PSI directamente a partir de los valores de RAS (Bohn, 1979; Guerrero- Alves et al., 2002, 2007).

Composicion mineralogica. El analisis mineralogico de la arcilla y de la fracción densa de las arenas esta resumido en los Cuadros 6 y 3. En orden decreciente de abundancia, los 4 minerales principales de la fracción arcilla son: micas, cuarzo, clorita+interestratificado 10/14m y feldespatos (Cuadro 6). En conjunto, estos 4 minerales constituyen casi un 80% del total y, por su naturaleza, indican que el suelo presenta un bajo grado de evolucion o desarrollo pedogenetico.

CUADRO 6. Mineralogia de la arcilla para horizontes seleccionados en el suelo Papelon, obtenidos por difracción de rayos X.

*int.: interestratificado; c: clorita; m: montmorillonita (esmectita); v: vermiculita; t: trazas.

Los feldespatos, minerales altamente susceptibles de alteracion, presentan cantidades relativamente elevadas (entre 9-15%) en los horizontes En, Btn1 y Cn (Cuadro 6) lo que refleja el poco grado de evolucion pedologica. Por otra parte, los difractogramas de rayos X para el pedon Papelon tambien revelaron la posible presencia de paligorsquita, lepidocrocita, goethita, talco, pirofilita, sepiolita e interestratificados 10/14c y 10/14v (Cuadro 6). No obstante, sus contribuciones porcentuales fueron relativamente bajas y no superaron el 6% en ningun caso. La lepidocrocita se detecto en todos los horizontes de este pedon y es indicadora de condiciones hidromorficas, producto del mal drenaje, en medios no calcareos (Schwertmann y Taylor, 1977). Su presencia corrobora el caracter secundario del CaCO₃ precipitado en Papelon.

Las arenas densas del pedon sódico Papelon, a pesar de ser relativamente diversas mineralogicamente, solo presentan cantidades pequenas de minerales susceptibles a la alteracion. La alta proporcion de opacos (especialmente en los horizontes Ap, En y Btn1) y minerales resistentes como circon y turmalina sugieren, a diferencia de la mineralogia de las arcillas, un alto grado de evolucion de los sedimentos que dieron origen a este suelo (Cuadro 3). En cuanto a los minerales, se identificaron nesosilicatos (cianita, circon y granate), sorosilicatos (epidota y zoisita), ciclosilicatos (turmalina), piroxenos (augita), anfiboles (hornblenda, tremolita), filosilicatos (principalmente biotita) y oxidos (rutilo).

Entre los nesosilicatos, solo el circon se presenta en cantidades importantes. Este mineral resistente presenta contenidos que se incrementan apreciablemente desde el Ap hasta el En, para luego disminuir sustancialmente en el Btn1; lo cual es consistente con la definicion del horizonte En (Soil Survey Staff, 1975). Los sorosilicatos, epidota y zoisita, se presentan en cantidades comparables en el Ap (2,4%) disminuyendo apreciablemente en el horizonte En; lo cual es tambien un reflejo de los procesos intensos de transformacion y lavado que ocurren en este horizonte del suelo. Entre los piroxenos y los anfiboles solo la hornblenda se presento en todos los horizontes y en cantidades que algunas veces superaron el 1% (Cuadro 3).

Las micas fueron los unicos filosilicatos detectados en las arenas densas de Papelon. Las micas corresponden a una de las 2 especies minerales, conjuntamente con los opacos, que superan el 6% en todos los horizontes considerados. Su contenido aumenta abruptamente en el Cn y esto coincide con el drastico decrecimiento del contenido de opacos. Por tanto, se sugiere que el aporte de materiales para dar origen a este pedon tiene una naturaleza diferente (discontinuidad litologica) siendo los que constituyen el Cn, paradojicamente, "menos evolucionados" cuando se comparan con los que dieron origen al solum suprayacente. Otras evidencias que tambien apoyan esta conclusion son la ausencia de circon y turmalina y el enriquecimiento relativo con hornblenda que se presentan en el Cn. La proporcion de intemperismo (Cuadro 3) y la suma de los porcentajes de arena fina mas arena muy fina (af+amf), sobre base libre de arcilla (Cuadro 2), las cuales pueden emplearse como pruebas de uniformidad de materiales parentales, tambien son consistentes con estos resultados.

Procesos pedogeneticos y genesis del suelo. La acidificacion en el horizonte Ap, observada tambien en un suelo sódico alcalino de Guarico (Guerrero-Alves et al., 2004), puede ser atribuida al fenomeno de ferrolisis (Brinkman, 1970), el cual finalmente produce destruccion y posterior migracion de arcilla fina. El proceso total, donde intervienen principalmente el hierro y las especies cambiables acidas (H⁺ y Al³⁺) y basicas (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺ y K⁺) del suelo, consiste en una sucesiva y alternada secuencia de reacciones de oxidacionreduccion como respuesta a ciclos de secado-humedecimiento- lixiviacion en el suelo y ha sido explicada en detalle en varias publicaciones previas (Schargel, 1984; Schargel et al., 1988; Soil Survey Staff, 1999; Guerrero- Alves et al., 2004). Ademas del pH acido en el horizonte Ap (Cuadro 2), la presencia de abundantes nodulos de Fe-Mn en la base del En (20 cm; Cuadro 1), conjuntamente con los contenidos muy bajos de mica y feldespatos y la concentracion de cuarzo (relativamente resistente a la intemperizacion) que revelaron los difractogramas de la arcilla en el Ap (Cuadro 6), podrian considerarse como evidencia adicional del proceso de ferrolisis en Papelon.

La taxonomia de suelos (Soil Survey Staff, 1975) refiere que los carbonatos de iones divalentes (agentes cementantes) parecen efectivos en frenar el movimiento de la arcilla porque las acumulaciones solo son comunes por encima de horizontes que tienen grava calcitica en una matriz no calcarea o en ausencia de carbonatos finamente divididos diseminados en la matriz del suelo. Por su reactividad frente al HCl, se evidencia una marcada precipitación de carbonatos, bajo la forma de masas pulverulentas blandas y pseudomicelios, en el Btn1 a la profundidad de 40-50 cm (Cuadro 1). Otra precipitación concentrada y similar de carbonatos, tambien claramente visible, pero, menos expresiva, se encontro en el Cn hacia el fondo de la calicata a la profundidad de 180-190 cm (Cuadros 1 y 2). La funcion de profundidad de la CIC tiene un incremento muy abrupto hacia los 150-160 cm de profundidad y una "barriga" de arcilla que coincide en gran medida con la precipitación de carbonatos a los 180-190 cm. Esto permite suponer que, por debajo de los 160 cm, se este posiblemente en la presencia de un suelo enterrado.

Basado en estos hechos, la iluviacion de arcilla en Papelon solo pudo ocurrir antes de la precipitación de carbonatos. Estos carbonatos parecen estar constituidos por una mezcla de CaCO₃ .MgCO₃, aunque dominada por el primero, ya que el Ca total extraido con acetato de sodio (NaAc) a pH 5 es muy similar al Mg total en la mayoria de las muestras (Guerrero-Alves, 1998). Como en este pedon no existe reacción al HCl en la masa del suelo en parte alguna del perfil, solo en las masas pulverulentas blandas y pseudomicelios, se infiere que los materiales parentales no son calcareos y que estos carbonatos precipitados deben tener un origen secundario y que no interfirio con el proceso anterior de migracion de la arcilla. Por tanto, la iluviacion de arcilla, entre 20-104 cm de profundidad, debe ser de origen pedogenetico porque esta apoyada por las pruebas de uniformidad de los materiales parentales discutida con anterioridad.

Por otra parte, considerando las deficientes condiciones hidraulicas actuales (Cuadro 4) que mantiene el pedon Papelon en el Btn y en el Cn, la iluviacion de la arcilla solo pudo manifestarse en condiciones en las cuales se mantuvieron ausente estas restricciones para la circulacion del agua. La funcion de profundidad de la CE del ES (Cuadro 2), si bien se incrementa algo hasta los 50 cm, aunque siempre por debajo de la mitad del limite para salinidad (4 dS m^-1; Salinity Laboratory Staff, 1954), disminuye a valores relativamente muy bajos con la profundidad. Esto hace poco probable que el suelo fuese inicialmente salino-sódico, tal como lo sugieren Shargel et al. (1988), en la etapa donde se iluvio la arcilla y necesariamente con mejores propiedades hidraulicas. En consecuencia, una salinidad de origen para explicar la buena agregacion del suelo y una adecuada migracion de la arcilla en la etapa de formacion del argilico, antes de convertirse en natrico, no parece plausible.

Papelon se encuentra dentro de una planicie muy plana, con pendiente general de 0,2%, caracterizada por una microtopografia de bancos y bajios (predominantes) donde estos ultimos se encharcan durante el periodo lluvioso y cuya diferencia de elevacion entre ellos no supera 1 m (Schargel et al., 1988). Para una situacion topografica similar aunque muy distante geograficamente, Pla Sentis et al. (2003) mostraron que durante los ultimos 8000 anos, coincidente con el Holoceno actual (Ortiz-Jaureguizar y Cladera, 2006), parte de los suelos en la region noroccidental del Ganges (India) desarrollaron horizontes de iluviacion de arcilla y acumularon CaCO₃ de origen pedogenetico y sales de sodio con hidrolisis alcalina. La gran sodicidad (en profundidad) en los suelos de las microdepresiones, que contrasta con una mas baja (solo en el subsuelo) en las microelevaciones asociadas, les permitio sugerir un control microtopografico de esta producto de la tectonica del Holoceno. En este caso, las microdepresiones pudieron favorecer una mayor acumulacion de sales alcalinas de sodio porque, despues de precipitaciones intensas y de corta duracion, podian ser sometidas a breves inundaciones que causaron muchos mas ciclos de humedecimiento-secado con procesos de reduccion-oxidacion o de intemperizacion mineral.

La MO es la principal donadora de electrones en el suelo (Bohn et al., 1979) y los sulfatos podrian ser forzados por los microorganismos del suelo a ser usados como aceptores de electrones, en condiciones fuertemente reductoras, a pesar de presentar un potencial de semi reacción mas desfavorable que los oxidos y oxo-hidroxidos de Fe-Mn, (Bohn et al., 1979).

La reacción propuesta por Guerrero-Alves et al. (2004) fue:

2CH₂O + SO₄^2– ----> 2HCO₃^– + H2S        (8)

donde CH2O corresponde a un carbohidrato hipotetico que representa la MO del suelo. Como consecuencia de la produccion y volatilizacion a la atmosfera del gas acido H2S, se incrementaria la ALCR y el pH del suelo porque el HCO₃^- producido en la reduccion no podria ser neutralizado nuevamente al volver el ambiente de 201 oxidacion. En condiciones de drenaje restringido, tal como se presenta en los bajios, el ion bicarbonato se acumularia y su exceso haria precipitar inicialmente gran parte de los iones divalentes (Ca, Mg) como carbonatos enriqueciendo con NaHCO₃ la solucion resultante. Sucesivos aportes de elementos en el agua y ciclos alternos de secado y humedecimiento terminarian por concentrar aun mas las sales de sodio con hidrolisis alcalina y hacer desaparecer practicamente el Ca y el Mg de la solucion del suelo. Esto favoreceria, posteriormente, grandes sustituciones con sodio en el complejo de intercambio. El proceso completo se representa en la secuencia de reacciones 3, 4 y 5.

Las relativamente mas pequenas cantidades de sulfato en el perfil Papelon por debajo de los 70 cm (Cuadro 4) y la presencia de nodulos de Fe-Mn en la base del horizonte En y dispersos en la masa del horizonte Btn (Cuadro 1), pueden tambien apoyar la tesis de la reduccion de sulfato propuesta por la reacción 8. Sin embargo, algunos autores (Pla Sentis et al., 2003) han senalado que el mecanismo de reduccion de sulfatos puede ser descartado en condiciones donde se presentan simultaneamente bajos contenidos de MO y de sulfato. No obstante, la evidencia negativa no es prueba de que efectivamente no haya ocurrido porque, en condiciones de drenaje restringido, tal como se analiza mas adelante, solo se requeririan muy pequenas cantidades de ALCR en las aguas de encharcamiento para promover la acumulacion en el suelo de sales de sodio con hidrolisis alcalina y precipitación de carbonatos insolubles.

Schargel et al. (1988) senalan que en 1982 se inicio la deforestacion del terreno en el cual se encuentra el pedon Papelon; donde predominaba un bosque deciduo con pequenas areas cubiertas por vegetacion de sabana. Es presumible suponer que en estas ultimas se encontraban circunscritos los pedones sódicos donde la vegetacion herbacea estaba caracterizada por la presencia de Leersia hexandra (pasto lambedora) y Panicum laxum (jajato; Schargel et al., 1988); ambas gramineas perennes tolerantes al anegamiento y al sobre-pastoreo. Los niveles de carbono organico (CO) en los horizontes superficiales de los Natraquals (Schargel et al., 1988) senalaban un contenido de entre 1 a 2,5%, es decir, de 1,7 a 4,3% de MO si se asume que en esta existe un 58% de CO (basada en la composicion elemental promedio de acidos fulvicos y humicos; Hayes y Swift, 1978). Por esta razon, se infiere que el contenido de MO en Papelon pudo ser, antes de la deforestacion, si no superior, por lo menos equivalente a los valores senalados por Schargel et al. (1988) y suficientes para una posible reduccion de sulfatos.

En Venezuela, Schargel (1984) y Schargel et al. (1988) senalan, respectivamente, que en el Alto Apure y en la planicie aluvial del rio Portuguesa los elevados contenidos de sodio intercambiable podrian estar relacionados a la acumulacion de aguas, con abundante sodio, que se concentraron por evaporacion en areas depresionales. Esto favoreceria la sustitucion de los cationes intercambiables por sodio y daria lugar a suelos salinosódicos durante el periodo arido que marca el final del Pleistoceno; unos 10.000 anos antes de nuestra era (Ortiz-Jaureguizar y Cladera, 2006). Sin embargo, tal como se discutio con anterioridad, la funcion de profundidad de la CE del ES para Papelon, que corresponde a un Natraqualfs perteneciente a la misma asociacion de Alfisoles considerada por Schargel et al. (1988) en esta area, es poco probable que haya tenido salinidad de origen. Por tanto, se cree que la sal predominante en estas aguas con enriquecimiento relativo en sodio y que interaccionaron con los materiales parentales de Papelon, en un ambiente mas bien de baja salinidad, debio ser el bicarbonato de sodio. El origen de esta sal pudo ser la ya referida reduccion de sulfatos o la intemperizacion de minerales como silicatos y carbonatos presentes en el material parental.

Mahaney et al. (2007a) estudiaron una cronosecuencia (Pleistoceno tardio-Holoceno) de suelos pertenecientes a una terraza fluvial en la region norte de los Andes venezolanos donde las rocas dominantes son granito y gneiss. La superficie mas vieja en la cronosecuencia exhibio un analisis elemental caracterizado por tenores mucho menores de Ca y Na (sin K) que los otros perfiles mas jovenes (K y Na, ambos, ~ 1%); lo que parece indicar un elevado grado de intemperizacion de los materiales que dieron lugar a los suelos mas evolucionados. La ausencia de K en la superficie de intemperizacion mas antigua es coincidente con la observacion de Gerard et al. (2003) de que la mineralogia de un suelo marron acido por ellos estudiado sugiere que los feldespatos potasicos se intemperizan mucho mas rapido que la albita (feldespato sódico) y la moscovita. En consecuencia, tambien es plausible la liberacion de NaHCO₃ en las aguas que en el pasado bajaron del núcleo cristalino de los Andes y que, posteriormente, como aguas de desborde irrigaron la planicie aluvial del rio Portuguesa.

La composicion de un agua recolectada en periodo seco, a partir de un canal del sistema de riego del rio Guanare (estado Portuguesa), revelo que el ion HCO3 . se encontraba en una proporcion 2,66 veces mayor que la de los otros aniones (Cuadro 5); en concordancia con lo senalado por Lerman et al. (2007) de que este es el anion principal en las aguas de rios. Sin embargo, no revelo la presencia de bicarbonato de sodio (solo pequenas cantidades de Na₂SO₄). Si asumimos que la composicion de dicha agua, ya que fue obtenida en el periodo de estiaje, refleja condiciones aridas pasadas en la zona, entonces se requeririan muchos ciclos de humedecimiento y secado en el suelo para obtener, en principio, una composicion que refleje la produccion de bicarbonato de sodio en el ES.

Por otra parte, si se prueba el modelo tomando como base la misma agua, pero, modificando hipoteticamente los contenidos de Ca⁺Mg y Na⁺, dejando inalterada la suma de cationes y de aniones para tener una ALCR de 1,50 mmol₍₊₎ l^-1 (es decir, con NaHCO₃), se preve la precipitación de carbonatos tal como ocurre en Papelon. Ademas, la composicion pronosticada para el ES es muy similar (excepto por la cantidad algo elevada de Na₂SO₄) a la del que se tomo como referencia para correr el modelo (la profundidad de 50-60 cm) tal como se aprecia en el Cuadro 5.

Otras corridas del modelo, no publicadas aqui, dan siempre cuenta de la precipitación de carbonatos de Ca^-Mg y de cantidades apreciables de NaHCO3 en el ES para valores de ALCR en el agua de irrigacion (o de desborde) tan bajas como 0,1 mmol₍₊₎ l^-1. Esto parece senalar que en condiciones de drenaje restringido la genesis de suelos sódicos alcalinos es posible para materiales parentales que interaccionan con aguas que presentan esta sal aun en cantidades tan bajas como 0,1 mmol₍₊₎ l^-1.

Otro aspecto a considerar es si la intemperizacion de los silicatos pudo ocurrir a una tasa tan elevada como para producir aguas relativamente concentradas en NaHCO₃ durante el periodo arido que marca el final del Pleistoceno; tal como sugieren Schargel et al. (1988). Dicho periodo no solo fue mas seco sino tambien mas frio que el Holoceno actual. Un estimado de temperaturas para el ultimo maximo glacial (UMG) en los Andes venezolanos (~22.750 a 19.960 anos AP) se situa, en promedio, casi en los 9 ºC por debajo de las actuales (Stansell et al., 2007).

Por otra parte, Mahaney et al. (2007b) tambien senalan la posible existencia de un periodo de avance de los glaciares andinos, que coincide con el periodo de enfriamiento Younger Dryas (YD), mucho mas reciente y que tiene una data de aproximadamente 12.400 anos AP. Por tanto, es previsible pensar que la energia disponible para la activacion de la disolucion de los silicatos y carbonatos fuese mas baja en estos casos. No obstante, aunque igualmente existen datos que apoyan lo contrario (Lerman et al., 2007), algunos estudios con modelos de circulacion global senalan que el consumo total de CO₂ en la intemperizacion de las rocas, y consecuentemente en el flujo de HCO₃-, fue mayor en el UMG que en el periodo actual basado en la mayor area superficial de las particulas minerales producto del efecto de trituracion (Lerman et al., 2007) y cizalla del hielo. Lerman et al. (2007) senalan, ademas, la existencia de estudios de campo y laboratorio que refieren que los glaciares pueden producir cantidades importantes de minerales con area superficial elevada que incrementarian el flujo de intemperizacion de los silicatos.

Por otra parte, Stansell et al. (2007) expresan que durante el UMG en Venezuela, la altitud de la linea de equilibrio de los glaciares (ALEG) estuvo entre 850 a 1.420 m por debajo de la actual mientras que para el YD, Mahaney et al. (2007b) asimismo refieren que la ALEG apenas se situo 50 m por encima de la que correspondio al UMG en los Andes del noroeste venezolano. Esto significa que durante el UMG del Pleistoceno, y el mas reciente y transicional YD, los materiales trabajados por la acción del hielo se hicieron mas susceptibles de ser intemperizados y pudieron estar mas cerca de lo que se encuentra hoy en dia el núcleo cristalino de la cordillera de los Andes.

Esto facilito la intemperizacion, acarreo y deposicion posterior de estos materiales en la planicie aluvial del rio Portuguesa durante el periodo mas humedo (Schargel, 1984; Schargel et al., 1988; Ortiz-Jaureguizar y Cladera, 2006) y mas calido del Holoceno. En este periodo, durante la genesis del suelo, la acumulacion de arcilla iluviada retardo gradualmente la percolacion vertical del agua en el perfil (Bockheim et al., 2005) haciendo posible que, al alcanzarse niveles criticos de reduccion, con aguas que presentaban un contenido relativamente elevado de ALCR producto de las mas elevadas tasas de intemperizacion por las temperaturas mas calidas, llevaran a la acumulacion de sales de sodio con hidrolisis alcalina en las areas con drenaje restringido.

Una vez acumuladas, las sales alcalinas de sodio alteraron las relaciones de selectividad del suelo por iones divalentes reduciendo su competencia, con relacion al sodio, porque estos precipitaron bajo la forma de carbonatos y permitieron que el sodio se sustituyera amplia y progresivamente en los sitios de intercambio. Otra consecuencia de la acumulacion de las sales alcalinas de sodio fue la de promover tambien la dispersion y expansion de las particulas coloidales del suelo que resulto en elevadas Da y reduccion aun mayor de la conductividad hidraulica del suelo, y consecuentemente de la macroporosidad, hasta hacerlo practicamente impermeable (degradacion de la estructura).

CONCLUSIONES

- Se infiere que el futuro material parental del suelo Papelon fue producto, primero, de la acción de trituracion del hielo glaciar en los Andes venezolanos, durante el periodo arido y frio de finales del Pleistoceno y del transicional YD, que produjo materiales con mayor area superficial y, en consecuencia, con mayor susceptibilidad para la intemperizacion.

- Alli interaccionaron con aguas que concentraron bicarbonato de sodio en las microdepresiones. Estas sales pudieron haber sido producto de la intemperizacion, por parte del CO₂ atmosferico, de feldespatos sódicos (y carbonatos no necesariamente sódicos) contenidos en las rocas de la cuenca de ablacion (alcalinidad de origen) o en los sedimentos.

- La concentracion en el suelo se hizo a traves de numerosos ciclos de secado y humedecimiento en las microdepresiones. Por otra parte, tambien existe la posibilidad de que estas fueran parcialmente favorecidas por la acumulacion de MO en un ambiente reductor que elimino gran parte de los sulfatos como H2S y produjo una ALCR in situ. Para cualquiera de las 2 posibles situaciones anteriores, la evolucion del suelo durante el Holoceno permitio la migracion de arcilla (formacion del argilico) hasta reducir gradualmente el movimiento vertical del agua en el suelo, la sustitucion progresiva de iones divalentes por sodio en el complejo de cambio dando lugar al horizonte natrico, la precipitación de CaCO3 y, finalmente, cuando la combinacion de sales totales y RAS (o PSI) alcanzo niveles criticos, por la eliminacion de sales a traves del drenaje, ocurrio la degradacion de la estructura.

AGRADECIMIENTO

Los autores agradecen al Dr. Graciano Elizalde por su colaboracion en la interpretacion de los espectros de difracción de rayos X y en la identificacion de los minerales de las arenas densas, al Dr. Richard Schargel por la clasificacion taxonomica del perfil y a la Universidad Romulo Gallegos, a la Universidad Central de Venezuela por su apoyo logistico.

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